2013 yılında, Feng Zhang ve arkadaşları tarafından Science dergisinde bir makale yayınlandı1. O zamanlar bilim dünyasında çığır açan bu makale, CRISPR/Cas adı verilen metodun ökaryotlardaki muhtemel uygulamaları üzerineydi. Bu sistemle, genleri kesebilir, istediğimiz parçaları ekleyebilir ve bu sayede birçok hastalığı tedavi edebilirdik.
Nedir bu dillerden düşmeyen CRISPR? Sokaktan geçen vatandaşlara sorsak, çoğunun duymuş olduğu, oldukça popüler bir konsept. Metodun bilim dünyasındaki etkisini, CRISPR yayınlarının 2013 ve sonrasındaki dramatik artışından da anlayabiliriz( Res-1).
Resim-1: Yıllara göre CRISPR yayınları2.
Biyolojide, devrim niteliğindeki çoğu buluşta olduğu gibi (bkz. RNAi), burada da yapılan şey, doğada zaten bulunan bir sistemi alıp bunu amacımıza göre tasarlayarak kullanmaktan ibaret.
CRISPR SİSTEMİNİN KÖKENİ: PROKARYOTLAR
CRISPR, “kümelenmiş düzenli aralıklı kısa palindromik tekrarlar” ın baş harflerine karşılık geliyor. Bakteriler ve arkelerin genomlarında bulunan bu tekrarlar, aslında kendilerini enfekte eden bakteriyofajların DNA parçaları. Bakteriler, bu parçalara bakarak, bir daha o virus saldırdığında, onu tanıyıp genetik materyalini yok ediyor3. Bir nevi fajlara karşı bağışıklık sistemi: Kaydet, Hazırlan, Saldır.
Moleküler Mekanizma: Doğada Nasıl Çalışıyor?
Cas, “CRISPR ilişkili diziler”in kısaltması. Hücrenin DNA’sında, bu operonlar, her birinin ayrı fonksiyonu olan cas proteinlerini üretiyor. Bakteri yeni bir fajla tanışınca, cas1-cas2 protein kompleksi, faj DNA’sının bir bölümünü bakteri kromozomuna entegre ediyor (Resim-2). Bakteri, çeşitli fajlardan topladığı bu parçaları(CRISPR dediğimiz sekanslar bunlar) kendi genomunda belli aralıklarla arka arkaya dizip, toplu bir şekilde transkribe ediyor. Bu transkript(pre-crRNA), daha sonra aynı şekilde küçük parçalar(crispr RNA’lar,crRNA) şeklinde işleniyor ve her crRNA, tracrRNA(trans aktivatör crispr RNA,Resim-2’de crRNA’lara bağlı tokalar şeklinde resmedilmiş) adlı başka bir tip RNA parçasıyla birleşip cas-9 proteini ile bir araya geliyor. Buradan sonra hücre, faj DNA’sı için pusuya yatıyor diyebiliriz. Faj DNA’sı bakteriye girdiğinde, eğer crRNA-DNA eşleşmesi meydana gelirse, cas-9 faj DNA’sını yıkıyor (Resim-3). TracrRNA ise katalitik süreci kolaylaştırmaktan sorumlu. TracrRNA+crRNA’ ya ise gRNA(rehberRNA) deniyor. Bu sistem sayesinde bakteri,önceden karşıılaştığı bir fajın saldırısını savuşturabiliyor.
Peki bilim adamları bu süreçte neyi farketti? 4.aşamaya tekrar bakalım (Resim-3). Cas-9, crRNA’nın eşleşme yaptığı DNA’yı iki zincirden kesiyor. Eğer biz değiştirmek istediğimiz genin RNA’sını crRNA olarak cas-9’ la birlikte hücreye sunabilirsek, cas9-crRNA kompleksi hücrenin içinde o geni bulup kesebilir mi?
İşte bilim insanları da bunu sordu. Cevabı ikinci bölümde…
Kaynaklar ve İleri Okuma
[1] Cong L, Ran FA, Cox D, Lin S, Barretto R, Habib N, Hsu PD, Wu X, Jiang W, Marraffini LA, Zhang F. Multiplex genome engineering using CRISPR/Cas systems. Science. 2013 Feb 15;339(6121):819-23. doi: 10.1126/science.1231143. Epub 2013 Jan 3. PMID: 23287718; PMCID: PMC3795411. Arşiv linki için:
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/23287718/
[2] Harnessing the potential of gene editing technology using CRISPR in inflammatory bowel disease – Scientific Figure on ResearchGate. Available from: https://www.researchgate.net/figure/Number-of-CRISPR-publications-by-year_fig1_333091003 [accessed 10 Jan 2021]
[3] Barrangou,R. (2015). “The roles of CRISPR-Cas systems in adaptive immunity and beyond”. Current Opinion in Immunology. 32: 36–41. doi:10.1016/j.coi.2014.12.008. PMID 25574773.
[4] https://www.bio-rad.com/en-tr/applications-technologies/crispr-cas-gene-editing-teaching-resources?ID=Q58I0DWDLBV5 ‘den alındı.