CRISPR Gen Düzenleme Yöntemi Nedir?

Prokaryotlarda Hücre Savunması ve Evriminden Ismarlama Bebeklere Yazar Onur Özer Editör Çağrı Mert Bakırcı İkinci yazar Mert Karagözoğlu

Çevirmen Ali Aslan İkinci editör Şule Ölez Görsel çevirmeni Mahmut Taş Üçüncü yazar Özgem Uysal Doğa bir savaş alanıdır

sözünü çayırlarda koşturan aslan ve geyiklerden çok bağışıklık sisteminde yaşananlar olarak anlamak mümkündür.

Moleküler düzeydeki evrimsel savaşın en serti patojenler, yani hastalık yapan organizmalar ile konak canlıların bağışıklık sistemi arasında gerçekleşmektedir desek abartmış olmayız.

Birlikte evrimin en güzel örneklerini görebileceğimiz bu çekişme aslında temel olarak bir organizmanın ben ve diğerleri ayrımını yapabilmesine dayanmaktadır.

Patojenler için evrimsel başarı ise bu ayrımdan kaçabilmelerine bağlıdır.

Modern tıpın önlenebilir hastalıklara karşı bağışıklık sistemimiz kadar iyi bir iş çıkardığını reddedemeyiz.

Tedavi ve aşı yöntemleri sayesinde ve tabii ki gıda, temizlik gibi birçok faktörün de birleşimi ile insan ömrü 1900'lerin başlarından bu yana iki katına çıkmıştır.

Fakat elbette bu bağışıklık sistemlerini araştırmaya bir kenara bırakacağımız anlamına gelmiyor.

Henüz çare bekleyen birçok hastalığın yanında aslında bu sistemler birazdan da anlatmaya çalışacağımız gibi hiç tahmin edemeyeceğimiz teknolojik yeniliklere yol açabilir ki zaten temel bilim çalışmalarının tamamı böyle değil midir?

1950'lerin başında Rosalind Franklin, Francis Crick ve James Watson DNA'nın kimyasal yapısını keşfettiler.

Bu insan genlerinin kimyasal modifikasyonu yoluyla iyileştirebilmesinin bir başlangıcıydı.

Bu keşif genetik biliminin en büyük sıçramalarından biriydi.

Franklin, Watson ve Crick genetik kökenli hastalıkların tedavisi için bilim insanlarının önünü açarak tıp dünyasında yeni bir kapı aralanmasına yardım etti.

Bu aynı zamanda güne yeni umutlarla açılan gözler içinde kalıtsal hastalıkların tedavisinin bulunması demekti.

Her gün bulunan yeni bilgiler bilim insanlarını şaşkınlıkla birlikte daha fazla meraka ve araştırmaya sürüklüyor.

Bilim insanları araştırmaya devam ettikçe bilim öyle bir noktaya geldi ki bir yerde insanların gözünde umut oluyorken bir yerde silah, savaş ve gözyaşı oluyor.

Bilim işte bu. Bazen belli belirsiz, bazen sert ve düzgün çizilmiş bir garip çizgi.

Bağışıklık sistemini tanıyalım.

Öncelikle kısaca bağışıklık sistemini tanıtmak faydalı olur.

Bahsettiğimiz gibi bağışıklık sisteme bir organizmanın kendi hücrelerini yabancı hücreler ve maddelerden ayırabilmesi ve bunları etkisiz hale getirebilmesi adına özelleşmiş hücre, protein ve etki mekanizmalarının tümüne verilen hattır.

Bu sistemi temel olarak ikiye ayırabiliriz.

Doğuştan gelen bağışıklık ve edinilmiş bağışıklık.

Doğuştan gelen bağışıklık evrimsel olarak daha eskidir ve tüm canlılarda bulunur.

Bu sistemin elemanları bakterilerde işgalci virüs DNA'larını kesen nükleaz enzimleri olabildiği gibi, Bizlerde vücuda giren yabancı maddeye ilk tepkiyi veren fagositler, mast hücreleri gibi hücreler de olabilir.

Bu yazının esas konusu ve üzerinde daha detaylı duracağımız sistem ise edinilmiş bağışıklık sistemidir.

Edinilmiş bağışıklık sistemi üzerinde küçük bir araştırma yapmak bile insanı heyecanlandırmaya yeter aslında.

Bu sistemin özelliği ileri düzeyde özelleşmiş, neredeyse her patojeni tanıyabilecek potansiyele sahip hücrelerden ve bir sefer tanıdığı patojeni uzun zaman hafızasında tutabilecek, mekanik bir hafızadan bahsediyoruz, etki sistemlerinden

oluşmasıdır. Bu aşıların insan ömrü boyunca tek bir sefer yapılmasının yeterli olmasının sebebi de bu hafızadır.

İdinilmiş bağışıklığın omurgalılara has bir sistem olduğu söylense de diğer canlılarda da bu tür benzer sistemlerin ipuçlarını görebiliyoruz, özellikle birazdan bahsedeceğimiz gibi.

İnsandaki ve daha genel anlamda omurgalılarda edinilmiş bağışıklık sistemini biraz daha detaylandıracak olursak T ve B hücrelerinden bahsetmemiz gerekli.

Bu hücreler birbirlerine oldukça benzeseler de bir enfeksiyonun durumunda aktif hale geçmelerinin ardından önemli farklılıklar göstermeye başlarlar.

T hücreleri patojen ile girdikleri doğrudan hücre etkileşimi ile savunmada görev alır.

Kimi T hücreleri yardımcı olarak adlandırılır ve diğer savunma hücrelerinin enfekte olmuş bölgeye çağrılmasında görev alır.

Kimileri ise katil olarak adlandırılır ve bakterilerin veya enfekte olmuş insan hücrelerinin yok edilmesini sağlar.

B hücreleri ise mutlaka bir şekilde duymuş olduğunuz antikor denilen maddelerin üretiminde temel görevi üstlenen hücrelerdir.

Antikorlar Y şeklindeki proteinlerdir ve en önemli özelliği patojenlerin tanınmasına olanak sağlaması ve hatta bazı durumlarda bu patojenleri öldürebilmesidir.

Bu noktada biraz teknik ayrıntıya girmek sistemin heyecan verici yanını anlamamıza yardım edecek.

Antikorlar, antijen denilen ve bakteri ve virüslerin yüzeyinde bulunan maddelere bağlanarak işaretleme yaparlar.

Antijenler özel maddeler olmak zorunda değildir.

Yani eğer bir antikor bakterinin yüzeyinde bakteriye özgü herhangi bir proteine bağlanıyorsa artık o protein antijen olarak adlandırılır.

Burada herhangi kelimesi önemlidir.

Çünkü antikorların herhangi bir yabancı proteini tanıyabilecek çeşitlilikte olması gerekir.

Bu çeşitliliğin kaynağı ise, evet, doğru tahmin ettiniz, mutasyonlardır.

Bir B hücresinin olgunlaşması aslında bize evrim sürecinin minik bir sunumunu verir diyebiliriz.

Olgunlaşmamış B hücrelerinin tamamı diğer vücut hücrelerimizle birlikte aynı genetik yapıya sahiptir.

Fakat olgunlaşma sürecinde özellikle antikorların antijen ile etkileşen kısımlarının üretiminden sorumlu gen bölgeleri, yani BDC genleri önemli değişiklikler yaşar.

Bu değişimlerden biri somatik hipermutasyon dediğimiz süreçtir.

Antikorların antijen ile bağ kurabilmesinin temeli 3 boyutlu şekillerinin birbirlerine olan uyumudur.

Bunu bir anahtar-kilit analojisiyle anlamaya çalışmak en kolaydır.

İşte somatik hipermutasyonda bir antikorun antijen ile bağ kuran aktif bölgesini, yani bizim anahtarımızın tırtıklı yüzeyini rastgele bir şekilde değiştirmeye yarar.

İstatistiksel olarak somatik hipermutasyona maruz kalan bölgelerdeki mutasyon oranı, vücudumuzun diğer bölgelerine oranla 1 milyon kat daha fazladır.

Ki bu da her yeni B hücresinin birkaç adet mutasyon taşıdığı anlamına gelir.

Bir diğer değişim ise VDJ rekombinasyonları veya somatik rekombinasyon denilen süreçtir.

VDJ genleri olgunlaşmamış bir B hücresinde çok çeşitli sayıda bulunurken, hücrenin olgunlaşması sırasında rastgele bir şekilde seçilerek sayıları tek bir antikor üretebilecek kadar azaltılır.

Bu iki süreç sonunda ise her bir olgunlaşmış B hücresinin farklı bir antikor üretebildiği bir hücre havuzu elde etmiş oluruz.

Elimizdeki bu çeşitliliğin üzerindeki seçilim baskısı ise antijenler tarafından oluşturulur.

Ürettiği antikor bir antijene bağlanabilen B hücreleri seçilir ve bağışıklık hafızası dediğimiz mekanizma ile korunurlar.

Aynı patojenler ile tekrar enfeksiyon durumunda hızlı bir şekilde çoğalarak çok daha çabuk ve etkili tepkimeler verilmesi sağlanır.

Diğer B hücreler ise ömürlerini tamamlayana kadar vücutta dolaştıktan sonra yok edilirler.

İşte sizi ekolojik anlamda kullandığımızın aynısı olmasa da sadece en uyumluların hayatta kaldığı bir evrimsel süreç örneği.

Tabi burada bu süreçlerin somatik olduğunu yani vücut hücrelerinde gerçekleştiğini ve yavrulara aktarılmadığını belirtmek gerekir.

Zaten bu sebeple edinilmiş bağışıklık sistemi canlının ömrü boyunca karşılaştığı patojenlere karşı direnç sağlar.

Prokaryotların Dünyasına Yolculuk Şimdi gelin üzerinde konuştuğumuz boyutu değiştirelim ve prokaryotların yani zararlı organel bulundurmayan tek hücreyle canlıların dünyasına girelim.

Evrimsel olarak canlılığı en temel düzeyde 3 gruba ayırırız.

Bunlardan biri ökaryotlardır ki çevrenizde görebildiğiniz canlıların tamamı bu gruba dahildir.

Bir diğeri bakterilerdir.

Bir çoğumuz bakterilere de aşinayız.

Fakat üçüncü grup olan arkeleri çok tanıdığımız söylenemez.

Bu aslında doğal çünkü uzun bir süre boyunca arkeler bakteriler olarak dahil edilmişti.

Ta ki 1977 yılında ünlü mikrobiolog Carl Wuss 16 seri bozomal RNA benzerliklerini incelemesinin ardından onları ayrı bir grup olarak tanımlayana kadar.

Geçen 35 yıl boyunca arkeler üzerinde birçok çalışma yapıldı ve bugün Carl Huse'un önerdiği 3 gruplu sınıflandırma sistemin oldukça tutarlı olduğunu biliyoruz.

Daha da önemlisi evrimsel açıdan arkeler ve ökaryotların birbirlerine bakterilerden daha yakın olduğunu da biliyoruz.

Şöyle ki her ne kadar arkeler prokaryot canlıları olsa da DNA eşleme, protein sentezi gibi işlevleri gerçekleştirirken kullandıkları proteinler bakterilerden çok ökaryotların proteinlerine benzemekte.

Hatta bu benzerlik ve arkelerin etkili DNA tamir sistemlerinden faydalanarak bu canlıların kanser araştırmalarında kullanılması ile ilgili çalışmalar yürütülmekte.

Prokaryotlarda hücre savunması Bu ön bilgiler eşliğinde daha fazla dağılmadan konumuza dönelim.

Patojenlerin oluşturduğu sıkıntılar maalesef tek hücrelilerin dünyasını da sarmış durumda.

İster insan bağırsağında yaşayan bir bakteri olsun, ister 75 derecede aşırı asidik ortamda yaşayan bir arke.

Başınız asla virüslerden kurtulmaz.

Bu da doğal olarak tek hücreli canlıların da virüslere karşı bir savunma mekanizmasına sahip olması zorunluluğunu kılar.

Virüslerin etki mekanizmasını kısaca şöyle özetleyebiliriz.

Virüslerin yüzey proteinlerini kullanarak hücreye tutunması, kendi genetik materyalini konak hücrenin içine aktarması, bu genetik materyalin hücrenin protein sistemini kullanarak kendini eşlemesi ve sonunda oluşan çok sayıda

yeni virüs sebebiyle konak hücrenin patlaması ve virüslerin yeni konaklar bulmak üzere dağılması.

Bakteri ve arkelerin doğuştan gelen bağışıklık sistemi, genellikle virüslerin tutunduğu reseptörlerin yapısını değiştirmek ve restriksiyon, modifikasyon enzimleri yardımıyla hücrenin DNA'sına girmiş virüs DNA'sını kesmek şeklinde işliyor.

Ancak son zamanlarda yapılan çalışmalar ile bu canlıların bir de edinilmiş bağışıklık mekanizmasına sahip olduğu ortaya çıktı.

Evet yanlış duymadınız, sadece omurgalılara özgü olduğunu düşündüğümüz edinilmiş bağışıklık sistemi, talihsiz bir şekilde ilkel olarak nitelendirdiğimiz prokaryotlarda da bulundu.

Bilinen arkelerin tamamına yakınında ve bakterilerin de yarısında bulunan bir sistem CRISPR-Cas sistemi olarak adlandırılıyor.

CRISPR'ın açılımı Clustered Regularly Interspaced Palindromic Repeats.

Henüz bir Türkçe karşılığına denk gelmedik.

O sebeple ilk çeviri önerisini burada sunup, düzenli aralıklarla bölünmüş palindromik tekrar kümeleri diyebiliriz.

CRISPR denildiğinde kastedilen, teknik anlamda canlının DNA dizisi üzerinde CRISPR lokusunu tanımlayan gen dizileridir.

Bunlar kas genleri, onu takip eden lider dizi ve sonrasında gelen tekrar, repeat ve aralık, spacer dizileridir.

Tekrar dizileri bir canlı için tamamen aynı olmakla birlikte bu tekrarların arasındaki aralık dizileri birbirinden farklılık göstermektedir.

Kas ise bu bağışıklık sisteminde görev alan proteinlerin genel adıdır.

CRISPR kümelerinin varlığı 1980'lerden beri bilinse de canlının savunma mekanizmasındaki rolü görece yeni kanıtlanmış durumda.

Bu çıkarıma giden araştırmalar ise 2005 yılında CRISPR genleri üzerinde çalışan 3 farklı grubun keşfiyle başladı.

Bu grupların keşfettiği şey, CRISPR kümelerinde bulunan aralık genlerinin o canlıyı enfekte eden bazı virüsler ile aynı diziye sahip olmasıydı.

Ayrıca bir virüs DNA'si ile aynı diziye sahip aralık genine sahip olmak o virüse karşı bir direnç veriyordu.

Elbette buradan CRISPR sisteminin nükleik asit temelli bir bağışıklık mekanizması olabileceği hipotezi ortaya çıktı.

Ve yapılan araştırmalar sonucunda bugün bu hipotezin büyük oranda doğrulanmış olduğunu söyleyebiliriz.

Immanuel Scharpenter, George Church ve Jennifer Dutton, CRISPR üzerine çalışan ve bilime önemli katkılar sağlayan bilim insanlarıdır.

2012 yılına gelindiğinde Jennifer Dutton'a öncülüğündeki ekip, bir canlının DNA'sını kesebilecek, izole edebilecek ve düzenleyebilecek bir sistem geliştirdi.

Yani aktif bir kas dokuz proteini, DNA'yı yüksek hassaslıkta ve doğrulukta kesebilmeler için gereken tek şey o DNA'nın dizisini kesebilecek bir makastı.

Bundan hareketle DNA'nın bu baz dizisine denk gelen RNA molekülü oluşturuldu ve bu RNA molekülü Cas9 proteiniyle birleştirilerek bir kompleks meydana getirildi.

CRISPR-Cas9 teknolojisi istenilen DNA bölgesinden kesim yapabilmeyi sağlıyor.

CRISPR-Cas9 teknolojisi istenilen DNA bölgesinden kesim yapabilmeyi sağlıyor.

Bakterilerin bazılarının bünyelerinde CRISPR-Cas9 sistemine benzer bir gen düzenleme sistemi doğal olarak bulunur.

Bakteriler bu sistemi işgalci patojenlere, örneğin virüslere karşı yanıt olarak kullanır.

Bir bağışıklık sistemi gibi.

CRISPR kullanarak bakteriler virüs DNA'sından parçalar çıkarır ve bir daha saldıracak olursa virüsü tanımalarına ve savunmaya geçmelerine yardımcı olması için birazını saklarlar.

Bugün bu moleküler makineyi tamamen farklı bir amaç için uyarladık.

Bir organizmanın DNA kodunda seçilen harfleri değiştirmek için.

CRISPR nasıl çalışır?

Genel hatlarıyla sistemi şu şekilde özetleyebiliriz.

Öncelikle organizma bir virüs tarafından enfekte edilir.

Ardından bu virüsün DNA'sı hücre tarafından parçalanır ve bu parçalar arasında bir ön aralık, protospazer geni seçilir.

Seçilen bu gen çeşitli proteinler tarafından işlendikten sonra CRISPR lokusunda lider genin hemen sonrasında yeni bir tekrar geniyle birlikte eklenir ve aralık geni adını alır.

Bu da bize neden aralık genlerinin birbirinden farklı olduğunu anlatıyor.

Çünkü her biri farklı bir virüsten alınmış.

Daha sonra bu tekrar ve aralık bölgelerinden sentezlenen CRISPR RNA'lar, CR RNA, belirli kas proteinlerinin de yardımı ile kesilir ve işlenir.

İşlenmiş CR RNA'lar başka kas proteinleri ile birleşerek CRISPR ribonükleya protein komplekslerine, CR RNAP oluşturur.

Hücrenin aynı virüs ile tekrar enfekte edilmesi durumunda ise virüsün DNA'sına karşılık gelen aralık dizini taşıyan CR RNAP'ler virüs DNA'sını tanır ve kas proteinlerinin nükleaz aktivitesi ile yabancı DNA parçalanır.

Kas proteinlerinde bu sisteme uygun olarak dört gruba ayırabiliriz.

İlki, yeni karşılaşılan virüslerden aralık genlerinin elde edilmesini sağlayan nükleaz ve rekombinans proteinleri.

İkincisi, siyar RNA işlenmesine görev alan ribonikleaz enzimleri.

Üçüncüsü, olgun siyar RNA'lar ile bağ kurup siyar RNAP oluşturulmasını sağlayan ve yabancı DNA'nın tanınmasında rol alan proteinler.

Dördüncüsü de yabancı DNA'ların parçalanmasını sağlayan nükleazlar.

Araştırmalar bize CRISPR-Cas sistemlerinin temel olarak 3 gruba ayrılabildiğini gösteriyor.

Tip 1, 2 ve 3 olarak adlandırılan bu sistemlerden tip 1 ve 3 birbirlerinden filogenetik olarak oldukça uzak birçok bakteri ve arkede bulunmakla birlikte tip 2 sistemlere sadece bakteriler de rastlanmış.

Ayrıca bazı plazmiklerde de CRISPR-Cas sistemlerini bulmak bize bu sistemlerin sıklıkla yatay gen transferi aracılığıyla paylaşıldığını gösteriyor.

Tabii ki bu da sistemin kökenine ilişkin evrimsel çalışmaları oldukça zorlaştıran bir durum.

Bir diğer ilginç nokta da tip 3B olarak adlandırılan sistemin DNA yerine DNA'yı hedef alması ve parçalaması.

Elbette burada akla gelen en önemli sorulardan biri şu ki nasıl oluyor da bu sistemler kendi DNA'larını parçalamıyor?

Sonuçta virüsün DNA'sı ile bu DNA'dan elde edilen aralık geni birbirlerinin aynısı.

Bu durumda oluşturulan siyar RNP hücrenin kendi aralık genini de bir yabancı DNA gibi algılayıp parçalamaz mı?

İşte burada daha önce bahsettiğimiz ve bir bağışıklık sisteminin temeli olan ben ve diğerleri ayrımını yapabilme yeteneği işin içine giriyor.

Tip 1 ve 2 sistemlerde PEM, Protospacer Adjacent Motives olarak adlandırılan bir DNA dizisi, CRNP'lerin DNA parçalama aktivitesini tetikliyor.

PEM dizisinin özelliği ön aralık dizisinden yani işgalci DNA'nın CRNP tarafından tanınan parçası hemen önce gelmesidir.

İkinci bir özelliği ise bariz bir şekilde CRISPR lokusundaki tekrar dizilerinden farklı olmasıdır.

Bunu gözünüzde canlandırmaya çalışırsanız bu hücrenin nasıl ben ve diğerleri ayrımını yaptığını fark edeceksiniz.

Hücrenin kendi DNA'sında bir tekrar dizisi ve hemen ardından gelen aralık dizisi var.

Yabancı DNA'da ise PEM dizisi ve hemen ardından gelen ön aralık dizisi var.

Terimler aklınızı karıştırmasın ön aralık dizisi ile aralık dizisi birbirlerinin aynısıdır.

PEM dizisine bağlanmak da siyar RNP'lerin nükleaz aktivitesini tetiklerken, Tekrar dizisine bağlanmak herhangi bir etki yaratmıyor.

Tip 3 sistemlerde ise durum biraz farklı.

Bu sistemlerde pen motifleri kullanılmamakta fakat tekrar dizisine bağlanmak siyar RNP'nin inaktif hale gelmesine sebep olmaktadır.

Moleküler biyoloji ve özellikle genetik mühendislik tekniklerine aşina olan okurlar belki de CRISPR sistemine sağlayabileceği avantajı fark etmiştir bile.

Bunu çok daha önceden fark eden Dr.

Jennifer Dutton ve ekibi 2012 yılında yayınladıkları bir dizi makale ile bu sistemler üzerinden geliştirdikleri tekniği nasıl genetik mühendisliğinde kullanabileceklerini gösterdiler.

İşin güzelliği ise insanı hayrete düşürecek basitliğinde yatıyor.

CRISPR sisteminin özelliği belirli bir DNA dizisi üzerinde işlemesidir.

Bu da demektir ki herhangi bir DNA'yı yüksek hassaslıkta ve doğrulukta kesebilmemiz için bize gereken tek şey o DNA'nın baz dizisi ve o hücre içinde siyah RNP oluşturabilecek aktif bir kas nükleaz proteini.

DNA'nın baz disisine karşılık gelen bir siyer RNA oluşturuyoruz.

Bu siyer RNA'yı kas proteiniyle birleştiriyoruz ve hücrenin içine salıyoruz.

Bundan sonra tek yapmamız gereken oluşturduğumuz siyer DNP kompleksinin gidip DNA'yı bizim belirlediğimiz yerden kesmesini beklemek.

Bu sayede doğuştan gelen genetik hastalıklardan kansere ve AIDS'e kadar birçok hastalığın tedavisinde kullanılabilecek bir yol açmış oluyoruz.

Birçok araştırmacı tarafından insanın ağzını açık bırakacak bir teknik olarak tanımlanan bu teknik şu zamana kadar insan kökücreleri dahil birçok canlıda denendi ve oldukça olumlu sonuçlar aldı.

Hatta Science dergisi 2013 yılının en önemli bilimsel gelişmelerinden biri olarak bu tekniğin geliştirilmesini seçti.

Elbette henüz tekniğin optimize edilmesi adına çok çalışmalar yapılmalı.

Ancak yine de bu çok daha başarılı tedavilerin yakında olduğunu hissetmemizi engellemiyor.

Yazının sonunda Carl Sagan'ın bizi çok etkileyen bir örneğinden bahsetmek istiyoruz.

Karanlık bir dünyada bilimin mum ışığı kitabını okuyanlar aşinadır.

Bugünkü bilgi teknolojimizin ve paylaşımının temelini oluşturan, cep telefonlarımızdan uzay teleskoplarına kadar birçok aletin çalışmasına olanak sağlayan elektromanyetik dalgalar, Maxwell'in çalışmalarıyla çok daha açık bir şekilde anlaşılmıştır.

Fakat Maxwell'in elektromanyetik dalgalar üzerine çalışırken bir cep telefonu düştüğü ile ilgili hiçbir kanıtımız yok.

Lafın özü, temel bilim çalışmalarının bize ne gibi olanaklar sağlayacağını her zaman önceden kestiremeyebiliriz.

Hazırlıklı olalım ki 10 yıl önce erkelerin edinilmiş bağışıklık sistemi üzerine çalışan ve belki de önemsenmeyen bir bilim insanı, 10 yıl sonra birçok genetik hastalığa çare olabilecek bir teknik ile çıka geldiğinde şaşırmayalım.

Genetiği Değiştirilmiş Bebekler ve İnsanlar CRISPR yöntemi oldukça gelişmiş olsa da uzunluk gibi basit bir kavramın bile 180'den fazla genden etkilendiği gerçeği ve genlerin birbirleri arasındaki iletişimle

tam kavrayamamamız, rehber virüsün daima yerini bulamaması gibi etmenler ile deyimin tam anlamıyla kaş yaparken göz çıkarmak oldukça mümkün.

İnsanda hata marjinin oldukça dar olması da bir başka olumsuz etmen.

Farelerde ve maymunlarda test edilen yöntem birçok genetik hastalık tedavisi konusunda umut vaat ediyor.

Farelerde güç, hız ve zeka gibi kavramlar ile oynayabilmekteyiz.

Schwarzenegger, IGF-1 proteinini üreten bir gen enjeksiyonuyla %40 kas artışı yaşadı.

Hız konusunda yağ yakıcı bir protein kodlayan DNA enjekte edilmiş fareler, normal farelere göre iki kat mesafe kat edebiliyorlar ve daha hızlılar.

Doogie, hipokampüs reseptörünü uyaran NR2B gen enjeksiyonu sonucunda hafıza ve öğrenme kabiliyetlerinde gelişme gösterdi.

İnsanlarda da test edilmesi gündemde fakat yöntemin sonuçlarının öngörülemez olması, maymunlarda %20 ile %30 başarı oranına sahip olması şimdilik insanlı deneyler için yöntemin yeterince sağlıklı olmadığını gösteriyor.

Buna rağmen 2015'te Çin'de ilk defa insan embriyalarındaki Beta Thalassamia isimli ölümcül olabilen kan hastalığına neden olan genler değiştirilerek insanlarda genetik manipülasyon konusunda kritik bir adım atıldı.

2016 yılında ise İngiltere genetiği değiştirilmiş bebeklere izin verme yolunda ilk büyük adımları attı.

Henüz kendi özelliklerimizi geliştiremesek de CRISPR ya da gen terapisi genetik hastalıkların ve Huntington, Tay-Sachs gibi mutasyon sebebiyle oluşan hastalıkların önüne geçmemizi sağlayabilir.

CRISPR-Cas9 genetik temeli olan çok sayıda tıbbi hastalığın, kanser, hepatit B, talisimi, lüsemi, orak hücreli anemi ve hatta yüksek kolesterol tedavisinde kullanılmak için bir umut vaat ediyor.

Yeni yayınlanan çalışmalar genetik temelli hastalıkların tedavisine mümkün olduğunu kanıtlar nitelikte.

Önerilen uygulamaların çoğu somatik hücrelerin genomlarının düzenlenmesiyle ilgili olsa da, üreme hücrelerinin düzenlenme potansiyeline ilişkin etik tartışması sürüyor.

Çünkü üreme hücreleri üzerinde yapılacak değişiklikler nesilden nesile kalımsal olarak aktarılacağı için olayın ahlaki bir boyutu var.

Üreme hücreleri üzerinde gen düzenleme yapmak şu anda dünyanın pek çok ülkesinde yasa dışıdır.

CRISPR-Cas9 riskli mi?

Örneğin 20 bütünleyici bazdan 19 tanesi genomda başka bir yerde daha bulunabilir.

Dolayısıyla rehber RNA'nın hedeflenmek istenen yere değil de başka yere bağlanması riski doğar.

Cas9 enzimi de o zaman yanlış yeri keser ve olmaması gereken bir yerde mutasyona neden olur.

Bu bazen biri için zararsız olur, bazen ise son derece tehlikeli bir durum oluşturabilir.

Bilim insanları CRISPR-Cas9 sisteminin hatasız bağlanmasını ve genomda doğru yeri kesmesini garantileyecek iki yol üzerinde çalışıyor.

Birincisi genomun DNA dizilimi ve kas9 rehber RNA kompleksinin farklı versiyonlarının hedef dışı davranışları hakkındaki bilgiler kullanılarak daha ayrıntılı rehber RNA'lar yapmak.

İkincisi DNA'nın iki ipliğini birden değil de sadece tek ipliğini kesecek kas9 enzimi kullanmak.

Bu da aynı anda iki rehber RNA ve iki kas9 enzimi kullanmak ve böylece yanlış yerde kesim yapılma olasılığını düşürmek anlamına geliyor.

DNA'mıza geçen ve hastalığa neden olan bir hatayı düzeltmek isteyebiliriz veya bazı durumlarda bitkilerin, hayvanların ve hatta insanların genetik kodlarını geliştirmek isteyebiliriz.

Yani tek ihtiyacımız olan dev bir mikroskop ve küçük bir makas ve CRISPR-Cas9 yönteminde kullanılan da özünde bu.

Öyleyse sadece istenmeyen bir geni koparıp ve yerine iyi bir gen koyabilir miyiz?

Genetik hastalığa neden olan nokta mutasyonu tedavisi için DNA'daki o mutasyonlu yeri kesmek hasta için hiçbir fayda sağlamaz.

Çünkü mutasyonlu genin fonksiyonu yeniden yüklenmelidir.

CRISPR-Cas9 ile birlikte hücreye verilen sağlıklı gen, mutasyonlu hücrede bulunan DNA nurun mekanizmasını kullanarak yerleşir ve hücrenin normal fonksiyona sahip olmasını sağlar.

Yakın zamanda yayımlanan makaleye göre, süreçte yer alan olayların sırasını daha iyi anlamak için araştırmacılar Cas9 enzimini görüntüleyen CryoEM teknolojisini buldular.

British Columbia Üniversitesi ve Frederick Ulusal Kanser Araştırma Laboratuvarı araştırmacısı Dr.

Sri Ram Subramaniam şöyle söylüyor.

Cas9'un DNA iplikçiklerini kesmek ve düzenlemek için gerçekten nasıl çalıştığını çok yüksek düzeyde görebilmek heyecan verici.

Bu görüntüler gen kurgu sürecinin verimliliğini arttırmak için bize paha biçilemez bilgi sağlıyor.

Böylece gelecekte hastalığa neden olan DNA mutasyonlarını daha hızlı ve hassas bir şekilde düzeltebiliriz.

Şikago'daki Illinois Üniversitesi'nden Dr.

Miljan Simonovic şöyle diyor.

Daha iyi gen düzenleme araçlarının geliştirilmesini önleyen en büyük engellerden biri, DNA'yı kesen kas dokuzun hiçbir görüntüsüne sahip olmamamızdır.

Fakat şimdi daha net bir resme sahibiz ve enzimin reaksiyon sırasında nasıl hareket ettiğini görebiliyoruz.

Bunun da gen modifikasyonunu gözlemlemek için çok önemli olduğunu düşünüyoruz.

İnsan genomu düzenleme çalışmalarında araştırma etiğinin değerlendirilmesi CRISPR-Cas9 teknolojisi kullanılarak insan eşek hücre öncüleri, Human Journaline düzenlemelerinin gelişmesiyle birlikte, embriyolar

üzerinde araştırmalar yapılması açısından bazı acil etik hususlar öne çıkıyor.

20 Eylül 2017 tarihinde Nature'da insan embriyosu kullanılarak DNA üzerinde yapılan gen düzenleme ve değiştirme çalışmaları sonucunda araştırmaların deney sonuçları yayınlandı.

Francis Crick Enstitüsü'nden Katie Nyken ve çalışma arkadaşları CRISPR-Cas9 teknolojisini kullanarak OCT4 adı verilen gen içerisindeki mutasyonları gösterdiler.

Döllenmiş bir yumurta bölünüp çoğalırken hücre içerisindeki genin hücre kaderini nasıl yönlendirdiğini yine aynı teknolojiyi kullanarak gösterdiler.

Araştırma insan biyolojisi açısından temel bir soruyu ele alıyor.

Fakat erken gelişim süreçlerini anlamak gelecekteki tüp bebek işlemlerinde embriyoların kültür durumlarının düzeltilmesine yardımcı olabilir.

Ayrıca gen düzenleme tekniğini destekleyen mekanizmalar hakkında da önemli bilgiler sunabilir.

Tüp bebek tedavisi gören çiftlerin bağışladığı embrioların laboratuvar ortamında sadece birkaç gün gelişmesine izin verildi.

Nature, Ağustos 2017'de de CRISPR-Cas9 teknolojisi kullanılarak embriyo içerisinde meydana gelen spesifik gen mutasyonlarının gen düzenleme ile nasıl düzeltilebileceği konusunda bir araştırma makalesi yayınladı.

Bu deneyler Oregon Sağlık ve Bilim Üniversitesi'nden Sokrat Mitalipo ve çalışma arkadaşları tarafından IVA kliniklerinden embriyo alınmadan yapıldı.

Bunun yerine mutant genler taşıyan bir erkek dönerin spermi laboratuvar ortamında başka bir dönerin yumurtasıyla döllenerek embriyo oluşturuldu.

Bu çalışmaların yayınlanması, tüm katılımcıların konuyu ayrıntılı olarak değerlendirmesi ve ayrıca bu tip araştırmalara nasıl yön verilmesi gerektiğini tartışması açısından iyi bir zaman gibi gözüküyor.

Etik açıdan ortak görüş.

CRISPR-Cas9 teknolojisi dikkatle takip edilmesi gereken etkili bir genom düzenleme yöntemidir.

Çünkü bilim insanlarının insan eşek hücre öncülerini kalıcı olarak değiştirmesi gibi bir durum söz konusu olabilir.

Alanında uzman bilim insanları etik açıdan itirazlarını ayrıntılı olarak listeleyip insan embriyosunda uygulanacak gen düzenleme araştırmalarının bundan sonra nasıl yürütülmesi gerektiği hakkında tavsiyelerini açıkladılar.

Bu çabalarını disiplinler arası etik konsorsiyuma temellendiren Hinkston topluluğu ve aynı şekilde ayrı olarak çaba gösteren Amerikan Bilim, Mühendislik ve Tıp Akademileri, Uluslararası Kök Hücre Araştırmaları Topluluğu gibi kuruluşlar, temel

biyoloji dahilinde insan eşek hücre öncülleri düzenleme araştırmalarının bilimsel amaçlara uygun olacak şekilde kullanılabileceği konusunda fikir verdiler.

Ayrıca gen düzenlemenin klinik bir araç olarak kullanılabilmesi için güvenlik, doğruluk ve uygulanabilirlik açısından temel araştırma yöntemleriyle titiz bir şekilde incelenmesi gerektiğini söylediler.

Bu nedenle ancak güçlü bir araştırma altyapısı oluşturulduktan sonra ve ancak o zamanda alternatifler dikkatli bir şekilde incelenip daha fazla toplumsal tartışma yapıldıktan sonra kabul edilebilir bulunan vakalar için klinik uygulamalar

düşünülebilir. Nature'da yayınlanan araştırmalar bazı temel bilimsel sorulara cevap vermeyi amaçlıyor.

Ve tabii ki etik ilkelere bağlı kalarak araştırmaların başlangıcı, uygulanması ve hakem incelemesi, ilkelerimizde belirtildiği gibi esasında sıkı ve eksiksiz bir etik değerlendirme ile kontrol edildiler.

Araştırmaların her ikisi de embriyo, sperm ve yumurta dönerlerinin tam rızası ve etik onayını almışlardı ve ilgili makamlarca yetkilendirilmişlerdi.

İnsan embriyosu biyolojisinin ve bu bağlamda gen düzenleme sisteminin muhtemel mekanizmalarının anlaşılmasında önemli katkılar sağlıyorlar.

Ayrıca önemli teknik ve etik sorunları öne çıkararak bu alanda gelecek araştırmaları değerlendirip planlayan araştırmacılara, kaynak sağlayıcılara, dergilere ve deneyitleyicilere bilgi sağlamış oluyorlar.

Özellikle eşek hücre öncülerini düzenlemenin farklı yöntemlerini araştıran insan embriyo projeleri için uygun embriyo tipi ve sayısını doğru bir şekilde değerlendirmesinin önemini gösteriyorlar.

IVF çalışmalarından arta kalarak bağışlanan embriyoların kullanılması, laboratuvar ortamında dönülen embriyoların kullanılmasına nazaran bazı araştırma sorunlarına çözüm bulmak için daha iyi bir yol olabilir.

Bağışlanan embriyodaki doğal çeşitlilik CRISPR-Cas9 düzenlemesi sırasında oluşabilecek istenmeyen hedef dışı genetik değişiklikler gibi sorunları kontrol etmek için daha titiz ve gerçekçi bir test imkanı sunabilir.

Fakat şu an için spesifik mutasyonların hedef odaklı olarak düzeltilmesi, donörlerden alınan o mutasyonlara sahip üreme hücrelerinin laboratuvar ortamında döllenmesiyle devam edecek gibi görünüyor.

Her iki durumda da, Nature, her iki makalenin de metotlar bölümünde belirtildiği gibi, bütün dönerlerin kendilerinden alınan örneklerle yapılacak araştırmaların tüm detayları hakkında bilgilendirilmesi taraftardır.

Araştırmacılar, bağış yapmanın hassas yapısına bağlı kalarak, kullanılacak embriyoların sayısını belirlemede etik ve bilimsel hususları dengeli bir şekilde göz önünde bulundurduklarını göstermelidirler.

Araştırmacılar bu değerli materyali minimum seviyede kullanarak yaptıkları deney ve araştırmaların güçlü ve sağlam bilimsel cevaplar vermelerini sağlamak zorundadırlar.

Bu, araştırmacıların ilk olarak çalışmalarına insan plüripotent kök hücreleri veya faren biyolarını kullanarak deney koşullarını optimize etmeleri anlamına gelebilir ki yayınlanan her iki çalışmada da bu yol izlenmiştir.

Dergiler, inceleme ekibindekiler ve editörler hakem incelemesi sırasında ortaya çıkan sorunların insan embriyalarından başka sistemler kullanılarak cevaplanıp cevaplanamayacağını göz önünde bulundurmalıdırlar.

Araştırma camiasının düşünmesi gereken bir başka konu da hipotezin embriyalar üzerinde test edilmesinden önce ön çalışmaların hakem incelemesinden geçirilip yayına uygun olup olmadığının düşünülmesi olabilir.

Bağımsız olarak yapılan bu hakem incelemesiyle denetleyicilerin incelemesi paralel olarak yürütülebilir.

ve böylece deneylerin sınırları ve embriyaların menşeği hakkında alınacak kararlara bilgi sağlanabilir.

Her çalışmada yerine getirilmesi gereken belirli şartlar farklı olabilir.

Fakat mümkün olduğunca en erken sürede bu şartları değerlendirmek için güçlü bir temel yapının oluşturulması, onların en iyi şekilde yapıldıklarından emin olmanın en doğru yolu olarak görünüyor.

Denetleyiciler, kaynak sağlayıcılar, bilim insanları ve editörler eşey hücre öncülerini düzenleme sistemine daha ileri taşıyacak yolun detaylarını belirlemek için birlikte çalışmaya devam etmelidirler.

Ancak bu yolu izleyerek elimizdeki değerli kaynak ve araçları en doğru şekilde kullanabiliriz.

Seslendiren Ekin Baran Sunar Bu içerik Evrim Ağacı'nda yayınlanmıştır.

Evrimağacı.org üzerinden daha fazla bilimsel içeriğe ulaşabilirsiniz.