CRISPR sisteminin DNA dizisinin değiştirilmesinde kullanılabilmesi, potansiyel olarak kanserden AIDS’e, PKU’dan Akdeniz anemisine, çeşitli enzim bozukluklarına sebep olan genetik temelli her hastalığa çare olabilecek bir yöntem olması bilim dünyasında bir devrim olarak nitelendiriliyor.
Evrim Ağacı sayesinde tanıdığımız, ODTÜ Moleküler Biyoloji ve Genetik Bölümü mezunu Onur Özer, CRISPR’ın sunduğu büyük potansiyelden, bu sistemin neden ilgi çektiğine ve sisteme dair oluşan kaygılara… Merak ettiğimiz birçok soruya yanıt verdi.
CRISPR (Clustered Regularly InterSpaced Palindromic Repeats) nedir?
Bu sistemin Türkçede genelgeçer bir karşılığı yok. Şimdilik ben “düzenli aralıklarla bölünmüş palindromik tekrar kümeleri” şeklinde çevirmeyi uygun buluyorum. Buradaki tekrar kümelerinden kastedilen, DNA’da yaklaşık 35 baz çifti uzunluğunda bir dizinin belirli aralıklarla 4-5 sefer tekrar etmesidir. Bu tekrar kümeleri ilk olarak 1987 yılında meşhur E.coli bakterisinde bulundu. Ancak o zamanki bilgi birikimi ile bu sistemi yorumlayabilmek mümkün değildi. 1990’larda genom dizileme teknolojilerinin gelişmesi ile bahsi geçen tekrarların başka birçok bakteri ve arkede ortaya çıkması bilim insanlarını bu konuda çalışmaya yönlendirdi. 2002 yılında Hollanda’lı bilim insanları terminolojiyi oturtmak adına CRISPR ismini önerdiler. Bununla birlikte sürekli bu tekrarlarla birlikte bulunan genlere de “CRISPR ile ilişkili genler” anlamına gelen Cas genleri adı verildi.
2005 yılı ise tabiri caizse ipin ucunun koptuğu yıl oldu. 3 farklı araştırma ekibi oldukça ilginç bir durum gözlemişti. CRISPR kümelerinde bulunan tekrarların arasında kalan DNA dizileri, o canlıyı enfekte eden bazı virüslerin DNA’sının bir kısmı ile birbir aynıydı. Ayrıca bir virüs DNA’sı ile aynı diziye sahip olmak, o virüse karşı bir direnç veriyordu. İşte bu noktada, CRISPR sisteminin bir savunma görevi görebileceği hipotezi ortaya atıldı. Günümüzde bu hipotez oldukça geniş bir deneysel veri ile desteklendi ve CRISPR/Cas sisteminin moleküler detayları yavaş yavaş açığa çıkarıldı.
Kısaca sistemin işleyişini özetleyebilir misiniz?
Bir virüsün hücreyi enfekte etmesi ve DNA’sını hücrenin içine bırakması ile hücrenin savunma sistemleri devreye girer. Cas1 ve Cas2 proteinleri virüsün DNA’sına yapışarak ondan yaklaşık 30 baz-çifti uzunluğunda bir kısmı keser. Kesilen bu 30 baz-çifti uzunluğundaki DNA parçası tekrar kümelerinin bulunduğu bölgeye getirilir ve tekrarların arasına yerleştirilir. Ardından bu yeni DNA parçası RNA’ya çevrilir ve çeşitli Cas proteinlerine bağlanarak ribonükleoprotein (RNP) kompleksi denilen bir molekül oluştururlar. Hücrenin tekrar aynı virüs tarafından saldırıya uğraması durumunda RNP kompleksi, virüsün DNA’sı ile aynı diziye sahip olduğu için virüsü tanır ve çeşitli reaksiyonları tetikleyerek virüs DNA’sının parçalanmasını sağlar.
CRISPR yalnızca bu bağışıklık özelliği sebebiyle bile heyecan verici bir sistemken bilim insanları CRISPR’ın gen anlatımını düzenlemek, bakterilerinin birbirleri ile iletişimini sağlamak vs gibi birçok farklı işlevi de gerçekleştirdiğini düşünüyorlar. Bizim hayatımızı daha derinden etkileyen ve CRISPR’ın bu kadar popüler olmasını sağlayan ise sistemin DNA dizisinin değiştirilmesinde kullanılabilmesi. 2012 yılında Jennifer Doudna öncülüğündeki ekip, bakterilerde bulunan ve Tip-2 olarak adlandırılan CRISPR sistemini kullanarak herhangi bir canlının DNA’sını kolaylıkla kesebilecek ve düzenleyebilecek bir yöntem geliştirdiler. Aslında yöntemin mantığı oldukça basit. CRISPR sisteminin özelliği belirli bir DNA dizisi üzerinde çalışmasıdır. Bu da demektir ki herhangi bir DNA’yı yüksek hassaslıkta ve doğrulukta kesebilmemiz için bize gereken tek şey o DNA’nın dizisi, yani bazların sıralanışı ve hücre içinde RNP oluşturabilecek, aktif bir Cas9 proteini. DNA’nın baz dizisine karşılık gelen bir RNA oluşturuyoruz, bu RNA’yı Cas9 proteini ile birleştirerek RNP kompleksi oluşturuyoruz ve hücrenin içine salıyoruz. Bundan sonra tek yapmamız gereken oluşturduğumuz RNP kompleksinin gidip DNA’yı bizim belirlediğimiz yerden kesmesini beklemek.
Bu gen düzenleme yöntemlerinin ortaya çıkışı yeni olmasa gerek… CRISPR’ın bu kadar ilgi çekmesinin sebebi ne?
Şu ana kadar bilinen yöntemlerden çok daha ucuz, hızlı ve kolay uygulanabilir olması. Üstelik en az diğerleri kadar da etkili. CRISPR ile bilim insanları şimdiye kadar insan embriyoları dahil birçok canlının DNA’sını değiştirmeyi başardı. Üstelik yaklaşık 50 Lira’lık bir masrafla! 2013 yılında Science dergisi CRISPR gen düzenleme tekniğini yılın en önemli bilimsel ilerlemeleri arasında sayarken farklı mecralarda bir çok bilim insanı yöntemin yarattığı devrim niteliğindeki etkiyi dile getiriyor. Fakat CRISPR’ın sunduğu büyük potansiyele rağmen her gün daha da artan sayıda bilim insanı teknik ve etik sorunlara dikkat çekiyor. California Üniversitesi’nden Bo Huang’ın uyardığı gibi “İşe yaradığı sürece nasıl çalıştığını anlamamız çok da önemli değil” gibi bir mantık hüküm sürüyor bilimciler arasında. Birçok bilim insanı tekniği canlılar üzerinde denerken, CRISPR’ın optimizasyonuna yönelik çalışmaların geride kaldığı ve sistemin henüz ortaya çıkarılamamış ayrıntılarının bulunduğu göz ardı ediliyor.
İnsan üzerindeki tedaviler söz konusu olduğunda CRISPR’ın aşması gereken engelleri nasıl sıralardınız?
Öncelikle yetişkin fareler üzerindeki ilk çalışmalar birçok teknik aksaklığın atlatılmasından sonra hedeflenen hücrelerin yalnızca binde dördünün DNA’sının düzeltilebildiğini gösterdi. Bu birçok hastalığın tedavisi için oldukça yetersiz bir sayı. İnsan embriyoları üzerindeki çalışmalar ise çok daha tartışmalı. Teknik olarak CRISPR’ın genom üzerinde hedeflediğimiz genden başka bölgeleri de kesme olasılığı oldukça yüksek. Veya her insanda iki kopya halide bulunan genlerin birini değiştirip diğerini değiştirmemesi de yine önemli sorunlar oluşturabilir. Tüm bu teknik sorunların üstesinden gelinebilse bile uygulamanın etik tartışmaları kolay kolay dinecek gibi değil. Çünkü bir embriyonun DNA dizisinin değiştirilmesi demek o canlının soy hattının da değiştirilmesi demek. Henüz genomun nasıl çalıştığını bile tam anlamıyla çözememişken genleri değiştirmek öngöremeyeceğimiz sonuçlar yaratabilir ve bu sonuçlar yalnızca o insanı değil, çocuklarını ve torunlarını da etkileyebilir.
Vahşi doğada oluşabilecek değişimler de kaygı nedeni olabilir mi?
Evet, CRISPR ile birlikte kullanılan yeni yöntemler sayesinde bilim insanları değiştirilmiş bir genin popülasyon içerisinde oldukça hızlı biçimde yayılmasının önünü açmış görünüyor. Bu durum istilacı türlerin veya hastalık taşıyan sinek veya parazitlerin yok edilmesi gibi uygulamaları oldukça kolaylaştırıyor. Fakat yine bir kısım bilim insanı genetiği değiştirilmiş canlıların doğaya salınmasının belki de insan embriyosunun değiştirilmesinden bile büyük ve ciddi etkileri olabileceğini öne sürüyor. Çünkü insan embriyosundaki değişim yalnızca o kişinin soy hattını etkilerken ekosistem düzeyindeki değişim zincirleme etkiler ile öngörmesi çok zor ve bir çok canlı popülasyonunu etkileyen sonuçları önümüze getirebilir. Özellikle doğanın siyasi sınırlar ile kısıtlanmadığı düşünüldüğünde etkilerin uluslararası boyutlarda sorunlara yol açmaması için oldukça detaylı düzenlemeler yapılması gerektiği açık.
GDO olarak bilinen genetiği değiştirilmiş organizmalar da CRISPR tekniği ile mi üretiliyor?
Çok daha kolay üretilebilir haldeler, evet. Hali hazırda GDO gıdaların takip edilmesi ve tüketiminin düzenlenmesi önemli bir sorunken bu konuda daha ciddi önlemlerin gerekliliği kendini gösteriyor. Fakat duruma deneysel açıdan yaklaşan bilim insanları da var. Örneğin bitkilerin birçok ilacın hammaddesini sağladığını düşünürsek, bu hammaddelerin daha fazla üretilmesini sağlayacak genetik değişimler ucuz ilaç üretiminin önünü açabilir.
Peki,Türkiye bu hızla yükselen alanın neresinde duruyor?
Elbette ülkemizde gelişmeleri yakından takip eden ve uygulayan bilim insanları var. Fakat bildiğim kadarıyla gerek bağışıklık sisteminin ayrıntılarını ortaya çıkarma amaçlı olsun gerek gen düzenleme teknolojisini geliştirme amaçlı olsun CRISPR üzerinde araştırma yapan bir bilim insanı henüz yok. Genelde olduğu gibi CRISPR konusunda da teknolojiyi üretmiyoruz fakat onu satın alıp kullanıyoruz. Türkiye'de bilimsel projeler maalesef kısa dönemde getireceği faydaya göre değerlendiriliyor, sürekli "Bu ne işe yarayacak?" sorusu öne sürülüyor. Bu aslında bilimsel gelişmeye yönelik değil fakat ürün ve kâr elde etmeye yönelik bir bakış açısının sonucu. Dolayısıyla özellikle sağlık ve biyoteknoloji sektöründeki çalışmalar iyi kaynaklar bulabilse de genel anlamda temel bilim çalışmalarına verilmesi gereken önem şu ankinden kat kat fazla. Yine de genç bilim insanlarının bu sıcak konuların heyecanı ile yetiştiği ve çalışmaya başladığı düşünülürse ümidi elden bırakmaya gerek yok.