Genom Düzenleme : CRISPR

Genom düzenleme, bilim insanlarına bir organizmanın DNA’sını değiştirme yeteneği veren bir grup teknolojidir. Bu teknolojiler, genetik materyalin genomdaki belirli konumlarda eklenmesine, çıkarılmasına veya değiştirilmesine izin verir. Genom düzenlemeye yönelik çeşitli yaklaşımlar geliştirilmiştir. Bunlardan bir tanesi CRISPR olarak bilinir.

CRISPR, Cas genleriyle çalışır. Cas genleri, DNA’yı kesebilen moleküler makaslardır.

CRISPR-Cas, bakterilerde doğal olarak oluşan bir genom düzenleme sisteminden uyarlanmıştır. Bu mekanizma ilk olarak Streptococcus pyogenes‘te keşfedilmiştir. Bakteriler, istilacı virüslerden DNA parçacıkları yakalar ve bunları CRISPR dizileri olarak bilinen DNA segmentleri oluşturmak için kullanır. CRISPR dizileri, bakterilerin virüsleri (veya yakından ilişkili olanları) “hatırlamasını” sağlar. Virüsler tekrar saldırırsa, bakteri virüslerin DNA’sını hedeflemek için CRISPR dizilerinden RNA segmentleri üretir. Bakteriler daha sonra Cas9 veya benzer bir enzimi kullanarak DNA’yı parçalara ayırır ve bu da virüsü devre dışı bırakır.

CRISPR, kümelenmiş düzenli aralıklı kısa palindromik tekrarlar anlamına gelmektedir. CRISPR’nin özü basittir: bir hücre içinde belirli bir DNA parçasını bulmak ve o DNA parçasını değiştirmek.

Araştırmacıların DNA dizilerini gen işlevini kolayca değiştirmelerine olanak tanıyan bu teknoloji pek çok potansiyel uygulaması arasında genetik kusurları düzeltmek, hastalıkların yayılmasını tedavi etmek, önlemek ve iyileştirmek yer almaktadır ancak verdiği söz, etik kaygıları da beraberinde getirmektedir. Bu nedenle  şu anda, genom düzenleme üzerine yapılan çoğu araştırma, hücreleri ve hayvan modellerini kullanarak hastalıkları anlamak için yapılmaktadır. Bilim insanları, bu yaklaşımın insanlarda kullanım için güvenli ve etkili olup olmadığını belirlemek adına hala çalışmaktadırlar. Genom düzenleme ile getirilen değişikliklerin çoğu, yumurta ve sperm hücreleri dışındaki hücreler olan somatik hücreler ile sınırlıdır. Bu değişiklikler yalnızca belirli dokuları etkiler ve bir nesilden diğerine geçmez. Bununla birlikte, yumurta veya sperm hücrelerinde (germ hattı hücreleri) veya bir embriyonun genlerinde yapılan değişiklikler gelecek nesillere aktarılabilir. Germline hücresi ve embriyo genom düzenlemesi, bu teknolojinin normal insan özelliklerini (boy veya zeka gibi) geliştirmek için kullanılmasına izin verilip verilmeyeceği de dahil olmak üzere bir dizi etik zorluğu ortaya çıkarır.

Bununla birlikte, CRISPR, dizilerini değiştirmeden genleri açmak veya kapatmak gibi başka şeyler de yapmak için uyarlanmıştır.

Bir çalışmada, CRISPR’ın insanlar için terapötik bir seçenek olarak geliştirilebilecek Duchenne kas distrofisini tedavi etmek için rejeneratif bir teknik olarak kullanılabileceği gösterilmiştir. Farelerle yapılan bu çalışmada araştırmacılar, ilk olarak gen düzenleme araçlarını AAV9 olarak bilinen bir viral vektör aracılığıyla bağışıklığı yetersiz fare kasına enjekte ettiler. Nakledilen kasın önce öldüğünü, ardından düzenlenmiş geni taşıyan kök hücrelerinden yeniden oluştuğunu gözlemlediler. Daha sonra, yöntemlerini bir DMD fare modelinde test ettiler. Hastalıklı kastaki kök hücreler düzenlendi ve distrofin üretti.

Tıp MU Okulu’nda Moleküler Mikrobiyoloji ve İmmünoloji Bölümü Tıbbi Araştırma Margaret Proctor Mulligan Profesörü ve çalışmanın kıdemli yazarı Dr. Dongsheng Duan “Bu bulgu, CRISPR gen düzenlemesinin DMD’deki genetik mutasyonun ve potansiyel olarak diğer kas hastalıklarının ömür boyu düzeltilmesi için bir yöntem sağlayabileceğini gösteriyor. Araştırmamız, CRISPR’ın kas yenilenmesinden sorumlu kök hücreleri etkili bir şekilde düzenlemek için kullanılabileceğini gösteriyor. Kas büyümesini sürdürmekten sorumlu olan kök hücreleri tedavi etme yeteneği, bir hastanın yaşamı boyunca genle düzenlenmiş hücre kaynağı sağlayabilen tek seferlik bir tedavinin yolunu açabilir.” diyor

CRISPR, Kistik fibroz , hemofili ve orak hücre hastalığı gibi tek gen bozuklukları dahil olmak üzere çok çeşitli hastalıklar üzerine yapılan araştırmalarda da incelenmektedir . Aynı zamanda kanser, kalp hastalığı, akıl hastalığı ve insan immün yetmezlik virüsü (HIV) enfeksiyonu gibi daha karmaşık hastalıkların tedavisi ve önlenmesi için de umut vaad etmektedir.

Ayrıca Emmanuelle Charpentier ve Jennifer Doudna, CRISPR-Cas9 genom düzenlemesini keşfetmeleri ve geliştirmeleri nedeniyle 2020 Nobel Kimya Ödülü’ne layık görülmüştür.

Video: MassiveScience