Genlere nasıl müdahale ediliyor

Bir mutasyon sonucu süper güçler kazanabilir miyiz? Bu duruma bilimkurgu filmlerinde sıkça rastlarız. Ancak biyolojide çığır açan CRISPR yöntemiyle artık kolay ve etkili bir şekilde gen düzenlemesi yapabiliyoruz.

Yeni teknolojiyi filmlerdeki gibi süper güçler kazanmak için kullanamayız ancak bu yöntem insanlık üzerinde büyük etkiler gösterme potansiyeline sahip!

CRISPR (Düzenli Aralıklarla Bölünmüş Palindromik Tekrar Kümeleri) teknolojisi; genleri işlemez duruma getirmeye veya yerlerine yenilerini koymaya imkan sağlıyor. Bu şekilde hastalık yapan genlerin bize zarar vermesini engelleyebiliriz.

Ancak CRISPR teknolojisi sadece hastalıkları önlemenin ötesinde bir güce de sahiptir. Örneğin kendi tasarımımız olan, iyi bir sporcu olacak ya da üstün bir zekaya sahip olacak çocuklar tasarlayabiliriz. Bu nedenlerle gen düzenlemelerindeki bu gelişmeler etik tartışmaları alevlendiriyor.

Genlere müdahale etmek CRISPR ile başlamadıysa da bu teknoloji ile başarı oranı çok daha fazla ve maliyeti de daha az.

CRISPR, ilk defa 1987 yılında Ecoli’de tekrarlayan sekansların varlığının tespit edilmesiyle ortaya çıktı. Bakterinin bir çeşit bağışıklık sistemi olan CRISPR, 2013’te gen düzenlenmesinde kullanılmaya başlandı. Hızla gelişen bu teknoloji, etik tartışmaları da gündeme getiriyor.

CRISPR bakterilerde ne işe yarar?

İlk defa E coli bakterisinde tespit edilen tekrarlayan kısa diziler, daha sonra birçok bakteri çeşidinde daha gözlemlendi. Önceleri bu dizilerin ne işe yaradığı bilinmiyordu. Ancak 2005’te yapılan bir araştırma, bu dizilerin virüs DNA’sıyla uyumlu olduğunu gösterdi.

Bakterinin içinde virüs DNA’sı taşıdığı tespit edildikten sonra tekrar soru işaretleri gündeme geldi. Sonrasında bilim insanı Eugene Koonin, bu dizilerin işlevi hakkında kabul gören bir hipotez geliştirdi.

Bakteriyel Suikastçılar

Bakteriler bir virüsün saldırısına uğrayıp hayatta kaldıklarında, içlerine girmiş virüs DNA’sını keserek parçalara ayırırlar. Böylece virüs DNA’sından kurtulmuş olurlar. Ancak aynı virüsün saldırısına uğradıklarında onları tanıyabilmek için virüs DNA’sının küçük bir kısmını kendilerine saklarlar ve genomlarında bulundururlar. Bu şekilde bakteri normal metabolizmasını devam ettirirken aslında suçlunun fotoğrafını arka cebinde saklar ve ikinci bir saldırı olduğunda yakalamak üzere hazır bulunur. Aynı virüs tekrar bakteriye girdiğinde bakteri, özel suikastçılarını üretir. Bu, bakterinin önemli bir savunma mekanizmasıdır.

CRISPR bağışıklık sistemi bakteriyi üç temel aşamada korur:

• Adaptasyon: Hücreyi istila eden virüsten gelen DNA küçük parçalar olarak işlenir. Bunlar yeni ara parçalar olarak CRISPR dizisine girer.
• CRISPR RNA’nın üretimi: CRISPR tekrarları ve bakteriyel DNA’daki ara parçalardan RNA uluşturulur. Üretilen RNA tek zincirli yapıdadır ve CRISPR RNA’larını oluşturmak üzere küçük parçalara ayrılır.
• Hedefleme: CRISPR RNA’ları virüsten gelen materyalleri yıkmak üzere bakteriyel moleküler makineleri yönlendirir. Çünkü CRISPR RNA dizileri adaptasyon sırasında elde edilmiş viral DNA dizilerinden üretilmiştir. Viral genoma uyum sağlarlar. Böylece mükemmel bir yönlendirici durumundadırlar.

Bakterinin doğal mekanizmasını gen düzenlemesi yapmak için kullanıyoruz

Bu keşif bilim dünyası için büyük öneme sahip. Ancak CRISPR’ın gen düzenlemesi için kullanılmasını sağlayan esas keşif Jennifer Doudna tarafından 2012 yılında ortaya atıldı. Doudna, bakterilerin bağışıklık mekanizması olarak kullandığı bu sistemin diğer canlılar üzerinde kullanılabileceğini öne sürdü. Viral genomun kalıntılarından üretilen RNA molekülünü istediğimiz DNA dizisiyle uyuşacak şekilde laboratuvarda sentezlersek bakterininkine benzer şekilde aynı kesimleri istediğimiz hücrede yapabiliriz.

Hücrelerde DNA hasarlarını tamir edecek mekanizmalar vardır. Ancak CRISPR DNA’nın iki zincirini de kestiği için çoğu zaman tamir gerçekleşemez ve gen susturulmuş olur. Genetik çalışmalarında genlerin fonksiyonu tespit edilmek istendiğinde o gen susturularak işlevi tespit edilebilir. Eğer gen susturulmayıp üzerinde düzenleme yapılacaksa laboratuvarda hazırlanan yeni DNA zinciri hücreye eklenir. Böylelikle hedef DNA, yeni diziyi taşıyacak şekilde değiştirilmiş olur.