Çok yakın zamana kadar, kuraklığa dayanıklı bir mısır bitkisi oluşturmak istiyorsanız, seçenekleriniz son derece sınırlıydı. Seçici üremeyi tercih edebilir, olumlu bir değişikliğe neden olma umuduyla radyasyonlu tohumları bombalamayı deneyebilir veya başka bir organizmadan tamamen bir DNA parçacığı eklemeyi seçebilirsiniz.
Ancak bu yaklaşımlar uzun soluklu, kesin veya pahalıydı – ve bazen aynı anda üçü de söz konusuydu. CRISPR girişimi. Üretmek için kesin ve ucuz olan bu küçük molekül, organizmaların DNA’sını belirli genlere doğru düzenlemek için programlanabilir.
Ucuz, nispeten kolay gen kurgusunun geliştirilmesi, yeni bilimsel olanaklara sahip bir smorgasbord açtı. ABD’de, CRISPR tarafından düzenlenen uzun ömürlü mantarlar , yetkililer tarafından zaten onaylanmış olup, başka bir yerde araştırmacılar baharatlı domates ve şeftali aromalı çilekler oluşturma fikriyle oynuyorlar.
Ancak oyun değiştiren teknoloji, insan sağlığı konusunda en büyük etkiye sahip olabilir. Hemofili ve orak hücreli anemi gibi genetik hastalıklara neden olan sıkıntılı mutasyonları düzeltebilirsek, bunlara tamamen bir son verebiliriz. İnsan genini düzenlemenin yolu, tartışmalar ve sert etik ikilemlerle doludur, ancak 2018 yılının sonlarındaki haberi – tüm etik rehberliklere karşı – bir Çinli bilim adamı gizlice ilk gen-düzenlenmiş bebekleri yarattı.
Gen-kurgu devrimini yönlendiren karmaşık ve bazen tartışmalı teknoloji hakkında bilmeniz gereken her şey bu yazıda mevcut.
Makale kapsamındaki içerikler
CRISPR nedir?
CRISPR, bazı bakteri türlerinin kendilerini viral istilacılara karşı savunmasının bir yolu olarak gelişti. Ne zaman yeni bir virüsle karşılaşsalar, bakteriler o virüsün genomundan DNA parçacıklarını yakalar ve kendi DNA’sında depolamak için bir kopya oluştururlar. St Andrews Üniversitesi’nden bir biyolog olan Malcolm White, “maruz kaldıkları bir dizi diziyi topluyorlar” diyor, “bu [bakteriler] aslında genomlarında küçük bir kütüphane taşıyorlar.”
Kütüphane analojisine sadık kalmak için, bu viral DNA parçacıkları küçük kitaplara benziyordu – her biri bakterinin bir sonraki işgalinde bir virüsü tanımasını ve hızlı bir şekilde öldürmesini sağlayan verileri içeren verilerdi. Ve bu faydalı DNA parçaları arasında, bir tür moleküler bookend gibi, onları ayrı tutan tekrarlayan DNA’nın biraz daha az faydalı parçaları vardır.
DNA’nın bu yinelenen bölümleri, CRISPR’ye adını veren şeydir – Kümelenmiş Düzenli Olarak Aralıklı Kısa Palindromik Tekrarlama – ancak bu tekrarlar arasındaki bit, gerçekten de CRISPR’yi bu kadar faydalı yapan parçalardır. Bu faydalı bitler, biraz yararsızca, aralayıcılar olarak adlandırılır ve her biri, bakterilerin (veya atalarının) geçmişte karşılaştığı bir virüsün DNA’sına bir referans içerir. Daha önce görülmeyen bir virüs bakteriye saldırdığında, önceki saldırı kitaplığına başka bir boşluk ekler.
Aynı türden bir virüs tekrar saldırdığında, bu virüsün genomuna karşılık gelen aralayıcı harekete geçer. Bu yıl grip aşısı yaptırmış olsaydık, kendi bağışıklık sistemlerimizin grip virüsünü tanıma şekli gibi bir şey. Boşluk dizisi, DNA’dan (DNA’dan mesajlar içeren bir molekül) olan RNA’ya dönüştürülür ve karşılık gelen viral DNA parçasını avlar. Bulduktan sonra, RNA dizisine bağlı bir enzim, bir çift biyolojik makas görevi görür, hedef DNA’yı keser ve virüsü zararsız hale getirir.
CRISPR-Cas9 olarak adlandırılan bu sistemin yanı sıra sadece CRISPR’yi de duymuş olabilirsiniz. Bu durumda, Cas9 biti, hedef DNA’yı kesmek için kullanılan enzimi ifade eder. White, “[Cas9] ‘u bir DNA dizisini hedef almak ve çok spesifik olmak için çok kolay bir şekilde programlayabiliriz, böylece sırayla benzer olan hiçbir şeyi kesemez” dedi. Gen düzenlemede yer alan başka tür enzimler olabilir – örneğin Cas12 ve Cpf1 – ancak hepsi aynı temel şekilde çalışır.
O nasıl çalışır?
Tabii ki, tüm bunlar sadece bir bakteri iseniz kullanışlıdır. Öyleyse, bir anti-virüs savunma mekanizmasını nasıl istediğimizde insan genomlarını düzenleyebilecek bir şeye dönüştürüyoruz?
Bilim adamları, kendileri için moleküller oluşturmak için bakterilere güvenmek yerine, laboratuardaki CRISPR moleküllerinin kendi versiyonlarını nasıl oluşturacaklarını araştırdılar. Başlamak için, hedefledikleri DNA bölümünü incelemeleri gerekir. Tek bir gendeki bir hatanın neden olduğu bir orak hücre anemisi için, bu nispeten kolaydır, çünkü bu hastalığa neden olan geni zaten sıraladık ve bu nedenle hedeflemeye çalıştığımız genetik kodu tam olarak biliyoruz. .Muz ölüyor. Çok geç olmadan yarış yeniden keşfediliyor
Muz ölüyor. Çok geç olmadan yarış yeniden keşfediliyor
DNA’yı açma ve parçalama işine başlamadan önce, DNA’nın nasıl yapılandırıldığının temellerini ele almaya değer. Bilinen DNA çift sarmalının bir arada tutulması dört farklı azot bazıdır: adenin (A), timin (T), guanin (G) ve sitozin (C). Bu üslerin sıralaması, genetik olarak konuşacak olan hakkımızda her şeyi belirler. Göz rengi, ne kadar uzun olabileceğimizi, belirli hastalıklara duyarlı olup olmadığımızı, hepsi genetik kodumuzda baz çiftlerinde yazıyor.
Bir fermuardaki dişler gibi, bu tabanlar her zaman tamamlayıcı tabanlarıyla eşleşir. A her zaman T ile eşleşirken, G her zaman C ile eşleşir, insan genomunu oluşturan üç milyar baz çiftine ulaşana kadar tekrar tekrar tekrar.
Ancak DNA, çift sarmalda kilitli kalmaktan pek fayda görmez – bu bilgiyi orada ve vücudumuzdaki hemen hemen her şeyin yapı taşları olan proteinleri oluşturmak için kullanılabileceği hücreye sokması gerekir. Bunu yapmak için, DNA hücrede sallanana kadar baz çiftlerini parçalayarak kendisini açar.
Bu çırparak, anlık olarak eşlenmemiş baz çiftleri, kendi bazlarını içeren kısa RNA segmentleri ile eşleşir. RNA, DNA – G, C ve A – ile üç baz paylaşır – ancak T, U (uracil) ile değiştirilir. Benzer bir baz eşleştirme kuralları uygulanır, bu nedenle açık bir DNA G bazı bir RNA C baz ile eşleşir, bir DNA A bazı bir U ile eşleşir. Örneğin, GAC’in açık bir DNA sekansına sahipseniz, bir CUG’nin bir RNA dizisi.
Bilim adamları bu temel ilkeleri, yukarıda da belirttiğimiz gibi RNA’nın kısa uzantıları olan kendi CRISPR moleküllerini oluşturmak için kullanırlar. Yapmanız gereken tek şey, orak hücreli anemiye yol açan mutasyonu içeren bit gibi, ilginç görünümlü bir DNA dizisi açmak ve DNA doğrama enzimi eklenmiş olarak tamamlayıcı RNA dizisini oluşturmak. Bir fermuarın bir tarafı ile başlamak ve onu fermuarın içine düzgün bir şekilde uyan karşılık gelen ancak zıt tarafını oluşturmak için kullanmak gibi bir şey.
CRISPR moleküllerinizi elde ettikten sonra, hedef hücrenizi almak için onlara ihtiyaç duyarsınız. Neyse ki, virüsler başka hücrelere malzeme enjekte etmekten başka bir şey sevmez, bu nedenle CRISPR moleküllerini başka türlü iyi huylu virüslere sokmak, CRISPR’yi farelerin dahil olduğu çok sayıda çalışmada birlikte çalışılan hücrelere sokmanın özellikle yararlı bir yoludur.
Şimdi CRISPR-Cas9 gerçekten işe yarayabilir. Cas9 enzimi, DNA çift sarmalının parçalarını açarak başlarken, RNA molekülü, mükemmel bir eşleşme aramak için maruz kalan baz çiftleri boyunca yolunu koklar. Mükemmel bir eşleşme bulunduğunda, Cas9, kalan DNA bitlerini tamir etmeden önce zahmetli geni keser. Diğer enzimler, onları silmek yerine insert genleri ekleyebilirler, ancak çözme, tanıma ve düzenleme işleminin temel süreci farklı CRISPR molekülleri arasında aynı kalır.
CRISPR ne için kullanılır?
CRISPR, her zaman verimi ve daha sonra kar marjlarını artıracak hastalık ve hava koşullarına dayanıklı mahsulleri üretmenin bir yolunu arayan tarım endüstrisi için özellikle çekicidir. Ekim 2015’te ABD’deki Pennsylvania Eyalet Üniversitesi’ndeki bitki biyologları, ABD Tarım Bakanlığı (USDA) düzenleyicilerini, düzenlenmiş düğme mantarları ile normal mantarlardan çok daha yavaş kahverengileşmeleri için sundu.
Bir yıl sonra USDA, aynı mantarların genetiği değiştirilmiş gıdalar için kurumun düzenleyici sürecinden geçmek zorunda kalmadan ekileceğini ve satılacağını doğruladı. Şimdi, kahverengileşmeyen mantarlar en heyecan verici gıda maddesidir, ancak bu USDA oldukça büyük bir meseledir, çünkü CRISPR tarafından düzenlenen ürünlerin GDO’lu ürünlerde yer alan bazı çevresel tepkileri kaldırabileceğine işaret etmektedir.
Ve sadece CRISPR sevgisini alan mantarlar değil. Avustralya’da bir bilim adamı, CRISPR’yi, muzları dünyadaki meyve mahsulünü çürütmekle tehdit eden ölümcül bir mantarlara karşı dirençli hale getirmek için zaten kullandı , diğerleri ise doğal olarak kafeini alınmış kahve oluşturmak için teknolojiyi kullanmak ya da en sonunda mükemmel domatesleri üretmek için çalışıyor.
ZAMAN ÇIZELGESI: CRISPR NE ZAMAN KEŞFEDILDI?
2005 CRISPR’yi 1993’te karakterize ettikten sonra, İspanya’daki Alicante Üniversitesi’ndeki Francisco Mojica, DNA dizilerinin bakterinin adapte bağışıklık sisteminin bir parçası olduğunu öne süren ilk kişi oldu. 2007 Danimarkalı bir gıda araştırma şirketi olan Danisco’daki bilim adamları, CRISPR’ın bakteriyel bir bağışıklık sisteminin bir parçası olduğunu ve Cas9’un istilacı virüsü etkisiz hale getirdiğini deneysel olarak kanıtladılar. 2011Emmanuelle Charpentier’in İsveç’teki Umeå Üniversitesi’ndeki grubu, tracerRNA’nın Cas9’u hücresel hedefine yönlendirmesinde rolünü göstermektedir. 2012Berkeley, California Üniversitesi’nden Emmanuelle Charpentier ve Jennifer Doudna, farklı unsurları bir araya getirerek tek bir sentetik kılavuzda birleştirerek CRISPR sistemini basitleştiriyor
Her ne kadar tarım dünyası, CRISPR’ın en uzaktaki örneklerinden bazılarını eylem halinde sunsa da, insan sağlığı konusunda riskler çok daha yüksektir. CRISPR’ın orak hücreli anemi ve hemofili ile başa çıkmak için halihazırda devam eden hayvanlar üzerinde çalışmalar devam ediyor – CRISPR tedavisi için ümit vaat eden iki aday çünkü nispeten az sayıda mutasyon ile belirleniyorlar. Orak hücreli anemi durumunda, bu durum tek bir baz çiftinin sadece bir gendeki mutasyonundan kaynaklanır.
Bir duruma dahil olan genler ne kadar fazla olursa, CRISPR’ı potansiyel bir çözüm olarak kullanmak o kadar zorlaşır. “Sadece bir genin mutasyon geçirdiği pek çok insan hastalığı yok” diyor White. Örneğin bazı kanserler, farklı genlerdeki çoklu mutasyonlarla bağlantılıdır ve çoğu zaman genetik mutasyonlar ve kanser riski arasındaki bağlantı çok iyi anlaşılmamaktadır, bu nedenle – CRISPR’yi hatalı genleri düzeltmek için kullanabilsek bile – ki, Kanser için her türlü derde deva olur.
CRISPR neden tartışmalı?
Geçen yılın sonlarında, Shenzhen’deki Güney Bilim ve Teknoloji Üniversitesi’nden araştırmacı olan He Jiankui, dünyanın ilk CRISPR tarafından düzenlenen insanının sorumluluğunu üstlendiğinde bilim dünyasını şok etti. Babasının HIV pozitif ve anne HIV negatif olduğu çiftlerden embriyolar aldığı ve HIV’in hücrelere girmek için kullandığı bir protein kanalını kontrol eden geni düzenlemek için CRISPR kullandığı bildirildi.
Bir YouTube videosunda ayrıntılı olarak açıklanan, hakemli bir dergi olmayan deney – bilim adamları tarafından kınandı. Mason Üniversitesi Tıp, Yaşam Bilimleri ve Yasadışı Bilimler Enstitüsü Hukuk Direktörü Sarah Chan, “Bilimin henüz klinik uygulama için hazır olmadığı geniş çapta kabul edildi” diyor. “Belirsizlikleri gidermek ve riskleri anlamak ve denemek için daha fazlası yapılmalı.”
Çalışması net etik sınırları ihlal etse de, CRISPR konusunda büyük etik sıkıntılardan birini yükseltir. Sorun, yetişkin olduktan sonra genomunuzu değiştirmek için CRISPR’ı kullanmanın o kadar kolay olmaması – molekülleri her bir hedef hücreye tanıtmanın bir yolunu bulmanız gerekecek.
Bu belki de sadece kırmızı kan hücrelerinde DNA’yı değiştirmeniz gereken orak hücreli anemi gibi durumlar için sağlanabilir. Kemik iliğini düzenlemek için – kırmızı kan hücrelerinin üretildiği yerde – CRISPR kullanarak, nispeten küçük bir hücre yüzdesini hedefleyebilir ve hala durumu düzeltebilirsiniz.
Fakat bir insanın tüm genomunu değiştirmek istiyorsanız, DNA’larını küçük bir hücre kümesinden çok küçük olmaları durumunda düzenlemeniz gerekir. Bu, her türlü etik sorunlara yol açar. Genetik hastalıkları tanımlamayı ve kesmeyi neden bırakmıyoruz, örneğin, eğer bir embriyonun DNA’sını da ince ayarlayabilseydik, sonuçta ortaya çıkan bebeğin zeki veya iyi görünümlü olması daha muhtemeldi?
“Gelecekteki yaşam süresini veya zekayı veya Alzheimer hastalığı potansiyelini değiştirmek ya da orta yaşına geldiklerinde kelleşmek isteyip istemediğimiz” dedi. “Toplumlar istediklerimizi yerine getirmek zorunda kalacaklar – bu bilim insanlarına bağlı değil.”
Her ne kadar insan gen kurgusu en büyük etik sorunlardan bazılarını ortaya çıkarsa da, tarım söz konusu olduğunda işler çok net değil. Temmuz 1018’de, Avrupa Adalet Divanı, CRISPR tarafından düzenlenmiş ürünlerin , genetiği değiştirilmiş ürünlerin yetiştiriciliğini ve satışını sınırlayan mevcut düzenlemelerden muaf olmayacağını doğruladığında, gen düzenlemesi yapılan ürünlerin geleceğini kuşkuya attı.
Genetiği değiştirilmiş mahsuller – genellikle bir organizmadan diğerine bir gen sokularak – dünyanın diğer bölgelerinde popüler olmalarına rağmen, Avrupa’da uzun süre kalmıştır. GM yiyeceklerinin güvenli olduğu konusunda bilimsel bir fikir birliğine rağmen, ‘frankenfood’ uyarısı ve çevre gruplarından lobi yapmak GM bitkilerini insan tüketiminden uzak tutmaya yardımcı oldu.
Ancak CRISPR tarımsal savunucuları, yeni gen düzenleme teknolojisinin bu dengeyi düzeltmek için bir fırsat sağlayacağını umuyordu. ECJ kararı, AB’de yetiştirilen veya satılan CRISPR tarafından düzenlenmiş herhangi bir gıdanın, düzenlenmemiş ürünlerin (veya radyasyon mutasyonu gibi belirli teknikler kullanılarak yapılan ürünlerin) karşı karşıya kalmaması gereken katı güvenlik testlerinden geçmesi gerektiği anlamına gelir. Şimdilik, en azından, CRISPR’ın karşılaştığı en büyük engellerden biri bilim değil halkla ilişkiler.