2012 yılında mikrobiyolog Emmanuelle Charpentier ve biyokimyacı Jennifer Doudna adındaki iki bilim kadının keşfettikleri ve kendilerine 2020 Nobel Kimya Ödülü’nü kazandıran CRISPR/Cas9, moleküler biyoloji ve genetik alanında yeni bir çağ başlattı. DNA zincirinin kesilip, yeniden birleştirilebilmesini sağlayan bir teknoloji geliştirdiler. Bu teknoloji sayesinde hayatımızın kodlarını yeniden yazmak mümkün hale geldi.
“Düzenli aralıklarla bölünmüş palindromik tekrar kümeleri” adı verilen CRISPR teknolojisi, aslında bakterilerin virüs kaynaklı enfeksiyonlar ile nasıl savaştığını araştırırken keşfedildi. Bakterilerde bulunan CRISPR adlı bağışıklık sisteminin bir kısmı, virüssel DNA’yı tespit ederek yok edebilen Cas9 adlı proteinden oluşur.
Araştırmaları sırasında Charpentier ve Doudna, bu sistemin belirli DNA parçalarının çıkarılması ve eklenmesinde bir genetik mühendislik yöntemi olarak kullanılabileceğini keşfettiler. Bunu düşündüren, hücrelerin hasarlı DNA parçalarını tespit edebilmesi ve tamir etme yeteneğinin olmasıydı. Bu genetik makasın nasıl çalıştığını anlamak için insanın kalıtsal bilgisi olan DNA’nın yapısını anlamak gerekir.
Canlıların vücudundaki her hücrede bulunan DNA denilen çift zincir aslında Adenin, Timin, Guanin ve Cytosine (Sitozin) yani A, T, G ve C bazlarının çeşitli kombinasyonlarla yan yana dizilmesinden ve karşılıklı bağlanmasından meydana gelir. İkili DNA zincirinde A ile T ve G ile C bazları karşılıklı olarak bağlanırlar. RNA’da ise A ile, T yerine U (Urasil) eşleşir. DNA’daki baz grupları genleri oluşturur ve bu genler bir görevi yerine getirecek olan belirli bir proteini kodlar. Bunun için ikili DNA zinciri ayrılarak, uygun baz dizilimine sahip bir RNA zinciri ile eşlenir.
Teknolojide makine kodlamada 0’lar ve 1’lerin özel dizilimi ile dijital dünyanın oluşturulduğu gibi, bazlar da canlıların genomunu yani tüm genetik materyalini oluşturur. Bu genetik materyal insanın tüm biyolojik ve fizyolojik özelliklerini meydana getirdiği gibi aynı zamanda çeşitli hastalıklara sebep olan 75.000 farklı mutasyondan birini barındırıyor olabilir. İşte CRISPR adı verilen bu genetik makas yardımıyla, hastalığa sebep olan mutasyonlu gen kesilip atılabilir. Hatta sadece hastalıklar değil, normal olan genler de daha iyisi ile değiştirilebilir (örneğin gen dopingi).
Tüm canlıların genetik materyali olduğu düşünülürse, canlı olan her şey yeniden kodlanabilir. Elbette bu teknolojinin karanlık ve etik açıdan sorunlu yönleri de var ve bu yönleri sebebiyle hukuksal düzenlemeler gerektirmektedir. 2018 yılında Çinli bilim insanı He Jiankui, tüp bebek tedavisi sırasında ikiz embriyoların CRISPR-Cas9 yöntemiyle genetiğini değiştirerek HIV virüsüne karşı bağışıklık kazanmış bir şekilde dünyaya gelmesini sağladı. Genetik değişikliklerin erken veya ileri yaşlarda neden olabileceği sorunlar bilinmemekte ve bu sebeple sağlıklı bireyleri tehlikeye atma olasılığı bulunmaktadır.
İnsanlar veya insan embriyosu üzerinde yapılabilecek genetik tasarımlar, birçok ülkede gelecek nesillere aktarılabileceği ya da diğer genlere zarar verilebileceği endişesiyle yasak. Bu sebeple He Jiankui hapis ve para cezası aldı. Öte yandan bu teknolojinin farklı alanlarda yararlanılabilecek iyi yönleri de mevcut. Örneğin bitki ıslahı ile tarımda iyileştirmeler de mümkün.
Bitkilerde yapılacak genetik modifikasyonlarla değişen iklim koşullarına, özellikle kuraklığa, çürümeye, kararmaya ve hastalıklara dayanıklı ziraat ürünleri yetiştirilebilir ve besin değerleri artırılabilir. Nüfusla birlikte artan talebi karşılamak için de mahsül verimliliğini arttırmak mümkün. Tahıl ürünlerinin dünyadaki gıda talebinin üçte ikisini oluşturduğu ve iklim koşullarının tarım üzerindeki olumsuz etkileri düşünülürse bunun
beslenme açısından da çok büyük bir gelişme olduğu ortadadır. CRISPR, gen düzenleme yöntemleri içerisinde en hızlı, kolay ve düşük maliyete sahip yöntem olarak büyük bir potansiyel vadetmektedir.
Moleküler makas da denilebilecek Cas9 enzimi DNA zincirini kesmek için kullanılır. Virüsler bir hücreyi enfekte ettiklerinde DNA’larını o hücreye aktarırlar. Cas proteinleri,aktarılan virüs DNA’sının bir kısmını keserek çıkarır ve bakteri DNA’sının CRISPR bölgesine ekler. Bu bölgenin kimyasal olarak fotoğrafını çeken Cas proteinleri, bir RNA kopyasını (rehber/ guide RNA) oluşturarak Cas9 enzimine bağlar. Cas9 enzimi bir muhafız gibi hücre içerisinde dolaşır ve virüs bir daha bulaştığında DNA’sından onu tanıyarak hemen yok eder. En önemli noktalardan biri, bu bilgiler kalıtsal olarak sonraki nesillere aktarılmaya devam eder. 2012 yılında iki bilim insanı bu yöntemi başka DNA’larda da kullanmanın bir yolunu buldular. İmla hatasını düzeltir gibi genleri düzenlemek mümkün hale geldi. Bakteri dünyasını kenara bırakacak olursak laboratuvarda bu yöntem şu şekilde işlemektedir: Düzenlenmek istenen gene uygun rehber RNA oluşturularak Cas9’a bağlanır, bu sayede Cas9 doğru geni bularak keser. Kesilen bölgedeki gen de silinebilir ya da yeni bir DNA dizisi yerleştirilebilir. Bu sayede her gene müdahale edilebilmekte ve genetik kaynaklı neredeyse tüm hastalıkların tedavisi mümkün hale gelmektedir. Örneğin kistik fibrozis, beta talasemi, orak hücreli anemi ya da Huntington hastalığına sebep olan mutasyonlar düzeltilebilir. Genetik kaynaklı nadir hastalıkların %89’unun CRISPR sayesinde tedavi edilebileceği tahmin edilmektedir. Tüm canlılar üzerinde uygulanabilir olması sayesinde sadece insanlarda ve bitkilerde değil, hastalık yayan sineklerde de değişiklik yapılması olanağı sağlamaktadır. Örneğin sivrisinekler üzerinde uygulanarak sıtma yayması engellenebilir. İnsanlar ve hayvanlar üzerinde yapılacak olan deneylerin öncesinde etik kurulu tarafından incelenmesi ve onay alması gerekmektedir. Uzun vadeli sonuçları bilinmediğinden, hala gelişmesi gereken bir teknolojidir.
Kaynakça
• Henle, A., 2019. How CRISPR lets you edit DNA – Andrea M. Henle. [online] TED-Ed. Available at: <https://ed.ted.com/lessons/how-crispr-lets-you-edit-dna-andrea-m-henle>.
• Özcan, B., 2022. Genetik alanındaki en büyük keşif Nobel ödülü aldı: CRISPR-Cas9 nedir? – Barış Özcan. [online] Barış Özcan. Available at: <https://barisozcan.com/genetikalanindaki-en-buyuk-kesif-nobel-odulu-aldi-crispr-cas9-nedir/>.
• Doudna, J., 2022. How CRISPR lets us edit our DNA. [online] Ted.com. Available at:
<https://www.ted.com/talks/jennifer_doudna_how_crispr_lets_us_edit_our_dna>.
• BBC News Türkçe. 2022. Dünyada ilk kez embriyoların genlerini değiştiren Çinli bilim insanına 3 yıl hapis cezası – BBC News Türkçe. [online] Available at:
<https://www.bbc.com/turkce/haberler-dunya-50945821>.
• BBC News Türkçe. 2022. ‘Dünyanın ilk genetik tasarımlı bebekleri Çin’de doğdu’ – BBC News Türkçe. [online] Available at: <https://www.bbc.com/turkce/haberler-dunya-46341694>.
• Bilimteknik.tubitak.gov.tr. 2022. Nobel Kimya Ödülü 2020 Yaşamın Kodunu Yeniden Yazmaya Yarayan Bir Araç: Genetik Makas. [online] Available at:
<https://bilimteknik.tubitak.gov.tr/system/files/makale/nobel_0.pdf>.