Dünyadan Haberler: 2020 Nobel Kimya Ödülü CRISPR/CAS9’a Verildi!

Dünyadan Haberler: 2020 Nobel Kimya Ödülü CRISPR/CAS9’a Verildi!

Dünyadan Haberler: 2020 Nobel Kimya Ödülü CRISPR/CAS9’a Verildi!

Geçtiğimiz hafta bizleri çok sevindiren bir haber aldık, ki bizi bir başka sevindiren haber ise 2015 yılında Prof. Dr. Aziz Sancar hocanın Nobel Kimya Ödülü’nü almış olmasıydı. Başlıktan da anlayacağınız üzere Nobel Kimya Ödülü yeni sahiplerini buldu. Aslında biz “Giemsa” ailesi olarak yani siz okurlarımız CRISPR kelimesine yabancı değilsiniz. Benim de aynı zamanda Giemsa için ilk yazımdı. Bu yazıda konu alacağım başlıklar şu şekildedir; CRISPR-CAS nedir? CRISPR-CAS sistemleri nelerdir? Genetik tedavide CRISPR?

1987 yılında bakterileri savunma sistemi mekanizması olarak aslında ilk CRISPR teknolojisini ilkel olarak bir yoğurt firması yapmıştı. Ama bilim camiası bununla kalmayıp aynı zamanda diğer birçok canlının genetiğinin değiştirilmesine öncü olan Jennifer Doudna, Emmanuelle Charpentier ve Feng Zhang bilim insanlarından Doudna ve Charpentier Nobel 2020 Kimya Ödülü’nü almaya hak kazandılar.

CRISPR teknolojisinin tarihçesini en iyi açıklayan Şekil 1’de görüyorsunuz.

Şekil 1; RaDiChal Ders Notları

CRISPR-CAS NEDİR?

Bakteri genomunun belirli bir parçasında tekrarlı diziler keşfediliyor ve bu tekrarlı diziler dediğimiz tekrar eden (repeated) sekanslar arasında “spacers” denilen bazı bölgeler var ve bu bölgelerin ne işe yaradığı bilinmiyor. İşte bu sisteme CRISPR, “Kümelenmiş Düzenli Aralıklı Kısa Palindromik Tekrar Dizileri” (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) adı veriliyor.

PEKİ CRISPR NERELERDE KULLANILIYOR?

Tarım – Hayvan Uygulamaları

◾️ Hayvanların kas kütlesini arttırmak

◾️ İplik kalitesini ve miktarını arttırmak

◾️ Süt kalitesini ve miktarını arttırmak

◾️ Sağlıklı ve daha çok yavrulama

◾️ Koyunlarda kısa ve ince kuyruk oluşumu

◾️ Boynuzsuz hayvan üretimi

Biyomedikal Uygulamaları

◾️ İnsan hastalıkları modellemeleri

◾️ Xenotransplantasyon, yani değişik türler arasında doku ve organların nakli olarak tanımlanır. Donör bulabilmenin ve üretiminin hızlılığı gibi lojistik avantajlar yanında, finansal avantajlar da bu alandaki çalışmaların sağlayabileceği kazançlar arasında sayılmaktadır.

İlaç Uygulamaları

◾️ Protein açısından zenginleştirilmiş süt

Veteriner Uygulamaları

◾️ Hastalık direnci oluşturma

Tarım uygulamalarından bir örnek vermek istiyorum. Tükettiğimiz mantar çeşidi olan kültür mantarı uzun süre dolapta muhafaza ettiğimizde polyphenol oxidase’dan (PPO) dolayı renginde kararma oluyor. Dolayısıyla bu soruna çözüm buldular ve bu mantar türlerinde bu enzimi mutasyona uğrattılar. Bu şekilde hiç bozulmayan ve rengi değişmeyen mantarlar oluştu.

Burada bir konuya değinmek istiyorum. Yukarıda anlattığım gibi mantarda yapılan çalışma bizim geçmişten beri bildiğimiz GDO çalışması değildir. GDO, başka bir canlıdan alınan geni değiştirmek istediğimiz canlıya uygulanmasına örnek verilebilir. Ama mantar örneği tamamen CRISPR tekniği ile yapılmış bir çalışmadır.

Özellikle tarımda CRISPR tekniği ile çok fazla karşılaşıyoruz. Mantar örneği gibi yada glütensiz pirinçlerin yapılması gibi. Gün geçtikçe bu tarz çalışmalara devam edilecektir.

Yukarıdaki maddelere biyokaynak uygulamalarını eklememişim ama birçok bakterinin genetiği değiştirilerek etanol, enerji üretimleri sağlanıyor.

Yine bazı deney hayvanları kullanılarak hastalık modellemeleri yapılıyor. Birçok canlının embriyo düzeyinde gen düzenleme yapılarak bu hastalıkların hayvanlarda nasıl işlediği çalışılıyor.

ANTiBAKTERiYEL FAJ TEDAVİSİ

Antibiyotiğe dirençli bakteriler ve bunların yol açtığı hastalıklar ilerleyen yıllarda kansere kadar gidecektir. Çünkü yeni üretilen antibiyotiklere bakterilerin direnç göstermesi büyük bir sorun açığa çıkarır. Bu yüzden son zamanlarda acil butonuna basılarak ileri dönemlerde yeni antibiyotiklerin üretilmesi istenildi. Antibiyotiğe alternatif olarak da antibakteriyel faj tedavisi öneriliyor. Fajları (bakterileri enfekte eden bir virüsler) antibiyotik dirençli bakterileri hedefleyerek bu bakteriler parçalanabiliyor. Nasıl? Fajın içerisine koyulan CRISPR sistemini bakterileri hedefleyerek hangi antibiyotiğe direnci varsa o direnç silinebilir. Ya da o bakteriyi hedefleyerek bakteri genomunda hasar oluşturup antibiyotik dirençli bakteriler hedefli olarak (yani vücutta yararlı olan bakteriler zarar görmeden) yok edilmeye çalışılıyor.

TANI İÇİN KULLANIMLAR

Önceki yazımda anlattığım gibi Cas9 enzimi yanında bir çok enzim daha vardır. CRISPR sadece tedaviler yada gen düzenleme alanlarında değil de Cas13 gibi enzimle tanı alanlarında kullanılıyor. (RNA tabanlı tanılarda (COVID tanı kiti gibi, bireyden örnek alınıyor ve bunu rt-PCR ile çoğaltıp hedef bölgenin var olup olmadığını floresanlı bir ışımayla tespit ediliyor). Şimdi ise CRISPR, Cas13 enzimi ile birlikte bu hasta örneğinin içerisine Cas13 enzimi içeren COVID spesifik rehber RNA’sı ekleniyor ve en sonunda ise raportör (reporter) denilen boya içeren DNA parçası (fragment) katılıyor. Eğer ki, Cas13 enzimi rehber RNA ile birlikte COVID virüsünü tanırsa ortamda farklı aktiviteler gerçekleşiyor ve ortamda raportöre sahip DNA parçası keserek siyaha boyanmış noktacıklar ortaya çıkıyor. Bu şekilde Cas13 enzimi ile de birlikte PCR tanı kitini kullanmadan daha hızlı ve uygun bir şekilde hastanın + ya da – olduğu anlaşılabilir.

CRISPR-CAS SİSTEMLERİ NELERDİR?

CRISPR sisteminde 2 ana parça vardır.

1- Cas enzimi

2- Rehber RNA

Birden fazla Cas enzimleri vardır. Özellikle gen silinmesinde akla ilk gelen Cas9 enzimidir. Cas9 sabit ve değiştirilmesine gerek yoktur. Aslında hep aynı enzim kullanılıyor. Lakin, rehber RNA tasarımı biraz daha komplike ve detaylı düşünülmesi gereken bir yapıdır. Bakterinin sahip olduğu rehber RNA’dan farklı 2 parçadan oluşuyor, tracker RNA ve creRNA bu 2 parça birleştirilerek tek bir parça elde ediliyor, rehber (guide) RNA. Rehber RNA’nın 80 bazlık sağ tarafında kalan kısım sabit, hedeflenen bölgenin bulunabilmesi için 20-25 bazlık bir dizinin tasarlanması gerekir. Bu dizi tasarlanırken veya gen hedeflenirken dikkat edilmesi gereken nokta ise, PAM (protospacer adjacent motif) sekansı 3 bazlık bir dizi farklı Cas enzimleriyle birlikte bu PAM sekansı değişebilir. Rehber RNA tasarlanırken PAM dizisi bu rehber RNA’nın içerisinde olmuyor. Hedeflenen bölgede ise bu 3 bazlık dizinin olması gerekir. Sonuç olarak, hem Cas enzimi hem de tasarlanan rehber RNA dizisi hücre içerisinde koyulduğunda hücrelerin içerisinde hedeflenen gene ekleme yada silme yapılabilir.

GENETİK TEDAVİDE CRISPR

CRISPR teknolojisi yetişkin dönemde değil de daha hastalık ortaya çıkmadan yada yeni doğanlar bu hastalıklarla karşılaşmadan uygulanabilir. Gene düzenlemeyi bu noktada 2’ye ayırıyoruz; Germline ve Somatic olarak (bu kısmın detayları gen terapisi yazımda var).

Son yıllarda, embriyo düzeyinde genom düzenlemeleri daha da gelişmiş vaziyette. 2013 yılında CRISPR ile memelilerde yapılabileceği düşünüldüğünde yaklaşık 3-4 yıl sonra bunu embriyoda denediler.

Peki insan hayatı için ne kadar yararlı? İleride ne gibi sorunları ortaya çıkaracak? Bu soruların cevaplarını ilerleyen yıllarda öğreneceğiz. Teknolojiye ayak uydurmak ne kadar zor ise, bilime de aynı şekilde zor. Her an yeni projeler yeni çalışmalar ve yeni sistemler doğuyor.

CRISPR sisteminin bu ödülü alması genetik mühendisliğinin önündeki çakılları azalttı ve çalışmalara öncü oldu. Science in life..

Görüş ve önerileriniz için..


Yardım Alınan Bilimsel Kaynaklar

Taştan C., 2020: Rare Disease Challenge’20 Yarışma Notları

Turkish journal of nephrology https://turkjnephrol.org/Content/files/sayilar/366/169-175.pdf

Vikipedi, Bakteriyofaj https://tr.wikipedia.org/wiki/Bakteriyofaj

2 Beğen

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir