Tasarlanmış ‘Mini’ CRISPR Genom Düzenleme Sistemi Geliştirildi
CRISPR gen düzenlemesi ortak analojisi, DNA’nın belirli bölümlerini keserek moleküler makas gibi çalışmasıdır. Stanford Üniversitesi’nde biyomühendislik yardımcı doçenti olan Stanley Qi, bu benzetmeyi seviyor, ancak CRISPR’yi bir İsviçre çakısı olarak yeniden tasarlamanın zamanının geldiğini düşünüyor.
Aynı zamanda Stanford Tıp Okulu ve Stanford ChEM-H enstitüsü’nde kimya ve sistem biyolojisi alanında yardımcı doçent olan Qi, “CRISPR bir kesici kadar basit veya bir düzenleyici, editör, etiketleyici veya görüntüleyici kadar gelişmiş olabilir. Bu heyecan verici alandan birçok uygulama ortaya çıkıyor.” diyor.
Bununla birlikte, göz, karaciğer ve beyindeki hastalıkların gen tedavisi için birçok farklı CRISPR sistemi kullanımdadır veya klinik olarak test edilmektedir fakat kapsamları sınırlı kalmaktadır çünkü hepsi aynı kusurdan muzdariptir: çok büyükler bu nedenle hücrelere, dokulara veya canlı organizmalara verilmesi zordur.
Molecular Cell’de 3 Eylül’de yayınlanan bir makalede, Qi ve işbirlikçileri, CRISPR için ileriye doğru atılmış büyük bir adım olduğuna inandıklarını duyurdular: Verimli, çok amaçlı, mini bir CRISPR sistemi. Yaygın olarak kullanılan CRISPR sistemleri – Cas9 ve Cas12a gibi CRISPR ile ilişkili (Cas) proteinlerin çeşitli versiyonları olarak adlandırılırlar – yaklaşık 1000 ila 1500 amino asitten yapılırken, “CasMINI” 529 amino asite sahiptir.
Araştırmacılar, deneylerde CasMINI’nin, tıpkı güçlü meslektaşları gibi genetik kodu silip etkinleştirebileceğini ve düzenleyebileceğini doğruladı. Daha küçük boyutta olması, insan hücrelerine ve insan vücuduna iletilmesinin daha kolay olması anlamına gelir ve bu da onu göz hastalığı, organ dejenerasyonu ve genel olarak genetik hastalıklar dahil olmak üzere çeşitli rahatsızlıkların tedavisi için potansiyel bir araç haline getirir.
Sürekli Çaba
Sistemi olabildiğince küçültmek için araştırmacılar, CRISPR proteini Cas12f (Cas14 olarak da bilinir) ile başlamaya karar verdiler, çünkü sadece 400 ila 700 amino asit içeriyor. Bununla birlikte, diğer CRISPR proteinleri gibi, Cas12f de doğal olarak Archaea’dan (tek hücreli organizmalardan) meydana gelir; bu da, bırakın insan hücreleri veya bedenleri bir yana, memeli hücreleri için bile uygun olmadığı anlamına gelir. Sadece birkaç CRISPR proteininin memeli hücrelerinde modifikasyon olmadan çalıştığı bilinmektedir. Ne yazık ki, CAS12f onlardan biri değildir. Bu, onu Qi gibi biyomühendisler için cazip bir meydan okuma haline getiriyor.
Qi, “Tamam, milyonlarca yıllık evrim bu CRISPR sistemini insan vücudunda işleyen bir şeye dönüştüremedi. Bunu sadece bir veya iki yılda değiştirebilir miyiz?” diye düşündük. “Bildiğim kadarıyla, ilk kez çalışmayan bir CRISPR’yi çalışan bir CRISPR’ye dönüştürdük.”
Gerçekten de, Qi laboratuvarında doktora sonrası araştırmacı ve makalenin baş yazarı olan Xiaoshu Xu, insan hücrelerinde doğal Cas12f’nin hiçbir aktivitesini görmedi. Xu ve Qi, sorunun insan genom DNA’sının mikrobiyal DNA’dan daha karmaşık ve daha az erişilebilir olması nedeniyle Cas12f’nin hücrelerde hedefini bulmasını zorlaştırması olduğunu varsaydılar. Cas12f sisteminin hesaplamalı olarak tahmin edilen yapısına bakarak, proteinde bu sınırlamayı potansiyel olarak aşabilecek yaklaşık 40 mutasyon dikkatlice seçildi ve aynı anda birçok protein varyantını test etmek için bir iletişim hattı kuruldu. Çalışan bir varyant, teorik olarak, genomunda yeşil floresan proteini (GFP) aktive ederek bir insan hücresini yeşile çevirecektir.
Xu, “İlk başta, bu sistem bir yıl boyunca hiç çalışmadı fakat biyomühendisliğin yinelemelerinden sonra, bazı mühendislik proteinlerinin sihir gibi çalışmaya başladığını gördük. Bu, sentetik biyoloji ve biyomühendisliğin gücünü gerçekten takdir etmemizi sağladı.“ diyor.
İlk başarılı sonuçlar mütevazıydı, ancak Xu’yu heyecanlandırdı ve sistemin çalıştığı anlamına geldiği için onu ilerlemeye teşvik ettiler. Birçok yinelemeden sonra, proteinin performansını daha da geliştirmeyi başardı. Xu, “Yeşil bir sinyal gösteren sadece iki hücreyi görmeye başladık ve şimdi mühendislikten sonra, neredeyse her hücre mikroskop altında yeşil” diyor.
“Bir anda onu durdurmak zorunda kaldım,” diye hatırladı Qi. “Şimdilik iyi dedim. Oldukça iyi bir sistem yapmışsın. Bu molekülün uygulamalar için nasıl kullanılabileceğini düşünmeliyiz.”
Araştırmacılar, protein mühendisliğine ek olarak, Cas proteinini hedef DNA’sına yönlendiren RNA’yı da tasarladılar. Her iki bileşende yapılan değişiklikler, CasMINI sisteminin insan hücrelerinde çalışmasını sağlamak için çok önemliydi. CasMINI’nin HIV enfeksiyonu, anti-tümör bağışıklık tepkisi ve anemi ile ilgili genler de dahil olmak üzere laboratuvar tabanlı insan hücrelerindeki genleri silme ve düzenleme yeteneğini test ettiler. Testleri hemen hemen her gen üzerinde çalıştı ve birkaçında sağlam yanıtlar verdi.
Kapıyı açmak
Araştırmacılar, gen terapilerini sürdürmek için diğer bilim insanlarıyla işbirlikleri kurmaya başladılar bile. Ayrıca, boyutun da sınırlayıcı bir faktör olabileceği (mRNA COVID-19 aşılarını geliştirmek için kullanılanlar gibi) RNA teknolojilerindeki ilerlemelere nasıl katkıda bulunabilecekleriyle ilgileniyorlar.
Qi, “Bu sistemleri tasarlama yeteneği, CRISPR’nin ilk günlerinden beri sahada arzu ediliyordu ve bu gerçeğe doğru ilerlemek için üzerimize düşeni yaptığımızı hissediyorum” diyor. “Ve bu mühendislik yaklaşımı çok geniş anlamda yardımcı olabilir. Beni heyecanlandıran şey bu; “yeni olasılıklara kapı açmak.””
Kaynak : sciencedaily.com
