CRISPR-Cas9, İlk Defa Bir Archaeal Türünü Değiştirmede...

CRISPR-Cas9, İlk Defa Bir Archaeal Türünü Değiştirmede Başarıyla Kullandı

Mikrobiyoloji Profesörü G. William Arends Illinois Üniversitesi'nden Bill Metcalf ve Doktora sonarsı araştırmacı Dipti Nayak'da tarafından yapılan yeni bir araştırmada:

Archaea'nın hayatının üçüncü alanındaki CRISPR-Cas9 aracılı genom düzenleme programını ilk defa kullandığını belgeledi. Ulusal Bilimler Akademisi Bildiriler Kitabında bildirilen çığır açan çalışma, küresel iklim değişikliği de dâhil olmak üzere araştırmalara etkileri ile bu organizmalarla ilgili gelecekte yapılacak çalışmaları hız kazandıracak bir potansiyele sahiptir. Metcalf ve Nayak ,Carl R. Woese Institute for Genomic Biology at Illinois üyeleri.

Navak: “Çoğu durumda model arkaeonumuzun, Methaneosarcina acetivorans, sekiz ila on saatlik bir ikiye katlama süresi vardır. E.coli’nin yaklaşık 30 dakikada ikiye katlanma süresi vardır. M. acetivorans, E. coli ile karşılaştırıldığında ise E. coli'de üç gün sürecek mutant alma işlemi M. acetivorans’da aylar sürebilir.” diye açıklıyor.

CRISPR-Cas9, bu işlemi çok basit bir düzeyde yapmamızı olanak tanır ve tüm süreci hızlandırır. Bu arkeon ile genetik araştırmalar yaparken önemli bir tıkanıklığı ortadan kaldırır.

Nayak: “Daha da fazlası; önceki tekniklerimizle, mutasyonların her seferinde bir adım ilerletilmesi gerekiyordu. Bu yeni teknolojiyi kullanarak ise aynı anda birden fazla mutasyon ortaya koyabiliriz. Mutant üretim sürecini CRISPR ile katlayarak ölçekleyebiliriz.”

CRISPR(Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats)(Kümelenmiş Düzenli Arasıra Kısa Palindromik Tekrarlar)'ın kısaltması, başlangıçta arkealarda ve bakterilerde bağışıklık savunma sistemi olarak başladı. Yabancı DNA'nın kısa parçalarını tanımlayarak ve saklayarak, Cas (CRISPR-ilişkili sistem) proteinleri, ileride o DNA'yı çabucak tanımlayabilir, böylece hızlı bir şekilde tahrip ederek organizmayı viral istiladan korur.

Bu keşfinden bu yana, bu bağışıklık sisteminin bir versiyonu - CRISPR-Cas9 - laboratuarda genomları düzenlemek üzere değiştirildi. Cas9'u, istila edilen DNA'nın bir parçasından ziyade özel olarak tasarlanmış bir RNA rehberi ile birlikte CRISPR sistemine eşleştirilir. Böylece CRISPR, bir hücrenin genomunu istenilen bir yerde, mevcut genlerin çıkarılabileceği veya yenilerinin eklenebileceği şekilde kesilmesi için yönlendirilebilir. Bu sistem, maya, bitki, balık ve hatta insan hücrelerinde ökaryotik sistemlerin düzenlenmesinde çoğunlukla kullanışlıdır ve American Association of Science'ın Yılın Bilimsel Gelişim Ödülüne layık görüldü. Bununla birlikte, prokaryotik türlerdeki uygulamasnda, kısmen farklı hücresel süreçler nedeniyle engellerle karşılaşılmıştır.

CRISPR'yi hücresel bir sistemde kullanmak için, araştırmacılar bir hücrenin tercih ettiği DNA tamir mekanizmasını dikkate alan yeni bir protokol geliştirmelidir: CRISPR'nin "molekül makasları" kromozomu kestikten sonra hücrenin tamir sistemi hasarı, bir mekanizmayla tamir etmeyi başlatıyor bu ek genetik materyali kaldırmak veya ilave etmek için kullanılabiliyor. Ökaryotik hücrelerde, bu, NHEJ(Homolog Olmayan Son Birleştirme) biçimini alır. Bu yol CRISPR aracılı düzenleme için kullanılmış olsa da, onarım sürecinde genetik hatalar getirme eğilimi vardır: DNA merdiveninin basamakları olan nükleotidler genellikle kesme alanına eklenir veya silinir.

NHEJ(Homolog Olmayan Son Birleşme), Archaea da dâhil olmak üzere prokaryotlarda çok nadirdir; bunun yerine, DNA'ları daha çok homoloji yönelimli onarım olarak bilinen bir süreçle onarılır. DNA şablonundaki hasarı karşılaştırarak, homoloji yönelimli tamir, Nayak'ın "deterministik şablon" dediği şeyleri yaratır - sonuçta önceden tahmin edilebilir ve araştırmacının tam ihtiyaçlarına göre ayarlanabilir.

Pek çok açıdan homoloji yönelimli onarım aslında genom düzenleme için tercih edilir: "Ökaryotik sistemlerde CRISPR-Cas9'un yönettiği düzenlemeleri istediğimiz kadar, NHEJ'den dolayı sıklıkla istemediğimiz şeyleri de beraberinde getiririz. Bu bağlamda homolog olmayan son birleşme onarım sisteminin, çoğu archeael soyunda olmaması iyi bir şeydir, dolayısıyla DNA'nın tamir edilebilmesinin tek yolu bu deterministik homolog tamir rotasıdır.” diye açıklıyor Nayak.

Mantıksız gibi görünebilmesine rağmen Nayak ve Metcalf'ın CRISPR-Cas9'un ilk kullanımlarından biri, Methanosarcina acetivoranlarda NHEJ mekanizmasını tanıtmış oldu. Genelde genom düzenleme için tercih edilmezse de, Nayak, NHEJ'in homolog onarımdan üstün olduğu tek bir kullanımına sahip: “Bir geni silmek istersen ve nasıl yapılacağını umursamıyorsan, homolog olmayan son katılım gerçekten daha etkilidir.”

Nayak, tanıtılan NHEJ onarım sistemini kullanarak "knock-out" çalışmaları olarak bilinen tek bir genin kaldırılması veya susturulmasında hangi değişiklikleri olacağını ve bu genin hangi süreçleri etkileyebileceğini görmek için, gelecekteki araştırmalarda M. Acetivorans ve diğer archaeal türlerinin genetik bir atlasını bir araya getirilebileceğini belirtti. Böyle bir atlas, Metcalf laboratuarı için iklim değişikliği konusuna ilgi duyan bir alan da dâhil olmak üzere Archaea'yı ilgilendiren çeşitli araştırma alanlarında inanılmaz derecede yararlı olacaktır.

Methanosarcina acetivorans genetik olarak ele alınabilecek archaeal soylarından biridir. "[Methanogens] her yıl gigaton seviyesinde güçlü sera gazı üreten, küresel karbon döngüsünde kilit taşı oluşturan ve dolayısıyla küresel iklim değişikliğine önemli katkıda bulunan bir arkeae sınıfıdır." diyor Nayak. Nayak ve Metcalf, bu ve benzeri organizmaların genetiğini inceleyerek, sadece arkeral genetiğinin değil, daha geniş çevresel süreçlerdeki rollerinin derinlemesine anlaşılmasını umuyor.

Toplamda, bu araştırma arkeanın incelenmesinde ve manipüle edilmesinde heyecan verici yeni bir yönü temsil ediyor.

Nayak: “Biz arkelerde CRISPR-Cas9 genom düzenleme işleminin mümkün olup olmadığını belirlemek için bu araştırmaya başladık. Biz sadece bunun mümkün olup olmadığını değil, aynı zamanda ökaryotik sistemler ile kıyaslandığında bile olağanüstü derecede iyi çalıştığını keşfettik.”

Çeviren: Barış Uçar Bilime Yön Veren Cevaplar

Kaynaklar:

https://www.sciencedaily.com/releases/2017/03/170308092502.htm 04.04.2017

Story Source:

Materials provided by Carl R. Woese Institute for Genomic Biology, University of Illinois at Urbana-Champaign. Note: Content may be edited for style and length.

Journal Reference:

Dipti D. Nayak, William W. Metcalf. Cas9-mediated genome editing in the methanogenic archaeon Methanosarcina acetivorans. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2017; 201618596 DOI: 10.1073/pnas.1618596114

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:CAS_4qyz.png

Carl R. Woese Institute for Genomic Biology, University of Illinois at Urbana-Champaign

#crispr-cas9 #archaeal #türünü #değiştirmede #başarıyla #kullandı