Moleküler bir ninja gibi, genom düzenleme aracı CRISPR-Cas9, DNA'nın ultraspesifik bölümleri boyunca istenmeyen genetik kod bitlerini keser. Bilimsel araştırmalarda yaygın olarak kullanılan kesin ve umut verici bir genetik düzenleme metodudur. Ve bilim adamları, HIV, orak hücre hastalığı ve kanser gibi tıbbi sorunlara yol açan genleri seçici olarak kaldırmak için bir gün kullanılabileceğini umuyorlar.
Ne yazık ki, Nature Biotechnology dergisinde bugün (16 Temmuz) yayınlanan yeni bir çalışma, bu günün beklenenden daha fazla uzak olabileceğini ve CRISPR'ın hücresel kılıççılığının daha önce düşünüldüğünden çok daha fazla hasarla sonuçlanabileceğini gösteriyor.
Hem fare hem de insandan türetilmiş hücrelerde DNA'yı düzenlemek için CRISPR kullanırken, yazarlar, DNA'nın dev parçalarının istemsiz olarak silinmekte, yeniden düzenlendiğini ve başka şekilde mutasyona uğradıklarını bulmuşlardır ki, hücreler, vakaların yaklaşık yüzde 15'inde işlev kaybettiler.
Çalışma, İngiltere'deki Wellcome Sanger Enstitüsü'nde kıdemli bir grup lideri ve yönetmen yardımcısı olan çalışma yazarı Allan Bradley'in bugüne kadarki CRISPR manipülasyonunun neden olduğu potansiyel genetik hasarın en sistematik ve ciddi olarak hesaplanmasını sağlıyor. Ve sonuçların daha fazla araştırma yapılabilinene kadar teknolojinin klinik ortamlardaki kullanımını yeniden düşünmek için sebepler olabileceğini söyledi.
Bradley, WordsSideKick.com'a “CRISPR düşündüğümüz kadar güvenli değil” dedi. "DNA onarım süreci yüzde 100 kusursuz değildir ve daha fazla araştırılması gereken problemler olabilir."
DNA'yı görüntülediğinizde, muhtemelen bir çift sarmal düşünün - genetik bilginizi taşıyan bükülmüş, merdiven benzeri bir harf dizisi. Merdivenin her basamağı, bir baz çifti olarak bilinen iki bağlantılı nükleotitten (küçük organik moleküller) oluşur. Tam genomunuz, vücudunuzun her hücresinde bulunan 23 çift kromozom arasında bölünmüş yaklaşık 3 milyar bu baz çiftini içerir.
Bu baz çiftlerinin kesin sırası, benzersiz genetik kodunuzu oluşturur. Bu koddaki mutasyonlar, eğer bir baz çifti eksik veya baş aşağı ise, çeşitli genlerin işlevlerini yitirmesine neden olabilir, kimi zaman kistik fibroz, hemofili ve birçok kanser türü gibi genetik bozukluklara neden olabilir.
CRISPR, bu gibi ultraspesifik genetik kusurları ortadan kaldırmak için, Cas9 adı verilen neşter benzeri bir enzim ile hedeflenen DNA dizilerini keserek tasarlandı. Cas9, tayin edilen noktadan DNA'yı aldıktan sonra, DNA'nın bu segmenti kendini doğal olarak onarmaya başlar. Bu yöntem sayesinde, problem genleri hızla çıkarılabilir ve bazen DNA tekrar kendini kapamadan önce özel genetik diziler kırılma bölgesine eklenebilir.
Önceki CRISPR çalışmaları bu hassas dilimleme eyleminin neden olduğu pek çok öngörülemeyen genetik mutasyon göstermemiştir, ancak bu çalışmalar yeterince sert görünmeyebilirdi.
Bradley, "[CRISPR kaynaklı mutasyonların sonuçları], kelimenin tam anlamıyla milyonlarca baz çiftin kırılma bölgesinden uzakta olabilir." Dedi.
Yeni çalışmalarında, Bradley ve meslektaşları bir dizi fare türevi kök hücreyi düzenlemek için CRISPR'yi kullandılar, daha sonra sistematik olarak hücrelerin DNA baz çiftlerine baktıklarını, kesilen yerden uzaklaştıklarını ve uzaklaştıklarını gördüler. Bu titiz yaklaşımla araştırmacılar, incelenen hücrelerin kabaca yüzde 15'inin işlevlerini kaybettikleri kadar mutasyona uğradıklarını keşfettiler.
“En basit haliyle, bu mutasyonlar büyük miktarlarda DNA'nın silinmesidir,” diyen Bradley (bazı durumlarda, binlerce DNA baz çifti CRISPR tarafından manipüle edildikten sonra kayboldu). "Ama çok daha karmaşık sürümleri de var."
Örneğin, Bradley, ekibin genetik kod dizilerinin "karıştırıldığı" veya geri iplere sokulduğu vakaları tespit ettiğini söyledi. Bazı durumlarda, binlerce baz çiftin olması gereken uzun DNA dizileri, yanlışlıkla CRISPR kesim alanına dikilmiştir. Diğer durumlarda, kimi yerde milyonlarca baz çiftin bulunduğu kesilmiş alanın yakınında hiçbir yerde kod dizileri benzer şekilde mutasyona uğramışlardır.
Hücrenin DNA'sı boyunca birçok farklı yere baktıktan sonra ekip, hasar paterninin tekrarlanıp tekrarlanmadığını görmek için laboratuarda yetiştirilen insan kaynaklı kök hücreler de dahil olmak üzere diğer hücre tiplerine döndü. Gözlemleri tutarlı kalıyordu: CRISPR ile manipüle edilen hücrelerin yaklaşık yüzde 15'i kasıtsız olarak dramatik yollarla mutasyona uğramıştı.
Sonuç olarak, bu mutasyonların kesin sonuçları tahmin etmek zordur, çünkü farklı hücre tipleri DNA'larını onarmak için farklı işlemler kullanırlar.
Bradley, "DNA'ya rastlamak için rasgele bir onarım süreciniz olduğu için, milyarlarca farklı olaya baktığınızda potansiyel olarak her şeyin mümkün olduğunu düşünüyorum," dedi.
Peki, bu gelecek CRISPR araştırması için ne anlama geliyor? Bradley'e göre, bu çalışmanın bulguları, CRISPR-Cas9'u umut verici bir genetik araştırma aracı olarak görmezden gelmemeli, ancak gen düzenleyici aracı klinik bir ortamda kullanmayı düşünürken bilim adamlarını ihtiyatlı hale getirmelidir.
Ankette yer almayan Memorial Sloan Kettering Kanser Merkezi'nden bir araştırmacı olan Maria Jasin kabul etti. Jasin yaptığı açıklamada, "Bu çalışma, CRISPR-Cas9'un klinik olarak kullanılmasından önce daha fazla araştırma ve spesifik test yapılmasının gerekli olduğunu göstermektedir." Dedi.
Aslen Canlı Bilim'de yayınlandı.