Bir genetik mühendisliği teknolojisi olan Nobel Ödüllü CRISPR-Cas9 tekniği ile gen düzenlemek artık daha kolay.

Sizce CRISPR-Cas9 ile genlerimizi tekrar kodlamak mümkün mü?

CRISPR-CAS9 TEKNOLOJİSİ

CRISPR-Cas9; biyoteknolojinin son yıllarda önemli gelişmeler kaydetmesiyle ortaya çıkmış, gelecek için büyük potansiyele sahip bir araçtır. CRISPR, Türkçe açılımı “Düzenli Aralıklarla Bölünmüş Palindromik Tekrar Kümeleri” olan tekrarlı DNA dizileri içeren lokuslardır. Cas9 (CRISPR ile ilişkili) proteini ise bu DNA dizilerini kesebilen bir enzimdir. 

Şimdi bu mekanizmanın nasıl çalıştığını inceleyelim. CRISPR teknolojisinin çıkış kaynağının bakteri-virüs ilişki olduğunu söyleyebiliriz. Bakteri DNA’sı virüslerden korunmak için iki tür kısa RNA üretir. Bu kısa RNA dizileri virüsün genetik materyaliyle eşleştiğinde rehber RNA (sgRNA) hedeflenen bölge için rehberlik eder. Cas9 enzimi virüsün DNA’sını keser. Bunun sonucunda DNA kendini onarır ve hedeflenen bölge kesilmiş olur. 

Son gelişmelerle birlikte bilim insanları rehber RNA’yı laboratuvar ortamında üretmektedir. Üretilen RNA dizisi, DNA ile eşleşir. Cas9 proteini, PAM dizisi aracılığıyla adeta bir moleküler makas görevi görerek DNA’yı keser. Kesme işlemi sonucunda rehber RNA ve Cas9 enzimi DNA dizisi üzerinden ayrılır ve yerini yeni bir DNA dizisine bırakır.

(Görsel 2 kaynak: https://www.researchgate.net/figure/CRISPR-Cas9-mediated-genome-editing-Cas9-recruitment-to-the-target-DNA-is-mediated-by-a_fig1_282392356)

NOBEL ÖDÜLLÜ CRISPR’IN TARİHİ

1953 yılında DNA’nın çift sarmal yapısı bulunduğundan bu yana gen düzenleme için çalışmalar başlamıştı. Bilim insanları DNA üzerindeki hasarlı, mutasyonlu bölgeleri yok etmek ve daha iyi bir DNA yapısı oluşturmak için gerekli çalışmalar yürütmekteydi. 1980’li yıllarda bilim insanları bakteri üzerinde CRISPR kümelerini bulmuştu ancak çok etki yaratmadığı için CRISPR olarak adlandırılmadı. Daha sonrasında 1987 yılında Osaka Üniversitesi’nden araştırmacı Yoshizumi Ishino ve ekibi tarafından Escherichia coli bakterisinde keşfedildi. 

1990’lı yıllarda bilim insanları diğer bakteri türlerinde de CRISPR kümelerini keşfetmeye başladı. Alicante Üniversitesi’nde araştırmacı olan Francisco Mojica tarafından 20 farklı bakterinin genomunda tekrarlayan kümeler bulundu. Bu keşfiyle birlikte Mojica bu tekrarlayan dizi kümelerinde virüsün genetik bilgilerinin taşındığını ve bakterilerin virüslere karşı bir bağışıklık geliştirdiğini ortaya attı. Böylelikle CRISPR teknolojisinin temelini atmaya öncülük etmiş oldu.

 2011 yılında Emmanuelle Charpentier yürüttüğü çalışmalar sırasında Streptococcus pyogenes bakterisini incelerken tracrRNA’yı keşfetti.  Daha sonrasında biyokimyacı Feng Zhang ve ekibi CRISPR-Cas9 sistemini insan genomunda kullanımı üzerine çalışmalar yürüttü. Emmanuelle Charpentier ve Jennifer Doudna tarafından yürütülen ekip ise 2012 yılında CRISPR-Cas9 gen düzenleme teknolojisini keşfetmiştir. 2020 yılında ise CRISPR-Cas9 gen düzenleme teknolojisini geliştirmek üzere yürüttükleri çalışmalar sonucunda Emmanuelle Charpentier ve Jennifer Doudna Nobel ödülünü kazanmıştır.

(Görsel 3 kaynak: https://ibecbarcelona.eu/tag/crispr/)

GEN DÜZENLEMEDE CRISPR-CAS9’UN ROLÜ

CRISPR-Cas9 diğer gen düzenleme yöntemlerine göre daha hızlı, ucuz ve nispeten kolay bir yöntemdir. Ayrıca bu yöntemi mutasyona uğramış gen bölgesi üzerinde iki farklı metot ile gerçekleştirebiliriz. Bu yöntemlerden ilki olan ex vivo yönteminde organizmadan alınan hücreler laboratuvar ortamında CRISPR-Cas9 ile düzenlenir. Düzenlenen hücreler çoğaltılarak alınan organizmaya geri koyulur. Diğer bir metot olan in vivo yönteminde ise CRISPR-Cas9 viral ya da viral olmayan vektörler aracılığıyla hastaya direkt olarak verilir.

(Görsel 4 kaynak: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fsurg.2021.731031/full)

Peki CRISPR-Cas9 hangi alanlarda kullanılıyor? Genetik hastalıkların tedavisi, kanser tedavisi, tarım, hastalık araştırması, biyoçeşitlilik koruma, bitkilerin direncini arttırmak gibi birçok alanda CRISPR-Cas9 tekniğini kullanmak hedefler arasında olmakla birlikte çalışmalar yürütülmektedir. Son yapılan çalışmalara bakacak olursak gıda alanında yapılan bazı çalışmaları şu şekilde söyleyebiliriz:

Yumurtadan çıktığında civcivlerin cinsiyetinin belli olması amacıyla erkek civcivlere yeşil floresan protein eklenerek yapılan bir çalışma mevcut. (Tan ve ark., 2013; Reardon, 2016). 

Bitkilerde besinleri daha verimli hale getirme, alerjen maddeleri ortadan kaldırma, hastalıklara karşı daha dirençli olma gibi değişiklikleri uygulamak bir diğer çalışma olarak karşımıza çıkmaktadır. (Zhang ve ark., 2020)

Bu çalışmalar gibi daha birçok alanda yapılan çalışmalar mevcuttur. Buna örnek olarak da AIDS hastalığına neden olan HIV virüsünün CRISPR yöntemi ile insan DNA’sından uzaklaştırılma üzerine yapılan çalışmayı verebiliriz.

GÜNÜMÜZDE CRISPR-CAS9 YÖNTEMİYLE GEN DÜZENLEMEK ETİK Mİ?

Yöntemin uygulanmasında büyük tartışmalara neden olan CRISPR-Cas9 belirli sınırlamalar içerisinde kullanılmaktadır. Genetik hastalıklar başta olmak üzere birçok hastalığın tedavisinde, bitkilerin verimliliğinin arttırılmasında, hayvancılık gibi alanlarda CRISPR-Cas9 teknolojisinden yararlanılan çalışmalar yürütülmektedir. Ancak bu tarz çalışmalarda oluşabilecek herhangi bir hata sonucunda gelecek nesillere istenmeyen genetik değişikliler aktarılabilir. Aynı zamanda bilinmeyen yan etkilere de neden olabilir. Bu bağlamda CRISPR teknolojisi büyük tartışmalara neden olmaktadır.

Diğer bir yandan yöntemin maliyeti ve erişim sorunu insanlar arasında eşitsizliğe ve sınıflandırmalara yol açma durumu yapılan tartışmalar arasındadır.Başka bir etik sorun olarak mükemmel genetik arayışını söyleyebiliriz. Genetik hastalıklar gibi ciddi sorunlara çözüm üretilmesinin ardından CRISPR-Cas9 teknolojisini genleri geliştirme ve değiştirme amacıyla kullanılmak istenmesi etik sorunlara yol açabilir.

(Görsel 5 kaynak: https://tr.wikipedia.org/wiki/He_Jiankui )

Dünya çapında etik üzerine yapılan bu tartışmalar devam ederken bir deney gerçekleştirildi. Çinli araştırmacı He Jiankui 26 Kasım 2018 tarihinde bir video paylaşarak CRISPR-Cas9 teknolojisini insan embriyosu üzerinde uyguladığını dile getirdi. Bu deneyde HIV virüsünü CRISPR-Cas9 ile etkisiz hale getiren He Jiankui HIV’e dirençli Lulu ve Nana takma adlı ikiz bebeklerin sağlıklı bir şekilde dünyaya geldiğini bildirmişti. Bu olay sonucunda He Jiankui’nin tüm çalışmaları askıya alınmıştır.

Peki ya siz genetiğinizin değiştirilmesini ister miydiniz?

Video Tavsiyesi

• https://www.youtube.com/watch?v=4Ag90YCgBqQ
• https://www.youtube.com/watch?v=2pp17E4E-O8&t=11s
• https://www.youtube.com/watch?v=HANo__Z8K6s

KAYNAKÇA

1. Samsunlu, E. T. (2021). GEN TERAPİSİNDE CRISPR-CAS9. Celal Bayar Üniversitesi Sağlık Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 8(3), 574–580. https://doi.org/10.34087/cbusbed.905029
2. Genom düzenleme ve CRISPR-Cas9 nedir? (n.d.). https://www.haydarbagis.com/tr/news/desc/6099/genom-duzenleme-ve-crispr-cas9-nedir.html 
3. Frontiers in life sciences and related technologies. (n.d.). https://dergipark.org.tr/en/pub/flsrt 
4. Hussein, M., Molina, M. A., Berkhout, B., & Herrera-Carrillo, E. (2023). A CRISPR-Cas cure for HIV/AIDS. International Journal of Molecular Sciences, 24(2), 1563. https://doi.org/10.3390/ijms24021563
5. MN Editors. (2023b, September 30). CRISPR-CAS9 Gene Editing – Definition, Mechanism, Application. Microbiology Note – Online Biology Notes. https://microbiologynote.com/tr/crispr-cas9-gene-editing/#Who_Discovered_Crispr
6. Bulduk, B. K., & Şahinoğlu, S. (2021). Investigation of ethical evaluations of the World’s First Genome-Edited Babies Case. Turkiye Klinikleri Journal of Medical Ethics-Law and History, 29(1), 38–47. https://doi.org/10.5336/mdethic.2020-74194

Yazar: Şeyma Nur YILMAZ / Yıldız Teknik Üniversitesi – Biyomühendislik

Merhaba, ben Şeyma Nur. Yıldız Teknik Üniversitesi Biyomühendislik bölümü 2. Sınıf öğrencisiyim. İlginç şeyleri araştırmak ve yoga yapmaktan hoşlanıyorum. Bunlara ek olarak; kitap okumak ve puzzle yapmak yapmakta olduğum aktiviteler arasında.

Editör: Hilal KORKUSUZ / Yıldız Teknik Üniversitesi – Moleküler Biyoloji ve Genetik

Merhaba, ben Hilal. MBG 4. sınıf öğrencisiyim. Biyogen’de dergi koordinatörü ve editörüm. Bölümüm dışında 3D modelleme ve oyun geliştirmeyle ilgileniyorum. Ayrıca kedimin adını Puzzle koyacak kadar puzzle yapmayı severim. Diğer kedimin adı da Bulut, tahmin edersiniz ki bulutlu havaları severim.