DNA’nızı değiştirebilen teknoloji : CRISPR-CAS9

 CRISPR-CAS9 nedir?

Gen düzenlemenin tarihi, 1953 yılında DNA'nın çift sarmal bir yapıya sahip olduğunun keşfine kadar uzanır. O zamandan beri bilim adamları, genetik koddaki belirli DNA dizilerini silmek, eklemek veya değiştirmek için farklı yöntemler üzerinde çalışmaya başladılar. Ancak geliştirilen gen düzenleme yöntemlerinin etkinliği düşüktür ve bu yöntemlerin kullanım alanı sınırlıdır. Öte yandan, CRISPR  hemen hemen her organizmada genetik kodun düzenlenmesine izin verir. Ayrıca daha önce geliştirilmiş gen düzenleme yöntemlerinden daha basit, daha ucuz ve daha doğru.

Nasıl çalışır?

Crispr-Cas9 iki ana parçadan oluşur: Cas9 enzimi ve Rehber RNA kısmı. Cas9 enzimi DNA’yı kesmekle görevliyken rehber RNA adından da anlaşılacağı üzere Cas9’a DNA’ya kadar yol gösterir. Kısaca rehber RNA Cas9'a rehberlik ederek DNA'daki ilgili yere gitmesini ve DNA'nın iki iplikçiğinde kesik oluşturmasını sağlamaktadır. Kesik oluştuğu sırada hücre DNA'nın hasar aldığını fark ederek onu onarmaya çalışmaktadır. Bilim insanları DNA onarım mekanizmasını kullanarak, ilgilendikleri hücrenin genleriyle ilgili değişiklik çalışmaları yapmaktadır.

 

Kullanıldığı alanlar

1.      Hücre ve gen terapisi

CRISPR, nörodejeneratif hastalıklar, kan hastalıkları, kanser ve oküler bozukluklar dahil olmak üzere bir dizi genetik hastalığı tedavi etme potansiyeli ile tıpta devrim yaratmaya hazırlanıyor. CRISPR hücre tedavisinin ilk denemelerinden biri, 2019’da orak hücre hastalığı olan hastaları tedavi etti. Tedavi, fetal hemoglobini restore ederek yetişkin hemoglobininin işlevsel bir kopyasına olan ihtiyacı ortadan kaldırdı.

 

CRISPR, kanseri tedavi etmek için kullanılan bir immünoterapi şekli olan kimerik antijen reseptörü (CAR) T hücreleri oluşturmak için de kullanılabilir. T hücreleri hastalardan ekstrakte edilir ve vücuda yeniden enjekte edilmeden önce kimerik antijen reseptörlerini ifade edecek şekilde tasarlanır. Reseptörler, T hücrelerinin hastanın muzdarip olduğu spesifik kanser türünü daha verimli bir şekilde hedeflemesine ve yok etmesine izin verir.

 

Henüz klinik deneylerin erken yıllarında olsa da, bu teknolojinin gelecekte meme ve yumurtalık kanseri, Huntington hastalığı, Tay-Sachs, beta-talasemi, kistik fibroz ve erken başlangıçlı Alzheimer dahil binlerce genetik durumu tedavi etmek için kullanılabileceği öngörülüyor.

2.      Teşhis

Covid-19 pandemisi sırasında Crispr teşhis aleti olarak farklı test kitlerinde kullanılmıştır. (DETECTR, SHERLOCK ve STOPCovid gibi)

2021'in başlarında, Cardea Bio'dan Dr. Kiana Aran, Nobel Ödüllü üç farklı teknolojiyi - grafen, transistörler ve CRISPR - patojenik tek nükleotid polimorfizmlerini (SNP'ler) tespit edebilen küçük bir çipte birleştiren bir çalışma yayınladı. İnsanlarda hastalığa neden olan mutasyonların %50'si SNP'ler olduğundan, bu tıbbi teşhiste önemli bir atılım oldu.

3.      Tarım

Gen düzenleme teknolojisi, tarımda büyük bir potansiyele sahiptir ve uzmanlar, CRISPR ile modifiye edilmiş gıdaların 5-10 yıl içinde mevcut olacağını öne sürmektedir. Bunun temel nedeni, hastalığa ve kuraklığa dayanıklı mahsuller oluşturmak için kullanılabilmesidir. Ayrıca diğer bozulabilir gıdaların raf ömrünü uzatmak, gıda israfını azaltmak ve nispeten düşük maliyetle sağlıklı gıdalara erişim sağlamak için de kullanılabilir.

4.      Biyoenerji

Fosil yakıtların önde gelen alternatiflerinden biri olan biyoenerji, bir süredir gündemde. Ancak, uygun ölçekte biyoyakıt üretmenin önünde birkaç engel var. CRISPR kullanarak, bilim adamları son zamanlarda bu alanda bazı önemli ilerlemeler kaydettiler. Gen düzenleme, biyoyakıt üretimi sırasında mayanın zorlu koşullara toleransını iyileştirebilir. Ayrıca etanol üretmek için kullanılan bakteri türlerinde düzenleme verimliliğini artırmıştır.

5.      Hayvan ve Hastalık Modeli Üretimi

CRISPR sistemi, geleneksel gen hedefleme yöntemlerine kıyasla hayvan modellerinin daha hızlı ve daha ucuz üretilmesini sağladı ve çok daha doğru hastalık modelleri sağladı. CRISPR yalnızca kök hücrelerin yeniden programlanmasını kolaylaştırmakla kalmadı, aynı zamanda önceki gen düzenleme teknolojilerinden çok daha verimli sonuçlar verdi. CRISPR ile, insan hastalık durumlarını daha doğru bir şekilde kopyalayan transgenik hayvanlar yaratmak önemli ölçüde kolaylaştı. CRISPR, fareler gibi hayvanlarda insanlaştırmada kullanılabilir - hayvandaki belirli bir geni veya DNA bölgesini silerek ve yerine o genin insan versiyonu koyarak. Bu doğruluk düzeyi, insan hastalıklarını anlamanın ve tedavi etmenin anahtarıdır.

 

Crispr sınırlamaları ve etik tartışmalar

CRISPR-Cas9 sistemi ayrıca DNA ile çalışırken çeşitli zorluklarla karşı karşıyadır. Bunların başında “hedef dışı etki” gelmektedir. Teoride, CRISPR-Cas9 sistemi spesifiktir ve uzmanın hedeflediği tasarıma göre çalışır, ancak pratikte bu her zaman mümkün değildir. Sistem devreye girdiğinde, genomun başka yerlerinde "hedef dışı değişiklikler" olarak bilinen mutasyonlar üretebilir.

İnsanlarda genetik özellikleri değiştirmek için CRISPR tekniğini kullanma konusunda ciddi etik kaygılar vardır. CRISPR yöntemi  genelde somatik hücrelerde kullanıldığından, genetik materyaldeki değişiklikler sonraki nesillere aktarılmaz. Ancak bu yöntemin üreme hücrelerinde kullanımı ile ilgili tartışmalar devam etmektedir. Çünkü genetik materyaldeki değişikliklerin gelecek nesillere aktarılmasının uzun vadeli sonuçlarını tahmin etmek zordur. Ayrıca DNA'nın yanlış bölgesinin düzenlenmesi gibi yan etkiler de bu yöntemin güvenliği konusunda endişeler uyandırmaktadır. Uygulama kolaylığı nedeniyle bu yöntemin tedavi dışında da kullanılabileceği düşünülmektedir. Bu nedenlerle ülkeler CRISPR kullanımına ilişkin yasal düzenlemeler oluşturmaktadır.

Konu üzerine kaynaklar:

Detaylı: https://www.synthego.com/learn/crispr

Video: https://www.youtube.com/watch?v=jAhjPd4uNFY&ab_channel=Kurzgesagt%E2%80%93InaNutshell