Bilimin baş döndürücü hızla ilerlemesiyle bakteriler gibi prokaryot canlıların da virüs istilacılardan korunmak için geliştirdiği bir savunma mekanizması olduğunu öğrendik. Bu mekanizma ile bakteriler kendi hücreleri içine giren istilacıların genetik materyali olan DNA’sını parçalayarak onları etkisizleştirir ve kendini korur. 20 yıl öncesine kadar bakterilerin bağışıklık sistemi olarak sadece yabancı DNA’yı restriksiyon (kesme) enzimleri ile parçaladığını biliyorduk. Parçalıyor ama bundan bir ders çıkarıp öğrenmediğini düşünüyorduk. Hâlbuki günümüz çalışmaları göstermiştir ki, bakterilerin de öğrenebilen bir bağışıklık sistemi mevcut. Bu sistemin ismi CRISPR-Cas mekanizmasıdır. Bu sistemin arkelerin yüzde 84’ü, bakterilerin de yüzde 45’inde bulunduğu bilinmektedir. İşte bu bilim insanlarına dâhiyane bir yol göstermiştir.
CRISPR-Cas Sistemi Nedir?
CRISPR (Clustered Regularly İnterspaced Short Palindromic Repeats) yani düzenli aralıklarla bölünmüş kısa palindromik tekrar kümeleri adı veriliyor. Tekrarlayan DNA bölgeleri, öğrenilmiş bir bağışıklık sistemini oluşturuyor. Tekrarlayan DNA dizilerine komşu ilaveten Cas (CRISPR associated) genleri olduğu belirlenmiştir. Cas geninden üretilen Cas proteinlerinin nükleaz ve helikaz gen ailelerine benzediğinin anlaşılması üzerine, bu sistemin bakterilerin RNA aracılı savunma sistemi olduğu hipotezi kurulmuş. Bu hipotez 2007’de Barrangou ve arkadaşlarıyla CRISPR DNA dizilerinin ve ilişkili Cas protein enzimlerinin virüs enfeksiyonuna karşı müdahale silahı olarak bakterilerce kullanıldığını göstermiştir.
CRISPR’ın Temel İlkeleri
CRISPR bölgelerinin en belirgin özelliği içerdikleri tekrarlayan DNA dizileri olmasıdır ve bu diziler palindromiktir. Yani bakteri bu genetik materyali her iki taraftan okuduğunda aynı çıktı elde ediliyor. Tekrarlayıcı dizilerin arasında spacer denilen aralayıcı DNA bölgeleri vardır. Bu bölgeler hafıza bölgeleridir. Önceden gelmiş istilacı bir virüsün genetik kalıntılarının depolandığı, tekrar hatırlanmak için kullanılacak dizileridir. Eğer aynı virüs tekrar bakteriye saldırıda bulunursa bu “spacer” denilen hafıza bölümü o virüsü tanıyacak ve hızla genetik materyalini hemen yok ettirecektir ya da önceden alışık olmadığı bir virüs saldırdığında onun bir parçasını kendi CRISPR bölgesine yerleştirerek öğrenecek ve yeni bir saldırıya hazırlığını yapmış olacaktır. İşte bu ilke bakterilere ve/veya arkelere kazanılmış bağışıklık özelliği kazandırıyor.
Parçalama işlevini de Cas dediğimiz protein yapısı hallediyor çünkü bu proteinlerin helikaz ve nükleaz özelliği var. Helikaz özelliği ile önce virüsün çift iplikli DNA’sını açıyor, sonra nükleaz ile bir makas gibi keserek virüsü işlevsiz hale getiriyor. Bu muhteşem sistem bilim insanlarına bir ışık olmuştur ve süreç başlamıştır. Böylece insanoğlu bunun benzeri bir sistem kurarak kendi genomuna müdahale edebilecektir. Böylece kendisini var eden genomunu düzenleyebilecektir.
CRISPR Nasıl Çalışıyor?
CRISPR-CAS9 genom düzenleme sistemi viral ya da viral olmayan vektörler kullanılarak hücre çekirdeğine gönderilir. Viral vektörlerle taşınan bu sistem daha etkin yol olarak gözükmektedir ancak bunun da dezavantajları var. Sistem bu vektörler içine yüklenir. Vektör hücreye girer ve mutasyonlu bozuk gen bölgesini hedef alan rehber RNA segmenti ile cas9 protein kompleksi gönderilir. Rehber RNA o mutasyonlu gen bölgesini bulur ve tutunur. Beraberindeki makas gibi işlev gören Cas9 proteini de hasarlı genin iki zincirini saniyeler içinde keser. Yani birisi o bölgeyi tanır diğeri de keser. Kesilen o boş kısımdaki gen, hücre tamir mekanizmaları ile düzeltilir. Bu yönteme artık moleküler cerrahi deniliyor. Bu da tıpta çığır açan hücresel düzeyde bir ameliyattır.
CRISPR’ın Tıp Biliminde Kullanımı
Bilim insanları bu yöntemle tıp dünyasında özellikle kalıtsal tek gen hastalıkları üzerinde çalışıyor. Bu hastalıklara örnek verecek olursak, spinal muskuler atrofi (SMA), duchenne muskuler distrofisi, kistik fibrozis, fenilketonüri, hemofili A, hemofili B, orak hücreli anemi, beta talasemi gibi hastalıkların bozuk genlerini keserek yerine doğru genetik materyalin konularak normal sağlıklı insandaki gibi üretim yapması hedefleniyor. Yani bozuk gen bölgesi CRISPR yöntemiyle kesilecek yerine doğrusu yerleşecek. Temelde hedeflenen mekanizma budur.
Bakteri nasıl yabancı virüsün DNA’sına müdahale ediyorsa bilim insanları da insanların bozuk genlerine müdahale ederek hastalıklara çare bulmanın peşindedir. Bakterilerden öğrendiğimiz bu modeli biz de hastalıklar üzerinde kullanmayı düşünüyoruz.
İleride Kansere Çare Olabilir mi?
CRISPR moleküler cerrahisi, hematolojik kanserler bilhassa lösemiler üzerine de çalışmaları başlatmıştır. Genetik materyali kırılarak kanser olan kişilerde o hasarlanan DNA bölgesi hedeflenerek bu yöntemle düzeltilebilir. Tümör baskılayıcı genlerdeki mutasyonları düzelterek belki de kanseri tedavi edeceğiz. Ayrıca ilaca direnç gelişen hastalara da bir çıkar yol olarak hekimlerimize tedavide ileride belki daha yardımcı olabilir.
Sonuçta insanın genomuna müdahale ediliyor ve değiştiriliyor. Verilen rehber RNA segmentinin istenmedik gene tutunması ve kesilmesi başka hastalıklara yol açabilme ihtimali dâhilindedir. Tam olarak hedeflenen genin kesilmesi konusunda çalışmalar sürmektedir. İşin tıbbi etik, deontolojik boyutu dikkat edilmesi gereken bir diğer husustur. Şu bir gerçektir ki, bilime yatırım yaptıkça bilgi seviyelerimiz arttıkça yeni yollar ve yeni yöntemler mutlaka gelişecektir.
Hazırlayan: Bartu Yiğit Çalık
www.sinirbilim.org/molekuler-cerrahi-crispr/
