İnsan dahil tüm canlılara gen değiştirmeyi kolaylaştıran, yeni tipte canlı oluşturmada hızlı ve hassas düzenlemenin yolunu açan CRISPR-Cas9 tekniği, genetikte yeni dönemin kapılarını açıyor. Hemen hemen her alanda kullanılabilme potansiyeline sahip olan yöntem, son yıllarda müthiş bir hızla yayılma eğiliminde. Biyo-etikçiler, kötü niyetlilerin eline geçmesi durumunda, uygulamaya sınır getirilmesini gerekli görüyor. Şu anda insan embriyoları üzerindeki uygulamalar tartışılıyor.
Bu teknik, tarımdan insan sağlığına, geniş bir yelpazede uygulama potansiyeline sahip. Tarımda yeni tohumların, köklerin ve meyvelerin tasarlanmasında, sağlık alanında nadir görülen metabolik bozuklukların ve genetik hastalıkların tedavisinde, organ bağışı için transgenik hayvan üretiminde, gen terapisi uygulamalarında kullanılması mümkün. Gen terapisinde amaç, genetik hastalıkların görüldüğü hastaların hücrelerine normal genleri yerleştirmek. Bazı yeni şirketler bu teknolojiden ticari olarak yararlanmaya hazırlanıyor; büyük ilaç şirketleri ise CRISPR tekniğini ilaç geliştirmekte kullanmanın yollarını arıyor.
Uzmanlar CRISPR-Cas9’un insan germ hücrelerinde (yumurta, sperm ve embriyolar) uygulanmasından kaygı duyuyorlar. Kaygıların ortak noktası bu tekniğin daha pek çok bilinmeyenin olması. Örneğin araştırmacılar hedefin şaşması durumunda ortaya ne gibi sonuçların çıkacağından emin değiller. Ayrıca konuyla ilgili etik kaygılar da öne çıkıyor. Gelecek nesillerin genetik malzemelerinin, kendi onayları alınmadan değiştirilmesi, etik sorunların başında geliyor.
Yararları tartışılmaz
CRISPR kuşkusuz yaşam bilimlerindeki çalışmalara büyük bir ivme kazandıracak. Çok kısa sürede sonuç alınmasının yanı sıra maliyetler açısından da diğer tekniklerden çok daha uygun olduğu tartışılmaz. Araştırmacılar bu sayede hastalıklara etkili çözümler geliştirilebileceğini, dayanıklı bitkiler yetiştirilebileceğini ve hastalık nedeni olabilecek patojenler ile etkili mücadele edileceğini düşünüyor.
Bilim insanları CRISPR-Cas9’ın, insan germ uygulamalarında güvenlik sorunlarının aşılması durumunda çok sayıda yarar sağlayacağı konusunda hemfikirler. Özetle teknoloji, kistik fibroz, orak-hücre anemisi, Huntington hastalığı gibi kalıtsal hastalıkları tamamen ortadan kaldırabilir. Hem de tek bir nesil değil, ailenin tüm genetik hattı bu hastalıklardan arındırılabilecek.
Tekniğin bir diğer yararı da aşırı avlanma sonucu soyu tükenmiş olan hayvanların yeniden Dünya’da boy göstermelerine olanak sağlaması. Örneğin Kaliforniya Üniversitesi’nden Ben Novak bir zamanlar sayıca çok bol olan ve ne yazık ki aşırı avlanma sonucu 10 yüzyılın sonlarında soyu tükenen posta güvercinlerini (Ectopistes migratorius) bu yöntemle yeniden yaşama döndürmeye çalışıyor. Bunun için doğa müzelerinden elde ettikleri DNA’yı modern güvercinlerinki ile karşılaştırıyor. Bu şekilde modern güvercinlerin genomlarını düzenleyerek soyu tükenen türdeşlerine benzemesinin yolunu açacak.
Günümüzde uygulama alanları
- CRISPR-Cas9 sistemi ilk olarak 2008 yılında Danisco tarafından kullanıldı. Şirket bakteriyel kültürlerin virüslere karşı bağışıklık kazanması için bu teknikten yararlandı.
- Bugün pek çok gıda üreticisi bu teknoloji yardımıyla yoğurt ve peynir üretiyor.
- Günümüzde bu teknoloji, laboratuvar kabı içinde geliştirilen insan ve hayvan hücrelerinin DNA’sına ek yapmak, bazı kısımları çıkartmak ve değişim yapmak için kullanılıyor.
- Sıçan, fare, zebra balığı, domuz ve primatlar gibi transgenik hayvanlar yaratmak için de uygun bulunan bu yöntem, 2014 ve 2015 yılları arasında yapılan çalışmalarda farelerde kas distrofisini ortadan kaldırmak, nadir görülen bir karaciğer hastalığını tedavi etmek ve insan hücrelerinin HIV’e karşı direnç kazanması için kullanıldı. Ayrıca transgenik domuzlardan nakil yaymaya uygun organ çıkartmak için pluripotent kök hücrelerle birlikte ele alınıyor. Bu çalışmaların ana hedefi, nakil için sıra bekleyen hastalara organ sağlamak ve organ nakillerinde sıklıkla karşılaşılan reddetme sorununu ortadan kaldırmak.
- Teknoloji ayrıca böceklerin genetik yapılarının değiştirilmesinde kullanılıyor. Bu şekilde sıtmaya neden olan sivrisineklerin, Lyme hastalığına yol açan kenelerin hastalık taşımaları engellenmeye çalışılıyor.
Etik ve güvenlik sorunları
2015’te bir grup Çinli bilim insanı, ilk kez insan embriyosu üzerinde CRISPR-Cas9 tekniğini uyguladığını duyurdu. Bu gelişmenin, maliyetlerin düşmesiyle birlikte değerlendirildiğinde, bazı biyo-etik tartışmalara yol açması kaçınılmazdı. Bu bağlamda tartışmalar iki temel noktada yoğunlaşıyor:
1- Teknoloji felsefi bir ikilem doğuruyor. İkilemin odağında CRISPR-Cas’ın yumurta ve sperm hücreleri gibi genetik materyal taşıyan hücrelere ne ölçüde müdahale edilebileceği yatıyor. Teknolojinin tasarım bebek yaratma aşamasına gelebilmesi için daha çok uzun bir zamana ihtiyaç duyulsa da, kamuda bu konu tartışılmaya başlandı bile. Bu kaygı o kadar büyük ki bu teknolojinin yaratılmasında öncülük edenler bile genetik materyal taşıyan hücreler üzerinde bu yöntemin uygulanmasına sınır getirilmesini gerekli görüyor.
2- İkinci sorun güvenlik ile ilgili. Bu bağlamda ana sorunlardan biri teknolojinin daha emekleme aşamasında olması ve genomla ilgili bilgilerin kısıtlı olması. Bilim insanlarının çoğu tekniğin hassasiyetinin artırılması için daha çok çalışılması ve genomun bir parçası üzerinde yapılacak değişikliğin, beklenmedik sonuçlar doğuracak başka bir yerde değişikliklere yol açmamasının garanti altına alınması gerektiğini düşünüyor. Bu sorun insan sağlığı ile ilgili alanlarda özellikle önem kazanıyor. Güvenlik ile ilgili bir diğer sorun da, bitki veya böcek gibi organizmalarda yapılmış olan değişiklikler, doğal ortamda dikkati çekmeyeceğinden, bu GDO’lu organizmalar doğaya salındığında biyo-çeşitliliğe tehdit oluşturması.
Teknoloji kısıtlanabilir mi?
Teknolojinin gelecekte nasıl bir yol tutturması gerektiğini belirleyecek olan yetkililer, ne tür kısıtlamalar getirmeleri gerektiğini tartışıyor. Nisan 2015 tarihinde Amerikan Ulusal Sağlık Enstitüsü bir duyuru yayımlayarak insan embriyosu üzerinde CRISPR gibi genom düzenleyici teknikleri araştıranlara destek sağlamayacağını duyurdu. Bu arada İngiltere’nin İnsan Üreme ve Embriyoloji Dairesi bu teknolojinin 14 günlükten küçük insan-hayvan hibrit embriyoları üzerinde denenebileceğini duyurdu. Bu alanda çalışma yapmak isteyen bilim insanları önce bu kuruldan izin almak zorunda. Diğer İngiliz yetkilileri CRISPR ve diğer genom düzenleme araçlarının pre-klinik araştırmalarda kullanılabileceğini belirtiyor.
Nasıl keşfedildi?
1987 yılında Japonya’daki Osaka Üniversitesi’nden bir grup bilim insanı Escherichia coli adı verilen bir bağırsak mikrobuna ait gende tuhaf bir DNA dizilimi fark etti. Bilim insanları bu kalıbın çok sayıda farklı mikrop türlerinde de bulunduğunu keşfettiler. Bu yapı o kadar yaygındı ki bilim insanları buna bir isim verme ihtiyacı hissetti: Clustered Regularly Inter-spaced Short Palindromic Repeats veya CRISPR.
2002 yılında Utrecht Üniversitesi’nden Rudd Jansen’in başı çektiği Hollandalı bilim insanları CRISPR dizilimine başka bir takım dizilimin daha eşlik ettiğini fark ettiler. Bu ikinci dizilim grubuna CRISPR-associated genes’in kısaltılmışı olan “Cas genleri” adı verildi. Cas genlerinin DNA’yı kesen enzimleri kodladığı görüldü.
2007 yılında Danimarkalı gıda üreticisi Danisco’nun ARGE bölümündeki bilim insanları yürüttükleri bir deneyde bakterilerin virüslerle mücadelesinde “ara DNA dizlimlerinden” yararlandıklarını ortaya çıkarttı.
2008 yılında Maryland, Bethesda’daki Ulusal Biyoteknoloji Bilgi Merkezi’nden Eugene Koonin ve meslektaşları ilk kez CRISPR-Cas9 mekanizmasının nasıl çalıştığını çözdü.
Dört yıl sonra 2012’de M.I.T’den Jennifer Doudna ve Emmanuelle Charpentier’in önderliğinde küçük bir bilim ekibi yazdıkları bir makalede, doğal halinde bir CRISPR-Cas9 sisteminin test tüpü içerisinde herhangi bir DNA ipliğini kesmesi için nasıl bir sürece tabi tutulması gerektiğini açıkladılar MIT-Harvard Broad Enstitüsü’nden Feng Zhang, Harvard Tıp Fakültesi’nden George Church ve Jennifer Doudna’nın makaleleri de uygulama aşamasında karşılaşılan bazı sorunlara çözüm getirdi..
CRISPR-Cas9’un önceki tekniklere göre üstünlüğü
CRISPR-Cas9, bakterilerin zararlı virüslerin DNA’larını tanımak ve düzenlemek için kullandığı teknikten esinlenerek geliştirilmiş bir genetik mühendisliği tekniği. Bu tekniğinin iki temel unsuru var:
Cas9: Çift DNA ipliğini çok hassas bir şekilde kesebilen veya gen ifadesini engelleyen bir enzim
CRISPR: Kimyasal haberci RNA’nın kısa ipliği
CRISPR, Cas9 enziminin genom üzerindeki kesilecek noktaya bağlanmasına yardımcı olur. Bu teknikten yararlanan bilim insanları ya genin bir parçasını kesip çıkartarak işlevini kesintiye uğratır, ya da genoma yeni bir dizilim ekleyerek yeni bir işlevi devreye sokar.
CRISPR-Cas9’ın bundan önceki genetik mühendisliği tekniklerinden başlıca farkı, her seferinde birden fazla genin eklenmesine veya çıkartılmasına izin vermesidir. Bu şekilde hücre hattında, bitkide veya hayvanda çok sayıda farklı gene müdahale etme olasılığı ortaya çıkar; birkaç yıl sürebilecek olan süreç birkaç haftaya iner. Ayrıca bu teknik yalnızca spesifik bir türe özgü değildir; daha önce genetik mühendisliğine dirençli olan organizmalara da uygulanabilir.
Patent sorunları
Yetkililer CRISPR-Cas9 uygulamasına ne tür kısıtlar getireceklerini tartışadursunlar, teknoloji ciddi bir patent tartışmasına neden oldu. Bu konudaki ilk patent Mart 2007’de DuPont tarafından alındı (WO/2007/025097). Bu patentin kapsamına zararlı mikroplara dirençli gıda, hayvan yemi, kozmetik, kişisel bakım ürünleri ve hayvan bakım ürünleri imalatı giriyordu. Bu tarihten sonra yeni kurulan üç biyoteknoloji şirketi ve yarım düzineye yakın üniversite patent aldı. Bu arada ABD’de önemli ve birbirine iki rakip kuruluştan patent başvurusu yapıldı. Biri 25 Mayıs 2015’te Kaliforniya Üniversitesi’nden Jennifer Doudna’nın önderliğindeki çalışma, diğeri ise MIT_Harvard Broad Enstitüsü’nden 12 Aralık 2012’de Feng Zhang’ın önderliğindeki çalışmaydı. Bu çalışmaya 15 Nisan 2014’te patent verildi (US Patent No. 8.697.359). Ancak Kaliforniya ve Viyana Üniversiteleri bu patent için Amerikan Patent Dairesi’ne itiraz ettiler. Bu patent mücadelesinin birkaç yıldan önce sonuçlanmayacağı belirtiliyor.
Derleyen: Reyhan Oksay
Kaynaklar:
http://theweek.com/articles/599237/genetic-breakthrough-that-could-change-humanity-explained
http://www.whatisbiotechnology.org/science/crispr
https://www.horizondiscovery.com/gene-editing/crispr
