Genetik bilimi şüphesiz ki gelecekte yaşamımızda çok büyük değişiklikler doğuracak çalışmalarla ilerlemekte. Bu değişiklikleri sağlayacak en temel unsur ise canlıların genleri ile oynanması. 2015 yılına kadar ise bu temel unsur çok da verimli bir şekilde başarılmış değildi.
Prof. Jeniffer Doudna, son 2 yıldır tüm bilim dünyasının takdirini toplayan çalışmalara imza atıyor. Tıp ve sağlık bilimlerinde dünyanın en kaliteli dergilerinden olan Nature, Science gibi dergilerde makaleler yayınladı (1). Başlattığı konu üzerine çeşitli araştırmacılar tarafından üç bine yakın makale basıldı. Bu başarısı ise ona prestijli Breakthrough Prize ödülü (2) ile birlikte 3 milyon dolar para ödülü ve Times dergisi tarafından seçilen 100 Etkili İnsan listesinde güzel bir yer kazandırdı (3). Bilim dünyası, onun ve arkadaşlarının buluşunun nimetlerinden yararlanmaya devam ettikçe bu buluşun önemini daha çok özümseyecek ve tahminimce önümüzdeki yıllarda Nobel Tıp Ödülü’nü de alacaktır.
Jennifer Doudna Kimdir Ve Çalışmalarının Konusu Nedir?
2002 yılından beri Kaliforniya Üniversitesi Berkeley’de Kimya ve MCB (Moleküler Hücre Biyolojisi) departmanlarında öğretim üyesi olan Prof. Jennifer Doudna’nın mekanizmasını çözdüğü ve kullanmayı başardığı Crispr/Cas9 sistemiyle organizmaların DNA’sının, buluş öncesine oranla, çok daha spesifik düzenlenmesi mümkün oluyor (4). Bu sistemin keşfinden önce DNA üzerinde yapılan manipülasyonlar istenilen hassasiyette olmuyor, istenilen her gene müdahale edilemiyordu. Crispr/Cas9 sistemiyle istenilen her gen üzerinde kolayca değişiklikler yapılabilmesinin temelleri atıldı diyebiliriz.
CRISPR-Cas9 Sistemi Nedir, Neden Önemlidir ve Nasıl Çalışır?
Genlerle spesifik noktalardan ve kolayca oynanır hale gelmesinin temelini oluşturmuş olan bu buluş hemen aklımıza bilim kurgu filmlerinden fırlamış senaryolar niteliğinde, ütopik fikirleri getirmiyor değil. İnsanların embriyo halinde iken genlerinin eklenip çıkarılması ile “sipariş bebek” doğumları ya da “süper insanlar” yaratılması yakın mı dersiniz? Her ne kadar bilim henüz bunları yapabilecek yeterliliğe gelmemiş olsa dahi bu konuda Çin, çalışmalara başladı bile. Başta Prof. Doudna olmak üzere birçok bilim insanı ve uluslararası bilim kuruluşlarının tüm “dur!” çağrılarına rağmen, insan embriyosu üzerinde de çalışmalara başlayan Çinli bilim insanları şimdilik başarısız olsalar da, sistemin fareler üzerinde olumlu sonuçlar vermesi, ileride neler olabileceğinin bir habercisi niteliğinde (4).
Bakteriler üzerinde çalışan bilim insanları 1980’lerden beri bakteri DNA’larında belirli aralıklarla birbirinden ayrılmış ve tekrar eden dizilere rastlıyorlar. CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Palindromic Repeats yani “düzenli aralıklarla tekrar eden palindromik kümeler”) denen bu dizilerin görevi ve bakteri DNA’sına nasıl entegre oldukları 2005 yılında kısmen keşfediliyor. Bakteri DNA’sındaki tekrar eden dizinlerin arasındaki bölümler detaylı incelendiğinde durum daha da garip bir hal alıyor, çünkü bu DNA parçaları bazı virüslerin DNA’larıyla birebir eşleşiyor. İşin sırrı kendi DNA’sında virüs DNA’sından parçalar taşıyan bakterilerin o virüslere karşı dirençli olduğunun fark edilmesiyle açığa çıkıyor. Bakteriler, saldırısından sağ kurtulmayı başardıkları virüslerin DNA’larından parçaları, kendi DNA’larına ekleyerek bu sayede aynı virüsün sonraki saldırılarından korunmayı sağlayan bir savunma sistemine sahipler. Bakteri hücresine giren her yeni virüsün DNA parçaları Crispr dizilimi içinde kaydediliyor, böylece bakteri DNA’sında virüslerin DNA’larına ait bir kütüphane oluşturulmuş oluyor. Kısacası, bakteriler hücrelerine giren ve kurtulmayı başardıkları virüslerin birer kopyasını, adeta “arananlar” listesi şeklinde kendi DNA’sında saklıyor.
Bakterilerin sonraki saldırılardan kurtulabilmesi için bu listeye sahip olmaları tek başına yeterli değil. Hücreye giren virüs, kontrolü ele almadan DNA’sını tanıması ve parçalaması gerekli. İşte bu noktada CRISPR’dan sentezlenen RNA’lar (crRNA) ve Cas proteinleri devreye giriyor. crRNA’lar virüs DNA’ları baz alınarak sentezlenen tek sarmal RNA’lar ve virüs hücreye girdiğinde virüs DNA’sıyla nükleotit eşleşmesi (base pairing) yaparak tanıma işlemini sağlıyor. Cas proteinleri ise birer nükleaz (DNA parçalayıcı protein) ve çift sarmal DNA’yı kesmekle görevliler. crRNA’lar Cas9’a bağlanarak virüs DNA’sını hem tanıyıcı hem de imha edici bir kompleks oluşturmuş oluyorlar. Bu yapı virüs DNA’sıyla eşleştiği zaman Cas9 proteini aktive olarak bağlanılan virüs DNA’sını bağlandığı noktadan keserek virüs DNA’sını parçalıyor ve etkisiz hale getiriyor. Sonrasında ise kestikleri yerden yani virüs DNA’sından kopyalar alan bakteriler, o nükleotit dizisini baz alarak sentezledikleri RNA ve proteinlerle hücreye giren virüsleri hedef alıp parçalayan bir savunma mekanizması oluşturmuş oluyorlar (5).
(5)
Peki, Bu Sistem Bizim İşimize Nasıl Yarıyor?
Cas9’ın, hedef DNA’lar üzerinde rastgele değil de, crRNA/rehber RNA’lar sayesinde nokta atışı yerlere bağlanabilmesi sayesinde Prof. Doudna ve ekibinin akıllarına şu soru geliyor; virüs DNA’sını hedef almak yerine, bir gen dizilimini kullanarak rehber RNA üretsek, bu sayede Cas9 ile, istediğimiz organizmanın hedef aldığımız genini değiştirmemiz mümkün olabilir mi? Cevap evet. Kendi tasarladığımız crRNA sayesinde DNA üzerinde istediğimiz yere yerleştirdiğimiz inaktif Cas9’lar, yol kapanı gibi hareket ederek DNA’dan RNA, RNA molekülünden de protein sentezini engellemiş olacaktır. Yani daha basit bir ifade ile istediğimiz geni nokta atışı bir hamle ile inaktif hale getirip o genin ürünü olan ilgili proteinin/peptit dizisinin üretimini engellememiz söz konusu olmaktadır.
İstediğimiz genleri inaktif hale getirebilmemiz çok güzel. Bilim insanları ilk olarak bu sistemi farelerde siyah kıl rengine sebep olan proteini/geni inaktif ederek denediler ve fare embriyolarına bu sistemi uyguladılar. Sonuç aşağıdaki fotoğrafta.
(6)
Ulaşılmak istenen asıl hedef ise, genleri modifiye edebilmek ya da tamamen değiştirebilmek. Daha basit haliyle, DNA’yı kesip içinden bozuk olduğunu düşündüğünüz parçayı çıkarmak ve/ya yenisini yerleştirmek. crRNA’larla hedef alınan kısımlar, aktif Cas9 kullanılarak kesiliyor. Sonrasında hücreye yama etmek istediğiniz DNA parçalarını enjekte ediyorsunuz. Yamanacak parçayı öyle bir ayarlamanız gerekli ki, başı sonu orijinal DNA ile uyuşsun ve hücrenin sahip olduğu DNA tamir enzimleri gelip sanki yama parçası orijinal DNA’daymış ama kopmuş gibi gelip dikebilsin (Bu yönteme homologous directed repair deniyor.) (7). Yeni parça dikme işlemi maalesef inaktif etme işleminden çok daha zor, çünkü parçaların düzgün eşleşmeme ihtimali ya da kesilen DNA’nın orijinal haliyle yeniden dikilme ihtimali oldukça yüksek. Ayrıca crRNA’ların DNA ya bağlanması ne kadar spesifik olsa da, DNA üzerinde spesifik olmayan rastgele yerlere de belli oranda bağlanması söz konusu. Dahası sisteminiz düzgün çalışsa bile, gen entegre edilen embriyoların sağlıklı gelişimlerin devam ettirip ettiremeyeceği de şüpheli ve böylesi ciddi bir operasyon sonrası gelişen embriyolarda ne tarz yan etkiler görülebileceği henüz yeterince test edilmiş değil. İnsan gibi kompleks bir organizma üzerinde kullanabilmek için tüm bunlar aşılması gereken sorunlar (8).
İnsanoğlu olarak bu sistemi kullanarak ulaşmak istediğimiz muhtemel hedefleri düşünürsek; daha uzun insan ömrü, hastalıklara karşı doğuştan bağışıklık, üstün zekâlılık gibi hayaller ilk aklımıza gelenler olacaktır. CRISPR-Cas9 sistemi de bu doğrultuda iki amaca hizmet edecek şekilde kullanılabilir.
1- Düzgün çalışmayan ya da hastalıklara sebep olacak genleri işlevsizleştirmek ve protein sentezini durdurmak.
2- Organizmaya yeni özellikler kazandıracak genler eklemek ya da mevcut genlerin yerine daha sağlıklı, dayanıklı, zeki vb. istenilen özellikteki genleri organizmaya embriyo halinde iken yerleştirebilmek.
Bilimsel bazı problemler ve teknikteki eksikliklere rağmen, bu tekniğin önümüzdeki günlerde geliştirilmesi ile bu tarz bir gücün insan emrinde olması birçok etik soruyu da beraberinde getiriyor… Hali hazırda gelir dağılımının düzensiz olduğu dünyamız düzeninde “Elysium” filmindeki gibi maddi imkânlara sahip insanların çocukları “süper insan” yapılabilirken, maddi imkâna sahip olmayan çoğunluk dünya nüfusunun bu gücün getirilerinden uzak kalması bu sosyal uçurumu daha da arttırarak, belki de önlenemez hale gelmesine neden olacaktır. Eğer insan genetiğiyle oynanması kontrol altına alınmaz ve düzgün takibi yapılmazsa, gelecekte gerçek hayatta böyle senaryolarla karşılaşmak çok da şaşırtıcı olmayabilir. Tabi ki her teknolojik gelişme gibi kim tarafından ve hangi amaçlarla kullanılacağı tüm bunları belirleyecek faktör olacaktır. Yine de felaket tellallığı yapmaya şimdilik gerek yok, çünkü sanıyorum ki sistemi memeliler üzerinde hatasız çalışır hale getirmek için daha uzun bir yol var önümüzde.
Prof. Doudna’nın ağzından Crispr Cas9 sistemini dinlemek için kaynakçadaki 12 numaralı linki ziyaret edebilirsiniz.
Kaynaklar
1) http://science.sciencemag.org/content/337/6096/816.full
2) http://news.berkeley.edu/2014/11/10/jennifer-doudna-saul-perlmutter-named-2015-breakthrough-prize-winners/
3) http://news.berkeley.edu/2015/04/16/doudna-among-time-magazines-100-most-influential-people-in-the-world/
4) http://www.bilimkafe.com/insan-embriyosunun-genleri-degistirildi/
5) https://en.wikipedia.org/wiki/CRISPR
6) http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24879364
7) https://en.wikipedia.org/wiki/Homology_directed_repair
8) http://www.fizikist.com/crispr-cas9-ve-gen-muhendisligi/
9) http://www.sciencemag.org/custom-publishing/collections/crispr-cas9-engineering-revolution-gene-editing
10) http://www.nytimes.com/2015/03/20/science/biologists-call-for-halt-to-gene-editing-technique-in-humans.html
11) http://www.nytimes.com/2015/05/12/science/jennifer-doudna-crispr-cas9-genetic-engineering.html?_r=2
12) https://www.youtube.com/watch?v=SuAxDVBt7kQ
