Genom düzenleme ve CRISPR-Cas9 nedir?

CRISPR-Cas9, bilim dünyasında ses getiren bir genom düzenleme aracıdır. Önceki DNA düzenleme tekniklerinden daha hızlı, daha ucuz ve daha doğrudur ve çok çeşitli potansiyel uygulamalara sahiptir.

CRISPR-Cas9 nedir?

CRISPR-Cas9, genetikçilerin ve tıp araştırmacılarının, DNA dizisinin bölümlerini çıkararak, ekleyerek veya değiştirerek genomun bölümlerini düzenlemelerini sağlayan benzersiz bir teknolojidir.Şu anda en basit, en çok yönlü ve kesin genetik manipülasyon yöntemidir.

Canlı hücrelerdeki ve tüm organizmalardaki genleri düzenlemek için kullanılabilir. 2012 yılında Jennifer Doudna, Emmanuelle Charpentier ve Berkeley’deki California Üniversitesi’ndeki meslektaşları tarafından keşfedilmiştir.

CRISPR-Cas9 nasıl çalışır?

CRISPR-Cas9 sistemi, DNA’da bir değişiklik (mutasyon) oluşturan iki anahtar molekülden oluşur. Cas9 adlı bir enzim. Bu, DNA’nın iki zincirini genomdaki belirli bir yerde kesebilen bir çift “moleküler makas” görevi görür, böylece daha sonra DNA parçaları eklenebilir veya çıkarılabilir.

Kılavuz RNA (gRNA) adı verilen bir RNA parçası. Bu, daha uzun bir RNA iskelesi içinde yer alan küçük bir önceden tasarlanmış RNA dizisinden oluşur. DNA’ya bağlanır ve önceden tasarlanmış dizi, Cas9’u genomun sağ kısmına “yönlendirir”. Cas9 enziminin genomda doğru noktada keser.

Kılavuz RNA, DNA’daki belirli bir diziyi bulmak ve ona bağlanmak için tasarlanmıştır. Kılavuz RNA, genomdaki hedef DNA dizisininkilere tamamlayıcı olan RNA bazlarına sahiptir. Bu, kılavuz RNA’nın yalnızca hedef diziye bağlanacağı ve genomun başka bölgelerine bağlanmayacağı anlamına gelir.

Cas9, kılavuz RNA’yı DNA dizisinde aynı konuma kadar takip eder ve DNA’nın her iki zincirinde doğru nokrada kesim yapar. Bu aşamada hücre DNA‘nın zarar gördüğünü anlar ve onu onarmaya çalışır.

Bilim adamları, ilgili bir hücrenin genomundaki bir veya daha fazla gende değişiklik yapmak için DNA onarım makinesini kullanabilirler.

CRISPR-Cas9 Sistemi Nasıl Geliştirildi?

Bazı bakteriler, tıpkı bir bağışıklık sistemi gibi, virüsler gibi istilacı patojenlere yanıt vermek için kullandıkları CRISPR-Cas9 sistemine benzer, yerleşik bir gen düzenleme sistemine sahiptir.

CRISPR kullanarak bakteriler, virüs DNA’sının parçalarını koparır ve bir dahaki sefere virüsü tanımalarına ve virüse karşı savunmalarına yardımcı olmak için bir kısmını geride tutar.

Bilim adamları bu sistemi, fareler ve insanlar da dahil olmak üzere hayvanlardan alınan diğer hücrelerde kullanılabilecek şekilde uyarladılar.

Genleri değiştirmek için başka hangi teknikler var?

Yıllar boyunca bilim adamları, DNA’daki değişikliklerin etkilerini inceleyerek genetik ve gen işlevi hakkında bilgi edindiler.

Bir hücre dizisinde veya tüm organizmada bir gende bir değişiklik yaratabilirseniz, o genin işlevinin ne olduğunu anlamak için o değişikliğin etkisini incelemek mümkündür.

Uzun bir süre genetikçiler mutasyonlara neden olmak için kimyasallar veya radyasyon kullandılar. Ancak, mutasyonun genomun neresinde gerçekleşeceğini kontrol etmenin hiçbir yolu yoktu.

Birkaç yıldır bilim adamları, genomdaki belirli yerlerdeki değişiklikleri tanıtmak için tüm genleri veya tek bazları çıkararak veya ekleyerek ‘gen hedeflemeyi‘ kullanıyorlar.

Geleneksel gen hedefleme, genleri ve genetiği incelemek için çok değerliydi, ancak bir mutasyon oluşturmak uzun zaman alıyor ve oldukça pahalı.

CRISPR-Cas sistemleri, transkripsiyon aktivatör benzeri efektör nükleazlar (TALEN’ler) ve çinko parmak nükleazları (ZFN’ler) dahil olmak üzere gen hedefleme yöntemlerini iyileştirmek için yakın zamanda birkaç “gen düzenleme” teknolojisi geliştirilmiştir.

CRISPR-Cas9 sistemi şu anda genleri ‘düzenlemek’ için en hızlı, en ucuz ve en güvenilir sistem olarak öne çıkıyor.

Uygulamalar ve etkileri nelerdir?

CRISPR-Cas9, kanser, hepatit B ve hatta yüksek kolesterol dahil olmak üzere genetik bir bileşeni olan bir dizi tıbbi durumu tedavi etmek için bir araç olarak çok fazla potansiyele sahiptir.

Önerilen uygulamaların çoğu, somatik (üreme dışı) hücrelerin genomlarının düzenlenmesini içerir, ancak germ hattı (üreme) hücrelerini düzenleme potansiyeli hakkında çok fazla ilgi ve tartışma olmuştur.

Germline hücrelerinde yapılan herhangi bir değişiklik nesilden nesile aktarılacağı için önemli etik sonuçları vardır.

Germline hücrelerinde gen düzenlemesi yapmak şu anda Birleşik Krallık’ta ve diğer birçok ülkede yasa dışıdır.

Buna karşılık, somatik hücrelerde CRISPR-Cas9 ve diğer gen düzenleme teknolojilerinin kullanımı tartışmasızdır. Gerçekten de, az sayıda istisnai ve/veya yaşamı tehdit eden vakalarda insan hastalıklarını tedavi etmek için zaten kullanılmıştır.

CRISPR-Cas9’un geleceği nedir?

CRISPR-Cas9’un insanlarda rutin olarak kullanılmasının yıllar alması muhtemeldir.

Pek çok araştırma, sonunda teknolojiyi insanlarda rutin olarak tedavi etmek için kullanmak amacıyla, hayvan modellerinde veya izole insan hücrelerinde kullanımına odaklanıyor.

CRISPR-Cas9 sisteminin düzenlenmesi amaçlanandan farklı bir gende kestiği ‘hedef dışı’ etkileri ortadan kaldırmaya odaklanan birçok çalışma var.

Çoğu durumda kılavuz RNA, 20 bazdan oluşan özel bir diziden oluşur. Bunlar, düzenlenecek gendeki hedef diziyi tamamlayıcı niteliktedir. Bununla birlikte, kılavuz RNA’nın bağlanabilmesi için 20 bazın hepsinin eşleşmesi gerekmez.

Bununla ilgili sorun, örneğin 20 tamamlayıcı bazın 19’una sahip bir dizinin genomda tamamen farklı bir yerde var olabilmesidir. Bu, kılavuz RNA’nın hedef sekans yerine veya bunun yanı sıra oraya bağlanma potansiyeli olduğu anlamına gelir.

Cas9 enzimi daha sonra yanlış yerde kesilecek ve yanlış yerde bir mutasyona neden olacak. Bu mutasyon birey için hiç önemli olmasa da, önemli bir geni veya genomun başka bir önemli bölümünü etkileyebilir.

Bilim adamları, CRISPR-Cas9’un doğru bir şekilde bağlanmasını ve kesilmesini sağlamanın bir yolunu bulmaya heveslidir. Bunu başarmanın iki yolu şu şekildedir:

Cas9-gRNA kompleksinin farklı versiyonlarının ‘hedef dışı’ davranışı ve genomun DNA dizisi hakkındaki bilgimizi kullanarak daha iyi, daha spesifik kılavuz RNA’ların tasarımı.

Hedef DNA’nın çift sarmal yerine yalnızca tek bir sarmalını kesecek bir Cas9 enziminin kullanılması. Bu, kesimin yapılabilmesi için iki Cas9 enziminin ve iki kılavuz RNA’nın aynı yerde olması gerektiği anlamına gelir. Bu, kesimin yanlış yerde yapılma olasılığını azaltır.

Opinyu 16.04.2022