Dünyanın İlk CRISPR ile Genetiği Düzenlenmiş Örümcekleri

Almanya'da araştırmacılar, muhtemelen kendi Örümcek Adam evrenimizi oluşturmamıza neden olacak olaylar zincirini başlatan bir ilke imza attılar ve dünyada genetiği CRISPR teknolojisi ile değiştirilmiş ilk örümcekleri ürettiler.^[1] Tabii şimdilik bu örümceklerin herhangi bir süper kahraman yaratması olası değil. Bu örümcekler radyoaktif değiller ve DNA'ları değiştirilmiş olsa da zehirlerinde herhangi bir değişiklik olmadı. Çoğu hâlâ sıradan ev örümcekleridir. Araştırmacıların yaptığı genetik düzenlemeler sonucu örümceklerin bazıları gözsüz kalırken bazıları floresan kırmızı ipek üretmek gibi yeni bir yetenek kazandı.

Peki bilim insanları bunu nasıl yaptılar? Bunun için bir hücrenin genomunu belirli yerlerden kesip dizi ekleme veya çıkartmaya olanak sağlayan gen düzenleme aracı CRISPR-Cas9'u kullandılar.

Araştırmacılar, örümceklerin ilgi çekici yanlarının yanı sıra örümcekler tarafından üretilen ipeğin benzersiz özelliklerini göz önüne aldıklarında ortada yararlanılmamış bir potansiyel olduğunu fark ettiler. Henüz örümcekler üzerinde herhangi bir gen düzenleme teknolojisi uygulanmamıştı. Bu işin uygulanabilirliğini kanıtlamayı hedefleyerek çalışmaya başladılar. Bayreuth Üniversitesinde biyokimyager olan kıdemli yazar Thomas Scheibel yararlanılmamış potansiyel ile ilgili şunu söylüyor:^[2]

Potansiyel uygulama alanlarının genişliği göz önüne alındığında, bugüne kadar örümceklerde CRISPR-Cas9 kullanılarak herhangi bir çalışma yapılmamış olması şaşırtıcı.

Örümcekler yaklaşık 400 milyon yıldır var olmaları ve bilinen 50.000'den fazla türden oluşan çeşitlilikleriyle etkileyici bir evrimsel başarı elde etmişlerdir.^{[3], [4]} Tüm organizma türlerine bakıldığında toplam tür çeşitliliği bakımından yedinci sırada yer alırlar.^[5]

Örümceklerin ipekleri oldukça ilgi çekicidir. Sadece ağ ören örümcek türleri arasında bile en az yedi farklı ipek türüne rastlanmaktadır. Bu ipek türlerinin her biri örümcekler tarafından farklı şekillerde kullanılırlar ve her birinin kendine özgü özellikleri vardır. Örneğin bazı örümcek ipekleri gerilmeye karşı çelikle karşılaştırılabilecek düzeyde mukavemete sahiptir. Bunun yanı sıra eşsiz bir mukavemet-ağırlık oranına sahip olan örümcek ipekleri, yüksek elastiklik ve esneklik özellikleri de gösterir.^[6]

İnsanlar uzun zamandır örümcek ipeğinin büyüleyici özelliklerinden faydalanmaya çalışıyorlar ancak pek başarılı olamıyorlar. Örümceklerin çoğu pek misafirperver olmayan bölgesel yırtıcılardır. Bu da örümceklerin, ipek böcekleri gibi yetiştirilmesini engeller.

Şu anda orijinaline rakip olma potansiyeli taşıyan sentetik örümcek ipekleri hızla geliştirilmeye devam ederken araştırmacılar, örümcek ipeği üretiminden sorumlu genleri in vivo olarak düzenlemeyi öğrenmenin eşsiz bir öneme sahip olduğunu öne sürüyor.^[7]

Örümceklerde gen düzenlemesine dair daha önce herhangi bir çalışma olmaması nedeniyle Scheibel ve meslektaşları, bir geni çıkartmak veya bir geni devre dışı bırakmak (İng: "knocking out") gibi daha basit bir hedef ile işe başladılar. Net sonuçlar elde etmeyi umarak ilk başta göz gelişiminden sorumlu bir gen olan sine oculis'i seçtiler.

Daha sonra araştırmacılar, gen düzenleme sisteminin bir versiyonunu amaçlarına göre tasarladılar. Ardından tasarladıkları gen düzenleme aracını yaygın ev örümceğinin (Parasteatoda tepidariorum) anestezi uygulanmış dişilerinin karınlarına enjekte ettiler. Enjekte edilen CRISPR bileşenleri dişi örümceğin yumurta hücreleri üzerinde etkili oldu ve daha sonra erkek örümceğin DNA'sı ile birleştiğinde gözsüz örümcek yavruları ortaya çıktı.

Angewandte Chemie

Ev örümceklerinde genetik modifikasyonlar meydana getirme süreci başarıyla hayata geçirildikten sonra araştırmacıların yeni hedefi örümceklerin ipek genleriyle oynamak oldu. Araştırmacılar, en güçlü örümcek ipeği türünde bulunan spidroinleri yani örümcek ipeğindeki ana proteinlerin üretilmesini hedefleyen bir geni seçtiler.

Önceki deneyde kullandıkları yöntemi tekrarlayarak bu sefer dişi örümceklere kırmızı floresan protein üreten bir gen dizisi içeren, hedeflenmiş bir çözelti enjekte ettiler. Daha sonra bazı örümcek yavruları kırmızı floresanlı sürükleme ipeği üretti. Bu durum değiştirilen gen dizisinin ipek proteini üretiminden sorumlu gene başarılı bir şekilde "knock-in" edildiğine dair kanıt sağladı. Scheibel bu çalışmaları hakkında şunları söylüyor:

Dünya çapında ilk kez CRISPR-Cas9'un örümcek ipeği proteinlerine istenen bir diziyi dahil etmek için kullanılabileceğini gösterdik ve böylece bu ipek liflerinin işlevselleştirilmesini sağladık.

CRISPR ile gen düzenlemenin örümcek ipeğine uygulanabilmesi, malzeme bilimi araştırmaları için oldukça umut verici. Örneğin bu yöntem zaten gerilmelere karşı yüksek bir mukavemet gösteren örümcek ipeğinin mukavemetini daha da arttırmak için kullanılabilir.