News

CRİSPR Teknolojisi Nedir?

Loading the player...

CRISPR Teknolojisi / Cas9 Teknolojisi Nedir, Ne İşe Yarar?

CRISPR, genetik kod bölümlerini düzenleyerek, kaldırarak, ekleyerek genleri manipüle etmek için kullanılan bir genom düzenleme aracıdır. Cas9

CRISPR Teknolojisi / Cas9 Teknolojisi Nedir, Ne İşe Yarar?

CRISPR Teknolojisi / Cas9 Teknolojisi Nedir?

CRISPR Teknolojisi / Cas9 Teknolojisi Nedir? CRISPR, bilim insanlarının genetik kod bölümlerini düzenleyerek, kaldırarak veya ekleyerek genleri manipüle etmek için kullandıkları bir genom düzenleme aracıdır. CRISPR teknolojisi, hücredeki DNA yapısını değiştirerek çeşitli genetik hastalıkları tedavi etme şansı sunmaktadır.Doğal bağlamında, CRISPR (Düzenli Aralıklarla Dizilmiş Palindromik Tekrarlar Kümesi), bir bakteriyel bağışıklık sisteminin çekirdeğinde yer almaktadır. Bakteriler için en büyük tehditlerden biri, örneğin virüsler gibi dış kaynaklardan gelen DNA’dır. Bu tehdide karşı koruyabilmek için, bakterilerin kendi olmayan DNA’yı tanımlayabilmeleri ve bir şekilde onu yok edebilmeleri gerekir.İlgili: Bakteri Nedir? Bakteriler, İnsan Sağlığını Nasıl Etkiler?CRISPR / Cas9 Nedir?Bu, tam anlamıyla CRISPR dizilerinin yer aldığı yerdir. Çoğu bakteri, genomlarında bir veya birkaç CRISPR dizisi içerir. Bunlar, ayırıcı dizilerle ayrılmış kısa bir dizinin tekrarları ile tiplendirilir.Her bir ara parça, bakteriyel soyun daha önce karşılaştığı ve hayatta kaldığı bir yabancı DNA parçasına karşılık gelir. Tüm CRISPR dizisi RNA’ya kopyalanır. Ve kısa parçalara işlenir (tekrarlanan dizilerin her birinde uzun RNA molekülünü keserek), daha sonra DNA’yı kesebilen bir enzime yüklenir.Kısa RNA’lar (kılavuz RNA’lar), bağlı oldukları enzim moleküllerine özgüllük verir. Kılavuz RNA’lar bilinen yabancı dizilerden türetildiğinden, esasen hücreye bilinen tüm DNA tabanlı tehditlerin bir havuzudur; bu DNA moleküllerinden herhangi biri tekrar hücreye girerse, yok edilirler.

CRISPR Teknolojisi / Cas9 Teknolojisi Nedir?

Genelleştirilmiş CRISPR lokusu. (lokus, bir genin, bu genin alellerinden birinin ya da bir DNA dizisinin kromozom üzerinde düşünüldüğü yer veya DNA üzerindeki fiziksel özel konumudur.) Kredi: Lee S, et al. Hücresel Biyoteknoloji DergisiFarklı bakteri türlerinin kılavuz RNA’ları işlemek ve yüklemek için kullandığı ve DNA’yı kesmek için protein-RNA komplekslerini kullanan birçok farklı enzim sistemi vardır. Ancak en basit olanı Streptococcus pyogenes’in CRISPR sistemi tarafından örneklenmiştir.Yabancı DNA’nın tanımlanması ve bölünmesi sadece bir enzim tarafından ele alınır: Bu enzim Cas9’dur. Ayrıca, Cas9, diğer proteinlerin yardımı olmadan RNA’larla yüklenebilir. Yani Cas9, uygun bir boyut ve şekle sahip bir RNA ile sunulursa, kendini yükleyecektir. Başka bir deyişle: Cas9 programlanabilir bir DNA endonükleazdır. (nükleik asit zinciri içindeki bağları belirli yerlerden kesen enzimler grubu)Genetik kod evrensel olduğundan, bakterilerden gelen bir protein kodlama dizisi, diğer tüm türlerde aynı proteini kodlamak için nispeten kolay bir şekilde tasarlanabilir. Böylece, hemen hemen her türün Cas9’u ifade etmesini sağlayabiliriz ve istediğimiz her diziyle programlayabiliriz. Başka bir deyişle, Cas9, istediğimiz her genomdaki her diziyi kesmemizi sağlar.Bu sistem DNA’daki çift sarmallı kopmaları, hızlı bir şekilde tanımlamak ve onarmak için birçok yol geliştirdi. Bunlardan birine homolog olmayan son birleştirme denir. Esasen iki kırık ucu alır ve onları tekrar bir araya getirir ve hataya yatkındır.

CRISPR Teknolojisi / Cas9 Teknolojisi Nedir?

Yani, eğer Cas9’u bir genin içine kesmek için programlarsak ve bu kesim NHEJ tarafından onarılırsa, gen mutasyona uğrayacak ve muhtemelen işlevsel olmayan hale gelecektir: Genleri mutasyona uğratabiliriz.Başka bir onarım yoluna homolog rekombinasyon (genetik değişikliği) denir. Çoğu hücre, genomunun aynı iki kopyasını taşır; eğer bir kopya kırılırsa, hücre, HR tarafından mükemmel bir onarım yapmak için diğerini kullanabilir.Dizileri değiştirmek ve tamamen yeni dizileri genoma eklemek için Cas9 ve HR’Yİ birlikte kullanabiliriz. Cas9 ile birlikte yapmak istediğimiz düzenlemeye benzeyen bir DNA onarım şablonu tedarik edersek, bazı hücreler genomun diğer “normal” kopyası yerine çift sarmalı onarmak için kullanacaktır. DNA sentezleyebilmemiz şartıyla genomları düzenleyebiliriz.Bu inanılmaz derecede güçlü bir sistemdir, çünkü istediğimiz her genomda neredeyse küçük bir değişiklik yapmamızı sağlıyor. Bitkileri daha düşük girdilerle daha yüksek verime sahip olacak şekilde değiştirebiliriz.Haşere türlerinin tüm popülasyonlarını potansiyel olarak sterilize edebiliriz, böylece tüm ekosistemleri mühendislik haline getirebiliriz. Cas9 genomları bize doğayı irademize bükmek için muazzam bir yetenek verir.Cas9 ayrıca, araştırma örneklerinde inanılmaz derecede ince taneli değişiklikler yapmamıza ve ne yaptıklarını sormamıza izin verdiği için birçok yeni araştırma yolu açıyor. CAS9 ‘UN DNA’yı hiç kesmeyen versiyonlarını bile üretebiliriz, bunun yerine genleri harekete geçiren faktörleri ele alırız.Sadece ifade edilen çok az bir gen olduğunda ne olacağını değil, aynı zamanda çok fazla şey sormamızı sağlar. CRISPR, hastalıkları ve anormallikleri ortadan kaldırabilecek teknolojiye giden bir köprüdür. Ancak, gelecek hala bilinmemektedir. Sonuçlar ya bir felakete sebebiyet verecektir ya da dünya tamamen mühendislik ile değişecektir.Bunlar da ilginizi çekebilir:Çin CRISPR Devrimi ile, Gen Düzenlemede Dünya Lideri Oldu.CRISPR’A Yepyeni Bir Yaklaşım! Gen Düzenlemesi Kusursuza Ulaşabilir!..CRISPR Gen Düzenleme, İlk Kez İnsanların Üzerinde Körlük Tedavisinde KullanılacakCRISPR tekniği ilk defa mutant kertenkele üretildiYazar: Sonnur AYDINKaynak: Synthego CRISPR Benchmark Report

Gen Sürücüsü Nedir? CRISPR Teknolojisi ile Canlıların Soyunu Tüketmek Mümkün mü?

Gen sürücüsü, genleri kalıtımın tipik kurallarına uymayacak şekilde değiştiren bir tür genetik mühendisliği tekniğidir. Gen sürücüleri,

Gen Sürücüsü Nedir? CRISPR Teknolojisi ile Canlıların Soyunu Tüketmek Mümkün mü?

Gen sürücüsü, genleri kalıtımın tipik kurallarına uymayacak şekilde değiştiren bir tür genetik mühendisliği tekniğidir. Gen sürücüleri, belirli bir gen grubunun bir sonraki nesle aktarılma olasılığını önemli ölçüde arttırır. Bu da genlerin, bir popülasyon boyunca hızla yayılmasına ve doğal seçilimi “geçersiz kılmasına” yol açar. Bakterilerden elde edilen gen düzenleme teknolojisi CRISPR-Cas9 sayesinde araştırmacıların gen sürücüleri oluşturması daha kolay hale geliyor.

Gen sürücü teknolojisi ile “evrimsel rotayı” değiştirmek mümkündür. Imperial College London’da genetik bilimci olan Andrea Crisanti, bu teknolojinin gücünü şöyle anlatıyor:

Bu, ilk etapta kulağa ürkütücü gelse de sıtmaya neden olan sivrisinekler gibi kitlesel olarak insanlara zarar veren türleri yok etmenin etkili bir yolu olabilir. Ancak bilim insanları, bir türün tamamını ortadan kaldırmak için gen sürücülerini kullanmanın sebep olabileceği potansiyel olarak daha genekolojik ve çevresel etkileri belirlemek için araştırmalara devam ediyor.

Bir gen sürücüsü, üç temel bileşenden oluşur:

Bu üç elementin kodlandığı genetik materyal, her iki kromozomda da değiştirmek istediğiniz doğal gen yerine, bir hayvanın DNA’sına yerleştirilir.

Crisanti, gen sürücüsünün gücünün, kalıtım yasalarını bozmak anlamına geldiğini söylüyor. Normal kalıtımda, herhangi bir genin atadan yavruya geçme olasılığı %50’dir. Gen sürücü teknolojisi, %50 olasılığı neredeyse %100’e dönüştürür.

Gen sürücü grubunu taşıyan bir hayvan, taşıyıcı olmayan bir hayvanla çiftleştiğinde yavrular, her iki ebeveynden de DNA’nın bir kopyasını alır: “Doğal versiyon” ve bir “gen sürücü versiyonu”. Sperm, yumurta ile birleştiğinde ve farklı ebeveynlerden gelen kromozomlar ilk kez dizildiğinde, gen sürücü DNA’sındaki CRISPR aktif hale gelir. Karşı kromozomdaki doğal genin kopyasını tespit eder ve doğal kopyayı, embriyonik gelişim başlamadan önce kesmek için Cas9 enzimini yönlendirir.

Doğal gen hasar gördüğünde, hücrenin özel onarım mekanizmaları tetiklenir. Onarım mekanizmaları hasarlı DNA’yı eski haline getirir, ancak şablon olarak gen sürücüsünü taşıyan, hasar görmeyen kromozomu kullanır. Yani, onarım bittiğinde her iki kromozom da gen sürücüsünün bir kopyasını taşır. Bu aşamadan sonra, gen sürücüsünün iki kopyası her hücrede olacak ve hayvan, gen sürücüsünü bir sonraki nesle aktaracaktır.

Aslında maddi destek istememizin nedeni çok basit: Çünkü Evrim Ağacı, bizim tek mesleğimiz, tek gelir kaynağımız. Birçoklarının aksine bizler, sosyal medyada gördüğünüz makale ve videolarımızı hobi olarak, mesleğimizden arta kalan zamanlarda yapmıyoruz. Dolayısıyla bu işi sürdürebilmek için gelir elde etmemiz gerekiyor.

Bunda elbette ki hiçbir sakınca yok; kimin, ne şartlar altında yayın yapmayı seçtiği büyük oranda bir tercih meselesi. Ne var ki biz, eğer ana mesleklerimizi icra edecek olursak (yani kendi mesleğimiz doğrultusunda bir iş sahibi olursak) Evrim Ağacı’na zaman ayıramayacağımızı, ayakta tutamayacağımızı biliyoruz. Çünkü az sonra detaylarını vereceğimiz üzere, Evrim Ağacı sosyal medyada denk geldiğiniz makale ve videolardan çok daha büyük, kapsamlı ve aşırı zaman alan bir bilim platformu projesi. Bu nedenle bizler, meslek olarak Evrim Ağacı’nı seçtik.

Eğer hem Evrim Ağacı’ndan hayatımızı idame ettirecek, mesleklerimizi bırakmayı en azından kısmen meşrulaştıracak ve mantıklı kılacak kadar bir gelir kaynağı elde edemezsek, mecburen Evrim Ağacı’nı bırakıp, kendi mesleklerimize döneceğiz. Ama bunu istemiyoruz ve bu nedenle didiniyoruz.

Ve süreç, böyle devam eder. Sürücü her iletildiğinde, CRISPR genin doğal versiyonunu keser, hücre onarım mekanizmaları müdahale eder ve gen sürücüsünün tek kopyası ikiye çıkar. Sadece birkaç nesil sonra yeni gen, popülasyondaki tüm bireylerde bulunur. Bu da gen sürücüsünün bir süre sonra doğal genin yerini tamamen alması demektir.

Austin Burt ile Andrea Crisanti, sekiz yıldır sivrisinek genomu üzerinde kontrol sahibi olmaya çalışıyordu. İkili, doğal seçilimi es geçip popülasyon içerisinde olağan kalıtım süreciyle gelen mutasyonlardan çok daha hızlı yayılacak bir geni araya sokmak istedi. Akıllarında olan şey, hastalık yayamasınlar diye sivrisinekleri yok ederek, sıtmanın önüne geçilmesini sağlayacak bir geni yaymaktı.

Crisanti, tekrar tekrar başarısız olup durduklarını hatırlamakta. Ama sonunda Imperial College London’da bulunan bu iki genetikçi, 2011’de umdukları DNA sonuçlarını elde edebildiler: Sivrisinek genomuna ekledikleri bir gen, popülasyon boyunca ilerleyip neslin %85’inden fazlasına ulaşmıştı.

2018 yılında Crisanti ve ekip arkadaşları, Nature Biotechnology dergisinde, gen sürücü teknolojisinin, sıtmaya neden olan sivrisinek türü Anopheles gambiae popülasyonunun çöküşüne nasıl neden olabileceğini açıklayan bir çalışma yayımladı.[1] Grup, cinsiyete bağlı bir geni değiştirecek ve dişi doğurganlığını bozacak bir gen sürücüsü oluşturdu. Hasarlı doğurganlık genine sahip gen sürücüsü, test popülasyonunun %100’üne sadece 7 kuşak kadar kısa bir sürede yayıldı. Türler çiftleşemedi ve popülasyon çöktü. Dünya Sağlık Örgütü’ne göre bazı araştırmacılar, gen sürücüsünün 2018 yılı itibariyle dünya çapında 280 milyon kişiyi hasta eden ve her yıl 405.000 ölüme neden olan acımasız sıtma hastalığını ortadan kaldıran yaklaşım olabileceğine inanıyor.

Cristanti, gen sürücü yaklaşımının sıtmaya neden olan sivrisinekleri yok etmek için son derece uygun fiyatlı ve sürdürülebilir bir yol olduğunu, böcek zehri ve çevre yönetimi gibi diğer yaklaşımların etkili, ancak son derece pahalı olduğunu ve birçok ülkenin ekonomik kapasitelerinin çok ötesinde meblağlara ulaştığını söylüyor:

Ancak bütün bir türün yok edilmesi önemli bir meseledir ve doğada gen sürücüsünün uygulanması kolay verilebilecek bir karar değildir. 2014’ten bu yana bilim insanları genetik mühendisliği ile sivrisineklerde, meyve sineklerinde ve mantarlarda CRISPR’a dayalı gen sürücüleri üretti ve fareler üzerinde de çalışmaktalar.

Fakat bu, hikayenin yalnızca başlangıcı. Gen sürücülerinin mümkün olabilirliği hakkında sorular, hızlıca diğer bilinmeyenler tarafından gölgede bırakıldı: Ne kadar düzgün çalışacaklar, nasıl test edilecekler ve bu teknolojiyi kim denetlemeli? Gen sürücüleri, böcekler tarafından taşınan hastalıkları azaltmak veya ortadan kaldırmak, istilacı türleri kontrol altında tutmak ve hatta zararlı böceklerin böcek zehrine dayanıklılığını bozmak için bir çözüm yolu olarak önerildi. Üretilen hiçbir gen sürücüsü henüz vahşi doğaya bırakılmadı; ama Crisanti, teknolojinin prensipte bir iki yıla kadar bile hazır olabileceğini söylüyor. Afrika’da sıtmanın kontrol altında tutulabilmesi adına gen sürücülü sivrisinekleri kullanmaya uğraşan, kâr amacı gütmeyen uluslararası bir araştırma kurulu olan Target Malaria ile işbirliği içerisindeler. Grup, 1 Temmuz 2019’da genetiği değiştirilmiş ama gen sürücüsü içermeyen bir sivrisinek test grubunu Burkina Faso’da bir köyde saldı.

Tanzanya, Dar es Salaam’da Ifakara Sağlık Enstitüsü’nün bilim müdürü olan Fredros Okumu, gen sürücülerinin daha önce test edilmiş hiçbir ekolojik tamire benzemediğini belirtiyor:

CRISPR temelli gen sürücüsü üreten ilklerden biri olan Cambridge’de Massachusetts Teknoloji Enstitüsü Medya Laboratuvarı’nda biyomühendis olan Kevin Esvelt, teknik zorlukların sosyal ve diplomatik olanlar kadar göz korkutucu olmadığını söylüyor:

Bir popülasyonu kontrol etmek ya da ortadan kaldırmak amacıyla bir gen sürücüsü üretmek, doğal seçilimle kavga çıkarmak sayılır ve bu kavga, kolayca kazanılamayabilir.

Araştırmacılar, gen sürücülerini laboratuvarlarda düzenli olarak yapmaya başlar başlamaz, hayvanlar buna karşı bir direnç geliştirdi: biriken mutasyonlar ile sürücülerin yayılmasını engellediler! Örneğin; meyve sineklerine eklenen iki sürücünün testlerinde, genetik varyant veren bir direncin sık sık oluştuğu gözlendi. En yaygın haliyle bu mutasyonlar, CRISPR’ın tanımak için ayarlandığı bir gen dizilimini değiştirerek genin düzenlenmesinin önüne geçiyor. Kafeslenmiş sivrisineklerle yapılan deneylerde Crisanti ile Target Malaria araştırmacısı Tony Nolan, hedef genlerde çıkan dirençli mutasyonlardan dolayı gen sürücülerinin görülme sıklığının jenerasyonlar boyunca gitgide azalmasını inceledi. Bu sonuçlar, tüm çalışma alanını sarstı. Direnç, gen sürücülerini etkisiz mi kılacaktı?

Hayır, böyle olması gerekmez – tabii araştırmacılar doğru hedefi seçerse. Bazı genler çok korunumludur, yani üzerlerindeki herhangi bir değişiklik sahiplerini öldürebilir. Bu genleri sürücü hedefi olarak seçmek daha az mutasyon ve daha az direnç anlamına gelir. Eylül 2018’de Crisanti ve ekibi ”doublesex” adı verilen bir üreme genini bozan bir sürücü yaparak kafeslenmiş Anopheles gambiae cinsi sivrisinek popülasyonunu %100 verimle çökertmeyi başardı. Sürücü yerindeyken, dişi sivrisineklerin ısıramayıp yumurtlayamaması, 8-12 jenerasyon içerisinde kafeslenmiş popülasyonların hiç yumurta üretmemesine yol açmıştı. Tabii üretim için gerekliliğinden dolayı da doublesex’in mutasyonlara karşı dirençli bir yapısı var – hem de sürücü yapılarına direnç verilmesini sağlayan mutasyonlara karşı bile!

Crisanti, ekibin doublesex’i hedefleyen bir milyondan fazla sürücünün dokuz tane kafes deneyini yürütüp hiçbir direniş ile karşılaşmadığını söylüyor. Bunun peşine de araştırmacılar, sürücüyü doublesex’te bir değil iki lokusu kesmek için uyarlamaya başladı (lokus: bir genin DNA’daki konumu). Bu yaklaşımı bazı hastalıkların birkaç ilacın karışımıyla tedavi edilmesine benzetebiliriz. Crisanti şunu belirtiyor:

Memelilerde yüzleşilen sorunlar ise dirençten çok daha basit. 2018’de San Diego, California Üniversitesinden (UCSD) Kim Cooper ve iş arkadaşları bir memelide bir gen sürücüsünün başlangıcını üretti. Bu sürücü bir fare geni olan Tyr’in işleyişinin önüne geçerek hayvanın tüylerini beyaza dönüştürüyor. Cooper, sürücünün kendini genoma kopyalama veriminin ise yalnızca %72 olup, eril germ hattında düzgün çalışmadığını da belirtiyor (germ hattı: gametlerin genetik maddeyi bir dölden diğerine aktarması). Bunun nedeninin ise yumurta ile spermlerin oluşumunda hücre bölünmesinin farklı zamanlarda gerçekleştiği için sürücünün bir kromozomdan diğerine başarıyla kopyalanma yeteneğinin etkilendiği olduğu düşünülüyor.

Hayvanların baş döndürücü dünyasının tüm detayları zoolojide. Zoolojiye başlangıç yapmanın en harika yollarından birisi ise bu kitabı edinmek. Şimdiden iyi okumalar!

Notlar:

Bu deneyde sürücünün kendi kendini çoğaltmaması, Cooper’ın bu özelliği birçok jenerasyonda takip edememesine yol açtı. Cooper bu yüzden de bunun teknik olarak bir gen sürücüsü olmadığına dikkat çekerek şunu ekliyor:

Böyle bir şeyin uygulanabilir bile olduğunu göstermek için yapılacak çok iş var.

Bilim insanları, zarar veren bir türün ortadan kaldırılmasının, ekosistemin geri kalanı için ne sonuçlar doğurabileceğini öngörmeye çalışıyor.

Gen sürücüsü kullanarak sıtmaya neden olan sivrisinekleri yok etmek, minimal etkili bir plan gibi görünmektedir. North Carolina State Üniversitesi’nde evrimsel biyolog olan Fred Gould, şöyle diyor:

Diğer gen sürücüsü projelerinin ekolojik etkilerini ayırt etmek daha zordur. Örneğin, doğal çevreyi koruma taraftarları ve genetikçiler, istilacı ada kemirgenlerini ortadan kaldırabilecek bir gen sürücüsü üzerinde çalışıyor. 2016 yılında yayımlanan bir araştırmaya göre bu çalışma, kemirgenlerin 75 yerli türün neslinin tükenmesiyle bağlantılı olduğu göz önüne alındığında, son derece yerindedir.[2]

Ancak kemirgenleri bir gen sürücüsü ile yok etmek, bir sivrisineğin yok edilmesinden daha büyük çapta ekolojik riskleri beraberinde getirebilir. Gen sürücülü kemirgenler adadan kaçar ve Kuzey Amerika gibi doğal yaşam alanlarına geri dönerse; sürücü, ekosistemin önemli bir parçası olan fare ve sıçanları da ortadan kaldırabilir. Kemirgenlerin yokluğu, ekosistemin çökmesine neden olabilir.

Bu nedenle Gould ve meslektaşları sadece adalarda yaşayan fareleri hedef alacak bir strateji üzerinde çalışıyor. Coğrafi olarak farklı popülasyonlar, genellikle yerel popülasyonlara özgü bir genin veya eş genin, aynı varyantını taşır. Bilim insanları, yok etmek istedikleri popülasyona özgü bir eş gen tanımlayabilirse, o popülasyona özgü bir gen sürücüsü oluşturabilirler. Sürücü, sadece bu spesifik eş geni taşıyan bireylere yayılacaktır. Böylece sürücü, spesifik eş geni taşımayan bireylerde işe yaramaz. Araştırmacılar bu yöntemi 2019 yılında Scientific Reports dergisinde yayımlanan bir çalışmada açıkladı.[3]

Aynı zamanda bazı bilim insanları, istenmeyen sonuçlar doğması durumunda gen sürücüsünü çevreden soyutlamak için potansiyel iyileştirme planlarını veya stratejilerini inceliyor. Örneğin Crisanti ve meslektaşları, 2017 yılında PLOS Genetics dergisinde, gen sürücüsüne dirençli genetik mutasyonların, sadece birkaç nesilde gen sürücüsünü nasıl devam ettirebileceğini ve ortadan kaldırabileceğini açıklayan bir çalışma yayımladı.[4] Gen sürücüsüne dirençli mutasyonun devam etmesi için gen sürücüsünden kaçınılması gerekir. Bu aynı zamanda istenmeyen bir gen sürücüsünü ortadan kaldırmanın bir yolu da olabilir.

Kevin Esvelt, tek bir CRISPR temelli gen sürücüsü bile üretmeden önce kan ter içinde uyanıp bunun sonuçlarını düşünürmüş:

Bunu okuduktan sonra Esvelt ve genetikçi George Church’ün 2014’te Boston, Massachusetts’in Harvard Tıp Okulu’nda ilk gen sürücülerini oluşturduklarında eş zamanlı olarak da kontroldeki orijinal sürücüyü geçersiz kılacak bir tersinim sürücüsünü oluşturmuş olması şaşırtıcı gelmeyebilir.

Böylece alandaki diğer herkes de bu adımları takip ederek gen sürücülerini yerleşik kontroller, dışsal geçersiz kılıcılar ya da ikisi ile üretmeye başladı. Bu çabaların büyük bir çoğunluğu Amerika Savunma Bakanlığı’nın araştırma kolu olan Amerika Savunma İleri Araştırma Projeleri Ajansı (İng: “US Defense Advanced Research Projects Agency” veya kısaca “DARPA”) tarafından finanse edildi. 2017’de DARPA’nın Güvenli Genler (İng: “Safe Genes”) programı; gen sürücülerinin kontrolü, karşı gelimi ve geri alınımına çalışılması için yedi Amerika araştırma ekibine 65 milyon dolar harcayacağını duyurdu. Güvenli Genler’in program müdürü Renee Wegrzyn şöyle diyor:

UCSD’de Akbari’nin DARPA destekli ekibi, hedef bir sivrisinek ya da sinek popülasyonu dışına yayılamayacak gen sürücüleri üretmeye çalışıyor. Bu tarz bir sürücü, birçok jenerasyon boyunca tekrar tekrar açığa salınmayı gerektiriyor. Bu salınımlar durursa eğer sürücü, genin doğal suş versiyonları ile seyrelip dört yıl içinde kendini silecektir. Akbari bunun Zika ya da dang humması gibi virüslerin sivrisinek popülasyonlarından yok edilmesi için yeterli bir süre olabileceğini düşünüyor ve ekliyor:

Ekip, dang humması virüsünün en büyük vektörü olan A. aegypti için bu sürücülerin birkaç versiyonunu 2019’da çoktan üretmişti bile.

Target Malaria ekibi de bir popülasyonda doublesex sürücüsünün yayılmasını engelleyecek, DARPA’nın finanse ettiği bir önlem üzerine çalışıyor.

Sivrisinek uygulamaları bu alanda baskın çıksa da gen sürücülerinin önerilen diğer kullanım biçimleri arasında hassas ekosistemleri korumak ve laboratuvar işlemlerini hızlandırmak gibi etkinlikler de bulunmakta.

Bazı organizmalarda genomların kontrol edilmesi zor olduğu halde bunu başarmak araştırmacıların bu canlıları incelemesine büyük bir kolaylık sağlayabilir. Çoğunda ilaç direnci bulunan bir mantar hastalığı patojeni Candida albicans’ı ele alalım mesela. Cambridge’de Broad Enstitüsü ile MIT’nin doktora sonrası araştırmacısı iken Rebecca Shapiro, mantarlara neredeyse %100 verim ile mutasyon ekleyebilen bir sistem geliştirdi. Kendisi artık hem mantarı iki bağımsız geni bastıracak bir biçimde üretebiliyor hem de bu mutasyonların döle miras bırakılmasını sağlayabiliyor. Şu anda ise Kanada’nın Guelph Üniversitesinde çalışan Shapiro, “Sistem, inanılmaz derecede verimli çalışıyor.” diyor. UCSD’de bulunan Cooper da sürücüleri benzer bir amaçla kullanmakta: farelerin karmaşık özelliklerini inceleyip yaratmak.

İstilacı Kemirgenlerin Genetik Biyokontrolü (İng: “The Genetic Biocontrol of Invasive Rodents” veya kısaca “GBIRd”) programı, gen sürücülü fareleri yalnızca laboratuvarda incelemek istemiyor. Üniversitelerin, devletlerin ve kâr amacı gütmeyen Island Conservation grubunun yönettiği devlet dışı organizasyonların bir ortaklığı olan GBIRd, bu teknolojiyi adaların yerli vahşi tabiatını altüst eden istilacı fareleri ortadan kaldırmak için kullanmak istiyor. Anlık olarak bu amaç için pestisitler kullanılmakta; lakin hem pahalılar hem de insan topluluklarının bulunduğu geniş adalarda kullanılmaları zor. GBIRd’in program müdürü Royden Saah, pestisitlerin adaların yalnızca %15’inde uygulanabildiklerini belirtiyor:

Texas’taki College Station’da bulunan A&M Üniversitesi’nden David Threadgill ile Avustralya’da Adelaide Üniversitesinden Paul Thomas, GBIRd’e üyeler. Birlikte fareler üzerinde gen sürücüsü teknolojileri geliştirmekteler; ama Saah, bu sürücülerin başarıyla çalışmasının birkaç yıl süreceğini tahmin ediyor.

Aynı zamanda da bazı sivrisinek araştırmacıları, böcek popülasyonlarının hastalık önlenmesi adına tamamen yok edilmesinden daha incelikli bir çözüm bulmayı umut ediyorlar. Mayıs 2019’daki bir ön baskıda, UCSD’den Omar Akbari ile iş arkadaşları, Aedes aegypti sivrisineklerini onları dört önemli dang humması nesline karşı koruyacak bir antikor üretecek biçimde değiştirdi. Sonra da bu antikorun yayılıp yayılmayacağını gözlemlemek üzere bir sürücüye bağladılar. Akbari aynı zamanda A. aegypti’ye bir tek dang hummasının değil, herhangi bir virüsün bulaşması durumunda bir toksin aktive edecek çok amaçlı bir gen sürücüsü üzerine çalışmakta. Akbari şöyle diyor:

Bir saha testi yerine, kafes deneylerinin sayısı çoğaltılıp güvenli bir vahşi yaşama salınımın yararları ve risklerini keşfetmek için ekolojik modeller kuruluyor. Zaten saha testleri de DARPA Güvenli Genler kontratında açıkça yasaklanmıştır ve araştırmacılar da teknolojinin bu adıma hazır olmadığına katılmaktalar.

İtalya’nın merkezindeki Terni kasabasında Crisanti ile Nolan, sivrisinek kafeslerini değişen çevresel koşullar ile zenginleştirdiler. Şu anda İngiltere, Liverpool Tropikal Tıp Okulunda bir laboratuvar işleten Nolan, şöyle diyor:

Crisanti ile kendisi, erkeklerin dişileri çekmek için sürüleşmesi gibi doğal çiftleşme davranışlarını taklit ederek bu davranışların gen sürücüsünün yayılımını nasıl etkilediğini görmek istiyor.

Crisanti, bu kafeslerde sürücünün yayılım dinamiklerinin “umut verici” olduğunu belirtti. Sürücü, direnç belirtileri olmadan etkili bir biçimde aktarılıyor. Daha geniş kafes deneylerinde hiçbir sorun çıkmazsa eğer, teknoloji deneylerin yapılması için bağımsız grupların ellerine bırakılacak. Üç aşağı beş yukarı bir-iki yıl içerisinde de düzenleyici makam onayı kazanılması amaçlanıyor.

Target Malaria ekibi de olayın gerçekleşme yeri ve sırasındaki faaliyetleri incelemek için olası salınma konumlarının ekolojik modellerini oluşturuyor. 2019’daki bir çalışma sivrisinek popülasyonlarını Burkina Faso ve çevresindeki ülkelerde 40.000’den fazla yerleşim alanında biçimlendirdi. Nehirler, göller ve yağışın yanı sıra sivrisinek hareketlerinin saha verileri de dikkate alındı. Sonuçlar, modifiye sivrisineklerin tek bir kez salınması yerine birkaç yıllığına köyler boyunca tekrarlı bir uygulama yapılmasının böceklerin toplu nüfusunun azaltılması için gerekli olacağını gösterdi. Birleşik Krallık, Oxford Üniversitesi’nden Target Malaria’nın bir işbirlikçisi ile çalışmanın baş araştırmacısı olan popülasyon biyoloğu Charles Godfray şöyle diyor:

Başka bir endişe sebebi de gen sürücülerinin bütün bir popülasyonu, dolayısıyla da bütün bir ekosistemi değiştirme potansiyeline sahip olması. Ayrıca moleküler biyolog ile biyoetikçi Natalie Kofler, malarya parazitinin teoride daha yüksek öldürücülük ya da başka bir konak tarafından taşınmak gibi şekillerde evrimleşmesine yol açarak sürücülerin insan sağlığını da olumsuz bir biçimde etkileyebileceğini bildiriyor. Connecticut, New Haven’da Yale Üniversitesindeki, amacı dünya çapındaki çevresel genetik teknolojilerin üzerine değinmek olan Doğayı Düzenleme (İng: ”Editing Nature”) grubunun kurucu direktörü olan Kofler şunu da ekliyor:

Bu teknolojinin inanılmaz derecede güçlü olma ve öngöremeyebileceğimiz şeylerin gidişatını değiştirme potansiyeli var.

İlaç denemelerinde bir şirket saha deneyleri için bir iki yıl önceden hazırlanmaya başlayabilir. Okumu, gen sürücülerinin daha fazla süreye ihtiyacı olacağını söylüyor. Okumu, 2018 yılında Ulusal Sağlık Enstitülerinin Vakfı’nın düzenlediği 15 üyelik bir bilimsel çalışma grubuna dahildi. Burada Sahra Afrikası’nın altında kullanılacak gen sürücülü sivrisinekler için bir seri öneri ortaya atıldı.

Raporlarında devletlerin, toplulukların ve yerel bilim insanlarının bu bilimi özümseyip teknolojinin işleyişini düzenlemek için yetkilendirilmesinin zaman isteyeceğine dikkat çekiliyor. Okumu, şunu diyor:

2017’de Kofler, bir grup bilim insanını ve etikçiyi, gen sürücülerini çevreleyen toplumsal sorularla baş etmek için bir araya topladı. Kofler, “Asıl sorular, adaletin çevresinde döner.” dedi. Kofler, genetiği değiştirilmiş bir organizmanın bir Afrika bölgesine salınması tartışmalarında, tarihsel açıdan ötekileştirilmiş grupların karar verme sürecinde söz sahibi olmaya hakkı olduğunu söyledi.

Okumu, Afrikalı bilim insanlarının gen sürücülerini yerel olarak geliştirip denemelerinden yana. Bu, bu tarz çabaları desteklemek için çalışmaları finanse eden gruplardan saygı ve istek isteyen bir iş. Okumu, şunu belirtiyor:

Ağustos 2018’de Burkina Faso’nun Ulusal Biyogüvenlik Ajansı, Target Malaria’ya genetiği modifiye edilmiş kısır bir erkek sivrisinek neslini salma iznini verdi. Bu olay, Afrika kıtasında türünün ilk örneği. 2019 yazında ekip, genetiği modifiye edilmiş ama gen sürücüsü taşımayan, ortalama olarak 6.400 adet sivrisineği saldı. Bilim insanları bu salınımın araştırmaya olan algıyı değiştirmenin yanı sıra gelecek salınımlar için de veri sağlayacağını umuyor.

Gen sürücülü fareler ise salınmaya yakın bile olmasa da GBIRd öncü bir saha denemesine bir ada seçmek için risk eksperleri, etikçiler ve ekolojistler ile çalışmaya başladı bile. Saah şunu diyor:

İnsan sağlığını korumak ve ekolojik dengeyi sağlamak için gen sürücüsü kullanma kavramı umut verici olsa da yöntemin etkileri ve etkinliği üzerine yapılan araştırmaların önünde hala kat edilmesi gereken uzun bir yol vardır.

Prof.Dr. Haydar BAĞIŞ / Genom düzenleme ve CRISPR

Kistik fibroz , hemofili ve orak hücre hastalığı gibi tek gen hastalıklarında tedavi şansı…….Genom düzenleme (gen düzenleme olarak da adlandırı…

Prof.Dr. Haydar BAĞIŞ / Genom düzenleme ve CRISPR

Kistik fibroz , hemofili ve orak hücre hastalığı gibi tek gen hastalıklarında tedavi şansı…….

Genom düzenleme (gen düzenleme olarak da adlandırılır), bilim insanlarına bir organizmanın DNA’sını değiştirme imkanı veren bir grup teknolojidir. Bu teknolojiler, genom materyalinin genomdaki belirli noktalarda eklenmesine, uzaklaştırılmasına veya değiştirilmesine izin verir. Genom düzenleme için çeşitli yaklaşımlar geliştirildi. Yeni bir tanesi CRISPR-Cas9 olarak bilinir ve kümelenmiş düzenli aralıklı kısa palindromik tekrarlar ve CRISPR ile ilişkili protein 9 için kısadır. CRISPR-Cas9 sistemi bilim camiasında çok fazla heyecan yaratmıştır, çünkü bilimsel topluluk daha hızlı, daha ucuz ve daha fazla doğru ve diğer mevcut genom düzenleme yöntemlerinden daha verimli.

CRISPR-Cas9, bakterilerde doğal olarak oluşan bir genom düzenleme sisteminden uyarlanmıştır. Bakteriler işgalci virüslerden gelen DNA snippet’lerini yakalar ve bunları CRISPR dizileri olarak bilinen DNA parçaları oluşturmak için kullanırlar. CRISPR dizileri, bakterilerin virüsleri (veya yakından ilişkili olanları) “hatırlamalarını” sağlar. Virüsler tekrar saldıracak olursa, bakteriler virüslerin DNA’sını hedeflemek için CRISPR dizilerinden RNA parçaları üretirler. Bakteriler daha sonra DNA’yı birbirinden ayırmak için Cas9 veya benzeri bir enzim kullanırlar ve virüs devre dışı kalır.

CRISPR-Cas9 sistemi laboratuarda benzer şekilde çalışır. Araştırmacılar, bir genomdaki DNA’nın belirli bir hedef dizisine bağlanan (bağlayan) kısa bir “kılavuz” dizisine sahip küçük bir RNA parçası oluştururlar. RNA da Cas9 enzimine bağlanır. Bakterilerde olduğu gibi, modifiye RNA DNA dizisini tanımak için kullanılır ve Cas9 enzimi DNA’yı hedeflenen yerde keser. Cas9 en çok kullanılan enzim olmasına rağmen, diğer enzimler (örneğin Cpfl) de kullanılabilir. DNA kesildikten sonra, araştırmacılar, genetik materyal parçaları eklemek veya silmek için hücrenin kendi DNA onarım makinesini kullanıyor ya da mevcut bir segmenti özelleştirilmiş bir DNA sekansı ile değiştirerek DNA’da değişiklikler yapmak için.

Genomun düzenlenmesi, insan hastalıklarının önlenmesi ve tedavisinde büyük bir ilgi sahibidir. Günümüzde, genom düzenleme üzerine yapılan araştırmaların çoğu, hücreleri ve hayvan modellerini kullanarak hastalıkları anlamak için yapılmaktadır. Bilim adamları bu yaklaşımın insanlar için güvenli ve etkili olup olmadığını belirlemek için hala çalışıyorlar. Kistik fibroz , hemofili ve orak hücre hastalığı gibi tek gen bozuklukları da dahil olmak üzere çok çeşitli hastalıklar üzerine yapılan araştırmalarda araştırılmaktadır . Aynı zamanda kanser, kalp hastalığı, akıl hastalığı ve insan immün yetmezlik virüsü (HIV) enfeksiyonu gibi daha karmaşık hastalıkların tedavisi ve önlenmesi için vaat ediyor .

Etik kaygıları, insan genlerini değiştirmek için CRISPR-Cas9 gibi teknolojileri kullanan genom düzenlemeleri yapıldığında ortaya çıkar. Genom düzenleme ile getirilen değişikliklerden çoğu yumurta ve sperm hücreleri dışındaki hücrelerle sınırlı somatik hücrelerle sınırlıdır. Bu değişiklikler yalnızca belirli dokuları etkiler ve bir nesilden diğerine geçmez. Bununla birlikte, yumurta veya sperm hücrelerindeki (germline hücrelerinde) genlerde veya bir embriyo geninde yapılan değişiklikler gelecek nesillere aktarılabilir. Germline hücre ve embriyo genomu düzenlemesi normal insan özelliklerini (yükseklik veya istihbarat gibi) arttırmak için bu teknolojiyi kullanıp kullanmamaya izin verilip verilmeyeceğini de içeren bir takım etik sorunları da beraberinde getirir. Etik ve güvenlikle ilgili endişelere dayanan germline hücre ve embriyo genomu düzenleme şu anda pek çok ülkede yasadışı.

CRISPR

CRISPR

Genom üzerinde değişiklik yapabilme, DNA dizilimini düzenleme, değiştirme imkanı sunan CRISPR-Cas9 teknolojisi bilim dünyası tarafından büyük ilgi görüyor. Bilim insanları kanserden HIV hastalığına kadar tedavisi bulunamayan bir çok hastalıkta CRISPR-Cas9 teknolojisi ile tedavinin mümkün olabileceğine inanıyor. 7 Ekim 2020 tarihinde verilen Nobel Kimya Ödülü CRISPR-Cas9 teknolojisi makaslama çalışmasıyla Almanya Berlin Max Planck Patojen Bilimi Bölümü’nden Emmanuelle Charpentier ile ABD Kaliforniya Üniversitesi’nden Jennifer A. Doudna’ nın oldu.

Düzenli Aralıklarla Bölünmüş Palindromik Tekrar Kümeleri anlamına gelen CRISPR-Cas9 teknolojisinin sadece tıp alanında değil tarım, hayvancılık, gıda, kimya, enerji ve çevre endüstrileri gibi çok geniş alanlarda da kullanılması mümkün. Bu sayede belki açlık sorununa bile çözüm bulunabilir, biyoteknolojik yöntemlerle bitki ve hayvan üretimi gerçekleştirilebilir, belki de marketlerde sırf bu yöntemle üretilen farklı yiyeceklerin bulunduğu reyonlar dahi oluşturulabilir. İyi niyetli amaçlar için kullanıldığında gelecek zamanlarda devrim yaratabilecek güçte olan bu teknoloji, insanlığın konforunu daha da iyileştirecek potansiyele sahip.

Nobel Kimya Ödülü’nü alan Emmanuelle Charpentier ve Jennifer A. ödüllerini CRISPR-Cas9 Makaslama teknolojisini bularak aldı. Makaslama teknolojisi DNA’nın istenilen bölgesinde kesim yapabilmeyi ve oraya yeni bir ekleme yapabilmeyi mümkün hale getiriyor. Bu sayede istenilen ten rengine, göz rengine, saç rengine sahip bebekler dünyaya getirmek bile söz konusu olabilir. Ya da genetik hastalıkların yine makaslama yöntemiyle önüne geçilebilir.

CRISPR-Cas9 aktif olabilmek için bir virüse ihtiyaç duyuyor. Bu virüs organizmayı enfekte ediyor ve DNA’sı hücre tarafından parçalanıyor. Bu parçalardan biri olan ön aralık geni çeşitli proteinlerle işleniyor. Bu gen, CRISPR lokusunda lider gene yeni bir tekrar geniyle birlikte dahil olarak aralık geni adını alıyor. Ortaya çıkan CRISPR RNA’lar belirli Cas proteinlerinin yardımıyla kesilerek işleniyor. Bu crRNA’lar diğer Cas proteinleri ile birleşip CRISPR ribonükleoprotein komplekslerini (crRNP) ortaya çıkarıyor. Hücre, tekrar aynı virüs ile enfekte edildiğinde, virüsün DNA’sına karşılık gelen aralık dizisini taşıyan crRNP’ler, virüsün DNA’ sını algılıyor. Böylece Cas proteinlerinin nükleaz aktivitesi ile yabancı DNA parçalanıyor.

CRISPR ile bir çok hastalığın da uzaktan kontrol altına alınması mümkün. Doğru tedavi için CRISPR aracılığıyla hastalığın hangi genden kaynaklandığını bulmak yeterli. Hastalıklı geni bulup, ilaç türünü ve dozunu ayarlayarak uzaktan hastanın tedavi edilmesi kolaylaşabilir. CRISPR-Cas9 teknolojisi ilerleyen yıllarda insanlığın ömrünü uzatabilir, sağlıkta mucizevi devrimlerin kapısı olabilir. Ancak yanlış ellerde kullanılırsa insan ırkının sonunu bile getirebilir. Ama iyi ya da kötü, kullanıldığında dünyanın seyrini değiştireceği kesin.

Referans :
beyinsizler.net
evrimagaci.org
www.haydarbagis.com
www.entes.com.tr

Başa dön tuşu