Gen makası CRISPR’ın gizemleri…
CRISPR-Cas9, son yıllarda yaygın bir biçimde tüm dünyada kullanılmaya başlanan genlere müdahale sistemi. Bu yeni sistem sayesinde, canlıların genetik materyali daha hızlı ve kolay değiştirilebiliyor.
CRISPR aslında bakterilerin virüslere karşı geliştirdikleri bir tür savunma mekanizması, bakterilerin kazanılmış bağışıklık sisteminin bir parçası. Peki canlılar onu kendilerine zarar vermeden nasıl kullanabiliyor? Bu sistemle başka ne yapıyor olabilirler?
Heidi Ledford (Dr., popüler bilim yazarı) / Çeviren: Nazlı Akıllı (Bilkent Ünv. Moleküler Biyoloji ve Genetik Böl.)
Orijinal başlığı “Five big mysteries about CRISPR’s origins” olan makale, Nature dergisinin 19 Ocak 2017 tarihli sayısında (Sayı:541, ss.280-282) yayımlandı. Anabaşlığı değiştirdik, spot yerleştirdik.
Francisco Mojica CRISPR’ı fark eden ilk insan değildi, ama büyük ihtimalle ondan etkilenen ilk insandı. Mojica, 1992’de, biyoteknoloji devriminde müthiş bir hızlanmayı sağlayacak olan bakteriyel bağışıklık sistemiyle ilk karşılaştığı anı hatırlıyor. Tuzcul bir bakteri olan Haloferax mediterranei’ye ait gen sekansını incelemekteydi ve her biri 30 baz uzunluğunda 14 sıra dışı DNA sekansı (e. n. dizisi) fark etti. Dizilimleri sağdan sola ve soldan sağa neredeyse aynıydı, böyle dizilere palindromik diziler denir, ve her 35 bazda bir tekrar ediyorlardı. Kısa bir süre içerisinde bunlardan daha fazlasını fark etti. Mojica, bu durum karşısında büyülendi ve bu tekrarlayan dizileri, İspanya’daki Alicante Üniversitesi’ndeki araştırmalarının merkezine koydu. Bu alışılmış bir karar değildi. Laboratuvarı yıllarca ödenek bulamadı. Toplantılar sırasında, finans sağlayabilecek insanları bulup onlara garip tekrar dizileri hakkında ne düşündüklerini soran Mojica, “Tekrarlayan dizileri o kadar da umursama” şeklinde uyarılar aldığını anlatıyor;
“Çoğu organizmanın genomunda pek çok tekrar dizileri var, bunu yıllardır biliyoruz. Ama hâlâ bu dizilerin ne kadarının işlevsel olduğunu bilmiyoruz. ”
Fakat bugün CRISPR (clustered, regularly interspaced, short palindromic repeats) olarak adlandırılan , kümelenmiş, düzenli aralıklara sahip, kısa palindromik diziler hakkında çok daha fazla bilgiye sahibiz. Bu diziler aslında, bakterilerin virüslere karşı geliştirdiği CRISPR-Cas adı verilen bağışlık mekanizmasında rol oynuyor. Biyomedikal alanda bu sistem genlere müdahale için kullanılabildiğinden, pek çok biliminsanı tarafından neredeyse kutsanıyor; fakat Mojica ve diğer mikrobiyologlar, hâlâ CRISPR hakkında çok temel sorulara yanıt bulabilmiş değiller. Bu sistem nasıl evrimleşti ve bakteriyel evrimi nasıl şekillendirdi? Neden bazı mikroplar bunu kullanırken, bazıları kullanmıyor? Hâlâ fark edemediğimiz başka rolleri var mı?
Berkeley Kaliforniya Üniversitesi’nden, CRISPR-Cas sisteminin genlere müdahale için kullanılabileceğini gösteren biyologlardan Jennifer Doudna, bu sistemin keşfiyle ilgili görüşlerini şöyle aktarıyor: “CRISPR sistemi, medyaya yeni bir teknoloji olarak yansıdı ve bunun için çok haklı sebepler var. Gerçekten de çok büyük etkilerini görüyoruz ve bize birçok yeni imkân sağlıyor. Aynı zamanda, ortada hâlâ yapılması gereken pek çok ilginç temel biyoloji araştırması var. ”
Nereden geldi?
CRISPR-Cas gibi bir sistemin biyolojik avantajları ortada. Prokaryotlar, yani bakteriler ve daha az bilinen, çoğunlukla uç koşullarda yaşayan diğer tekhücreli canlılar olan arkeler, sürekli olarak genetik istilacılara maruz kalır. Yeryüzündeki virüslerin sayısı, prokaryotların on katı kadardır ve dünyadaki bakterilerin yarısının her iki günde bir virüsler tarafından öldürüldüğü düşünülmektedir. Öte yandan prokaryotlar da, plazmit (e.n. küçük halkasal DNA molekülleri) denilen genetik materyallerini kendi aralarında değiştokuş edebilmektedir. Bu plazmitler parazitik olabilir ve bir hücreyi enfekte ettiklerinde, eğer konakçı hücre, plazmiti bünyesinden atmak için savunma mekanizmalarını devreye sokarsa, onu kendini öldürmeye zorlayabilirler. Öyle ki, hiçbir yer tamamen güvenli değil, karadan denize, dünyanın en sakin yerlerinden yaşanması en zor kısımlarına kadar her yerde genetik istilacılar bulunuyor.
Prokaryot canlılar, bu istilacılara karşı savaşmak için çeşitli silahlar üreterek evrimleşti. Örneğin, DNA’yı belirli noktalardan veya bu noktaların yakınlarından kesen restriksiyon (e.n. kısıtlama) enzimleri. Fakat bu savunma mekanizması kısıtlıdır. Restriksiyon enzimleri belirli dizileri tanımaya programlıdır ve mikroplar bu mekanizmayla, ancak o belirli genin bir kopyasını taşıyorlarsa korunabilir. Öte yandan, CRISPR-Cas daha dinamiktir. Tıpkı insan antikorlarının, enfeksiyona karşı uzun süreli bağışıklık sağlaması gibi, yeni, özel genetik istilacılara adapte olur ve onlara karşı hafıza geliştirirler. Hollanda’daki Wageningen Üniversitesi’nden mikrobiyolog John van der Oost şöyle söylüyor: “Bu hipotezi ilk duyduğumuzda, çok basit canlılar olan prokaryotlar için fazla karmaşık olduğunu düşündük. ”
Mojica ve diğerleri, CRISPR’ın palindromik dizilerinin arasındaki parçaların, bazen virüs genomundaki dizilerle eşleştiğini fark ettiklerinde, CRISPR-Cas sisteminin işleviyle ilgili bir çıkarımda bulunabildiler. Sonrasında araştırmacılar, CRISPR bağlantılı proteinlerin (Cas) bu ara parçaları, bakteriler ve arkeler belirli virüslere veya plazmitlere maruz kaldıklarında, genoma eklediklerini buldu. Genoma sonradan eklenen ara parçalardan üretilen RNA’lar, diğer Cas proteinlerini, işgalci ve kendi dizileriyle eşleşmekte olan DNA veya RNA’ları parçalamak üzere yönlendirmekle görevli.
Peki bakteriler ve arkeler, bu kadar karmaşık bir bağışıklık sistemini nasıl geliştirdi? Bu soru hâlâ cevaplanamamış olmakla beraber, başta gelen teori CRISPR sisteminin, “zıplayan genler” olarak da bilinen ve genom içerisinde yer değiştirebilen transpozonlardan türediğini öne sürüyor. Bethesda, Maryland’daki Amerika Ulusal Sağlık Enstitüsü’nden evrimsel biyolog Eugene Koonin ve meslektaşları, genoma ara diziler eklenmesinde rol alan Cas1 proteinini kodlayan, mobil bir genetik element buldular ve “kaspozon (casposon)” olarak adlandırdıkları bu sekansların, CRISPR-Cas sisteminin kökeni olabileceğini düşünüyor. Artık araştırmacılar bu sekansların nasıl yer değiştirebildiğini anlamaya çalışıyor. Bunu anlamak CRISPR-Cas sistemini nasıl oluşturduklarını da öğrenebilmemizi sağlayabilir.
Devamı okumak için lütfen tıklayın…
E-Dergi
E-Abonelik
Bilim ve Gelecek: "Gen makası CRISPR’ın gizemleri"
https://bilimvegelecek.com.tr/crisprin-gizemleri/
Genetik Haberleri
-
Araştırmacılar kediler, yunuslar, kuşlar ve düzinelerce başka hayvanın genom haritasını çıkarıyor
-
Kolombiya'da nadir görülen bir kuş türünde "gynandromorphy" gözlemlendi
-
Kurumaya dayanıklı bitkiler için genom veritabanı yayınlandı
-
En son DNA barkodlama teknolojisiyle İsrail'in tatlı su balık türleri listesinin yeniden gözden geçirilmesi
-
İnsanların Daha Önce Bilinmeyen Bir Dokunma Duyusu Keşfedildi
-
Bilim İnsanları Tüm İnsan Genomunun Dizilimini Çıkardı. Ancak Henüz Bitmedi
-
İlk Defa Tazmanya Kaplanından RNA Elde Edildi
-
Neandertal DNA’nız, Sizi Acıya Karşı Daha Hassas Yapıyor Olabilir
-
Epigenetik ve Epigenetik Mekanizmalar
-
İlk taslaktan 20 yıl sonra insan Y kromozomu tamamen dizilendi.
-
Kim Bu Kimerizm? Tek Bedende İki Kişi
-
Gen terapi, genetik materyalin yeniden düzenlenmesi
-
mRNA Aşıları: Genetik İnovasyonunun Yeni Yüzü ve Sağlıkta Devrimi
-
Genetik Dizilimi Yapılan En Eski Modern İnsanın Yüzünü Görün
-
Neandertal ve Denisovalı Genleri Farelere Aktarıldı