Crispr Nedir ve Neden Nobel Ödülünü Kazandı?

Crispr Nedir ve Neden Nobel Ödülünü Kazandı?

Hayatımızı değiştirebilecek ödüllü gen düzenleme aracının arkasındaki bilim:

Emmanuelle Charpentier ve Jennifer Doudna ‘Gen düzenlemesi metodunun geliştirilmesi’ ile 2020 Nobel Kimya Ödülüne damga vurdu. Özellikle, bilim insanlarının canlı organizmaların genetik kodunda hassas değişiklikler yapmasına olanak tanıyan Crispr – Cas9 genom düzenleme tekniğini keşfettikleri için ödüle layık görüldüler. Crispr-Cas9 hayatımızda birçok açıda, tıbbi tedavilerden gıda üretme şeklimize kadar, devrim yapan güçlü bir alet. Ayrıca son yıllarda ki tartışmalarda hak ettiği değerini buldu. Burada, genetik makastan ve neden kazandıklarından derinlemesine bahsedeceğiz.

Neden Kazandı?

Charpentier ve Doudna 2011’den bu yana Crispr-Cas9 sistemine yatırım yapmaya başladığından beri, bu konu patladı. Crispr sistemlerinin basitliği ve satın alınabilirliğinden dolayı, Dünya’nın her bir yerinden araştırmacılar tüm farklı problemlere karşı bu aracı uyguladılar. Bugün tekniğe adanmış tüm dergiler, konferanslar ve şirketler de var.

Herhangi bir DNA molekülünü seçilen bir kısımdan kesebilme yeteneğiyle, genetik hastalıkların tedavisinden hastalıklara karşı dirençli mahsuller oluşturmaya kadar büyük bir potansiyele sahiptir. Denemeler, Crispr’ın genetik modifikasyonların sivrisinek popülâsyonları aracılığıyla nasıl yayılabileceğini ve sıtma enfeksiyonlarını durdurabileceğini, bu tür “gen dürtüleri” ile hastalığı tamamen ortadan kaldırmak için bir yol sunduğunu bile gösterdi. Ve COVID-19 pandemisinin karşısında, araştırmacılar hızlı korona virüs testlerinde Crispr’ı kullanmanın yollarını ve ayrıca virüsün genine saldırmak için kullanılmasını önerdiler.

Nobel Kimya komitesi başkanı Claes Gustafsson’ın ödülün anonsunda dediği gibi “Bu genetik araçta hepimizi etkileyecek muazzam bir güç var.”

Crispr teknolojisi çok daha lezzetli biralar yapmak için bile kullanılıyor.

Nasıl Çalışıyor?

Crispr gen düzenleme aracı tamamıyla bakterilerin savunma sisteminden uyarlanmıştır. Crispr terimi, bakterilerin genlerinde bulunan genetik dizileri ifade eden ‘düzenli aralıklarla kümelenmiş kısa palindromik tekrarlardan’ gelir. (İfadenin İngilizce karşılığının baş harfleri; ‘clustered regularly interspaced short palindromic repeats’) Her bir Crispr dizisi virüsün DNA’sını hedef alacak RNA dizisine uyarlandı. Bu diziler ayrıca DNA-kesen Cas enzimlerini kodlayan cas (Crispr-ilişkili) genlerini içerir. Rehber RNA ve Cas enzim formu birlikte, viral DNA yakalayan ve doğrayan bir kompleks oluşturur.

Crispr gen düzenlemesinde, bilim insanları, bir hücrenin genomunda hedeflemek istedikleri bir DNA dizisine kadar eşleşen yaklaşık 20 nükleobazdan oluşan bir rehber RNA dizisi tasarlayarak bu sistemi yeniden kullanıyor. Bu RNA dizisi DNA ipliğinde hedeflenen kısmı kesecek Cas9 enzimi ile birleştirilir. Crispr-Cas9 aracının bu her iki bileşeni için kodlayan tam DNA dizisi, bir plazmid aracılığıyla hedef hücreye iletilebilir.

Kaynak: © Jonathan Jarnstead/İsveç Kraliyet Bilimler Akademisi

Rehber RNA dizisi, DNA parçalayan Cas9 enzimini, hücrenin genomundaki belirli bir noktaya getirir, burada enzim daha sonra DNA’da bir kesim yapar. Bu şekilde, sistem hassas bir gen kesme makası çifti görevi görür.

Araç bu nedenle inanılmaz hassasiyetle bir hücrenin genomunun düzenlenmesinde kullanılabilir-örneğin kalıtsal bir hastalıkla ilişkili işlevsiz bir geni kesebilir. Ve ayrıca genin sağlıklı versiyonu hücreye iletilirse, hücrenin kendini onarma sistemi bölündüğü kısımdan sağlıklı ipliğini dâhil edecektir.

Ödülü Kazananlar Ne Yaptı?

2011’de Streptococcus pyogenes bakterisini araştırırken Charpentier; bakteride ki, Crispr-Cas sisteminin bir anahtar kısmını oluşturan, tracrRNA denilen bir molekülü keşfetti.

Bu esnada Doudna, cas genlerinin fonksiyonlarını araştırıyordu ve kodladıkları Cas proteinlerinin, bakteriyel bağışıklık sisteminin bir parçası olarak patojenik virüslere karşı DNA’nın kesilmesinde rol oynadığını öğrendi.

Kaynak: © Niklas Elmedhed/Nobel Medya

Emmanuelle Charpentier ve Jennifer Doudna 2020 Nobel Kimya Ödülünü Geliştirdikleri Gen Düzenleme Teknolojisi ile Kazandılar.

O yıl Charpentier, Doudna ile sistemi daha fazla araştırmak için bir ekip oluşturdu. Cas9 proteini, CrisprRNA ve tracrRNA’nın birlikte DNA’nın ipliğini nasıl ikiye böldüğünü göstermek için çalıştılar. Daha sonra CrisprRNA ve tracrRNA’yı tek moleküle (rehber RNA) kolayca kullanmak için çevirdiler, böylece sistemi de basitleştirdiler ve bir DNA ipinin seçtikleri yerden nasıl kesilebileceğini gösterdiler, sonuç olarak her türlü gen düzenleme deneylerinde aracı kullanmanın kapısını açtılar.

Crispr-Cas9’dan önce olan tüm genetik düzenleme araçlarına göre yeni araçlar daha basit ve ucuz. Ve bu, dünyada ki tüm bilim insanları için gen düzenlemeye erişilebilirliğiyle, alanın çok genişlemesine yol açtı.

Öyleyse Tartışma Neden?

Yıllardır süren patent tartışmasının Crispr merkezinde yer alıyor. Doudna ve Charpentier’ın keşfinden kısa bir süre sonra Feng Zhang’in Cambridge, US’deki Broad Enstitüsü ekibi ökaryatik hücrelerde bu tekniği kullanmanın bir yolunu bulup, patentini aldılar. Kaliforniya Üniversitesi, Berkeley, US’deki Doudna’nın ekibi ve Broad’ın ekibi, fikrin anahtar parçasına sahip olanın kim olduğuna dair aralarında uzun süren birçok mahkeme çekişmesi oldu. Bu esnada birçok grup ve kampanyaya Crispr ile ilişkili yeni teknolojilerinden dolayı patentleri verildi, bunlar olurken tartışmaların merkezindeki orijinal patentler daha az konuşulur hale geldi.

Tartışmalardaki diğer kısım ise tüm gen düzenleme araçlarının yani Crispr’ın potansiyel sonuçlarını çevreliyor. Genomun karmaşıklığından dolayı, genlerin düzenlenmesinde ne olacağını her zaman bilemeyiz. Bazı genlerin birden fazla ve genellikle bilinmeyen işlevleri vardır – onları tek bir sorunu düzeltecek şekilde düzenlemek, yeni bilinmeyenler oluşturabilir. Germline hücrelerini (organizmaların çocuklarına aktarılabilenler) düzenlemeye gelince bu çok önemli bir hal alıyor çünkü değiştirilmiş genler gelecek nesillere aktarılabilir.

Nispeten yeni bir teknik olarak, Crispr’ın harika olmadığını biliyoruz. Bazı çalışmalar aletin DNA ipliğinin ek yerlerinden istenen kısım dışındaki yerleri de kestiğini göstermiştir. Bunun zararlı sonuçları olabilir. Birçok araştırmacı tekniği geliştirmenin ve sağlıkta kullanılabilir hale getirme yollarını araştırıyor.

Bu endişeleri göz önünde bulundurarak, dünya çapındaki bilim insanları – Doudna ve Charpentier’da dâhil – sonuçlar hakkında daha fazla şey öğrenene kadar insan germ hattı hücrelerinin düzenlemesinde bir moratoryum(erteleme) çağrısında bulundular. Bu tarz çağrılar, Çinli bilim insanı He Jiankui’nin 2018’de insan embriyolarının düzenlenmesini gündeme getirmesinden sonra arttı. He Jiankui çalışmayı yürüttüğü için hâlâ üç yıl hapis cezasını çekiyor.

Daha Sonra Ne Oldu?

Birçok klinik denemesi bu yıl ortaya çıkan umut verici raporlarla, Crispr merkezli terapilere başladı. Şubat ayında, Crispr tarafından düzenlenen bağışıklık hücrelerini kullanan bir kanser tedavisine bakan ilk çalışma, değiştirilmiş hücrelerin güvenli olduğunu ve incelenen üç hastada hiçbir ciddi yan etki olmadığını bildirdi. Tedavinin kanserler üzerindeki etkinliği minimum düzeyde olsa da, gelecekteki Crispr bazlı T-hücresi tedavilerini bilgilendirmeye yardımcı olabilir.

Bir ay sonra, kalıcı görme kaybı olan bir hasta doğrudan vücuduna Crispr-Cas9 terapisi uygulanan ilk kişi oldu. Ve Haziran ayında, İsviçreli gen düzenleme şirketi Crispr Therapeutics, Akdeniz anemeli iki hastanın ve orak hücre hastalığı olan birinin, Crispr teknikleri kullanılarak kemik iliği kök hücrelerinin düzenlenmesinden sonra artık kan transfüzyonu gerektirmeyeceğini duyurdu.

Bu haftanın başlarında Doudna, amiyotrofik lateral skleroz tedavileri üzerinde çalışmaya başlamak için Scribe Therapeutics adlı yeni bir şirket kurdu.

Diğer Crispr tabanlı teknolojiler ticari gerçekliğe yaklaşıyor. Örneğin, ABD genom mühendisliği şirketi eGenesis, bu tekniği domuzların genlerini düzenlemek için kullanmanın yollarını geliştiriyor, böylece organları güvenli bir şekilde insanlara nakledilebilir. Tarım sektöründe birçok şirket, hastalığa dayanıklılık veya iyileştirilmiş lezzet gibi arzu edilen özelliklere sahip mahsullerin seçim sürecini hızlandırmak için Crispr’i kullanmanın yolları üzerinde çalışıyor.

Temel düzeyde, araştırmacılar sistemin kendisini iyileştirmenin yolları üzerinde çalışıyorlar. Bazı gruplar, alternatif Cas proteinleri kullanarak, aracı belirli ayarlarda daha etkili ve kullanımı daha kolay hale getirmeyi umuyor. Doudna’nın grubu yakın zamanda Cas9’dan daha küçük ve potansiyel olarak hedef hücrelere sokulması daha kolay olan bir CasX proteini hakkında bilgi verdi.

Kaynak : chemistryworld.com