CRISPR gen düzenleme: Laboratuvardan hastaya ulaşan "genetik makas"

2012 yazında Science dergisinde yayımlanan bir makale, biyolojinin seyrini değiştirdi. Emmanuelle Charpentier ve Jennifer Doudna'nın ekipleri, bakterilerin virüslere karşı kullandığı bir savunma sisteminin, laboratuvarda istenen herhangi bir DNACanlıların kalıtsal bilgisini taşıyan, iki sarmal iplikten oluşan molekül: deoksiribonükleik asit. dizisini istenen noktadan kesebilecek biçimde programlanabileceğini gösterdi. Kraliyet İsveç Bilimler Akademisi sekiz yıl sonra, 2020 Nobel Kimya Ödülü'nü bu iki bilim insanına "genom düzenleme için bir yöntem geliştirdikleri için" verdi.

Bakterilerin bağışıklık sistemi

Hikâye, insanlara değil bakterilere zarar veren virüslerle başlıyor. Bakteriler, kendilerine saldıran virüslerin DNA'sından küçük parçaları kendi genomlarında, CRISPRDNA'yı istenen noktadan hassas biçimde kesip değiştirmeye yarayan, bakterilerin bağışıklık sisteminden geliştirilmiş gen düzenleme yöntemi. adı verilen tekrarlı dizilerin arasında saklar. Aynı virüs yeniden saldırdığında bu kayıtlardan üretilen RNA molekülleri, Cas adlı proteinlere rehberlik eder ve protein virüsün DNA'sını keserek etkisiz hâle getirir.

Nobel Komitesi'nin açıklamasına göre Charpentier, insanlara en çok zarar veren bakterilerden biri olan Streptococcus pyogenes üzerinde çalışırken daha önce bilinmeyen tracrRNA adlı bir molekül keşfetti ve 2011'de yayımladı. Aynı yıl RNA biyokimyası konusunda deneyimli Doudna ile işbirliğine başladı. İkili, bakterinin genetik makasını deney tüpünde yeniden oluşturdu ve bileşenlerini sadeleştirerek tek bir "rehber RNA" ile yönlendirilebilir hâle getirdi. Böylece makas, yalnızca virüs DNA'sını değil, araştırmacının seçtiği herhangi bir DNA dizisini kesebilir oldu.

Makas nasıl çalışır?

1. Hedefi bulmak: Araştırmacı, düzenlemek istediği genDNA üzerinde, bir proteinin ya da işlevsel bir RNA molekülünün yapım bilgisini taşıyan bölüm; kalıtımın temel birimi. bölgesine uyan yaklaşık 20 harflik bir rehber RNA tasarlar.
2. Bağlanmak: Cas9 proteini rehber RNA'yı taşır ve DNA boyunca ilerleyerek rehberle eşleşen diziyi bulur.
3. Kesmek: Cas9, DNA'nın iki ipliğini de bu noktadan keser.
4. Onarım: Hücre, kesiği kendi onarım mekanizmalarıyla kapatır. Bu sırada gen bozulabilir, düzeltilebilir ya da araya yeni bir dizi eklenebilir.

Daha önce bir hücrenin genini değiştirmek aylar, hatta yıllar süren, zahmetli ve çoğu zaman imkânsız bir işti. Nobel Komitesi'nin ifadesiyle CRISPR ile bu artık birkaç hafta içinde yapılabiliyor. Yöntem kısa sürede temel araştırmalardan küf, zararlı ve kuraklığa dayanıklı bitki çeşitlerinin geliştirilmesine kadar sayısız alanda kullanılmaya başladı.

Laboratuvardan hastaya

CRISPR'ın ilk büyük tıbbi başarısı kan hastalıklarında geldi. Orak hücre hastalığı ve beta talasemi, kanda oksijen taşıyan hemoglobin molekülünü etkileyen kalıtsal hastalıklardır. Beta talasemi Türkiye'de de, özellikle Akdeniz ve Ege bölgelerinde, önemli bir halk sağlığı sorunu olarak bilinir. 2021'de New England Journal of Medicine'de yayımlanan ilk sonuçlar, hastaların kendi kök hücrelerinde yapılan bir düzenlemenin, doğum öncesi dönemde üretilen "fetal hemoglobin"in yeniden üretilmesini sağlayarak hastalığın belirtilerini büyük ölçüde ortadan kaldırabildiğini gösterdi.

ABD Gıda ve İlaç Dairesi (FDA), 8 Aralık 2023'te Casgevy adlı bu tedaviyi 12 yaş ve üzeri orak hücre hastaları için onayladı; bu, ABD'de onaylanan ilk CRISPR tedavisiydi. FDA'nın açıklamasına göre değerlendirilebilen 31 hastanın 29'u, en az 12 ay boyunca hastalığın en ağrılı komplikasyonu olan ağır damar tıkanıklığı krizlerinden kurtuldu. Tedavide hastanın kök hücreleri toplanıp laboratuvarda düzenleniyor, hasta yüksek doz kemoterapiyle hazırlandıktan sonra hücreler tek seferde geri veriliyor. Bu zorlu süreç ve yüksek maliyet, tedavinin yaygınlaşmasının önündeki başlıca engeller.

Cevap bekleyen sorular

CRISPR'ın gücü, beraberinde ciddi soruları da getiriyor. Kesimin hedef dışındaki bölgelerde istenmeyen değişikliklere yol açma riski, tedavilerin uzun vadeli güvenliği ve son derece yüksek maliyetleri bunların başında. En tartışmalı konu ise sonraki kuşaklara aktarılacak değişiklikler. 2018'de Çin'de bir araştırmacının gen düzenlenmiş ikiz bebeklerin doğduğunu açıklaması, bilim dünyasında geniş bir tepkiyle karşılandı ve uluslararası kuralların sıkılaştırılması çağrılarını hızlandırdı.

Bugün bilim insanlarının büyük çoğunluğu, yalnızca hastanın kendisini etkileyen vücut hücresi düzenlemelerini kabul edilebilir bulurken, embriyo ve üreme hücrelerinde kalıtsal değişikliklere karşı temkinli bir duruş sergiliyor. Nobel Komitesi de açıklamasında bu aracın "büyük bir güç" taşıdığını ve hepimizi etkilediğini vurguluyor.