Genetiği Değiştirilmiş Virüsler, Antibiyotiğe Dirençli Bakterilerle Verdiğimiz Evrimsel Silahlanma Savaşını Kazanmamıza Yardım Edebilir!

Dünya, COVID-19'a sebep olan SARS-CoV-2 virüsü ile savaşırken, başka bir tehlikeli patojen grubu arka planda baş gösteriyor. Antibiyotiğe dayanıklı bakteri tehdidi yıllardır büyüyor ve durum daha da kötüye gidiyor gibi görünüyor. COVID-19'un bize öğrettiği şeylerden biri de hükümetlerin gelebilecek daha fazla global sağlık krizlerine hazırlıklı olmasıdır ve buna yaygın kullanılan ilaçlara dayanıklı hale gelen haydut bakterilerle savaşmanın yeni yollarını bulmak da dahildir.

Şu anki pandeminin aksine virüsler, bir sonraki salgındaki "kötü karakterler" olmak yerine, "kurtarıcı" olabilirler. Bilim insanları, virüslerin antibiyotiğe dirençli olan bakterilere karşı güçlü silahlar olabileceğini gösterdi. Her bir insan eşsiz bir bakteri ve virüs çeşidi ile yakından etkileşimde bulunur ve bu karmaşık ilişkileri deşifre ederek antibiyotiğe dirençli bakterilerin yol açtığı bulaşıcı hastalıkları daha iyi tedavi edebiliriz.

Antibiyotik Yerine Bakteriyofaj Kullanmak

Penisilinin 1928'de keşfedilmesinden itibaren antibiyotikler modern bilimi değiştirdi. Bu küçük moleküller, bakterilerin artışını engelleyerek veya onları öldürerek bakteriyel enfeksiyonlarla savaşıyorlar. Bilim insanlarının birçok hastalık için düzinelerce yeni moleküller keşfettiği 20. yüzyılın ortalarına, antibiyotikler için Altın Çağ deniliyordu.

Bu yükselişi, çok sürmeden, yıkıcı bir düşüş izledi. Araştırmacılar gördü ki birçok bakteri antibiyotiklere dayanıklı olarak evrim geçiriyordu. Vücudumuzdaki bakteriler, antibiyotiklerin işlevsiz kaldığı noktaya kadar evrimleşip, mutasyon geçirerek, ilaçlardan kurtulabiliyorlardı.

Antibiyotiklere bir alternatif olarak bazı bilim insanları bakterilerin doğal düşmanları olan bakteriyofajlara yöneliyor. Bakteriyofajlar, bakterileri enfekte eden virüslerdir. Her 1 bakteri için Dünya'da yaklaşık 10 adet bakteriyofaj vardır ve gezegende en çok bulunan organizmanın bakteriyofajlar olduğu düşünülmektedir.

Kısaca "fajlar" olarak da bilinen bakteriyofajlar, bakterileri enfekte ederek, konak hücrede çoğalarak ve konak hücreden fırlayarak hayatta kalırlar ve bunun sonucunda bakteri ölerek yok olur.

Bakterilerle savaşırken fajların gücünden yararlanmak yeni bir fikir değil. Aslında, ilk sözde "faj terapisi", neredeyse 1 asırdan önce kaydedildi. 1919'da Fransız mikrobiyolog Félix d'Hérelle, şiddetli dizanteriden mustarip olan çocukları tedavi etmek için bir faj karışımı kullandı. D'Hérelle'nin hareketleri bir kaza değildi. Aslında o, fajların keşfedilmesini sağlayan kişilerden birisidir ve tıpta bakterilerin doğal düşmanlarını kullanma fikrinin öncüsüdür bunun yanı sıra zaman mana Hindistan'daki kolera salgınını ve Mısır'daki vebayı durdurmak için de bu coğrafyalara giderdi.

Bugünlerde faj terapisi semtinizdeki hastanelerde bulabileceğiniz, standart bir tedavi değildir; fakat fajlar hakkındaki heyecan, son birkaç yılda büyüdü. Bilhassa, bilim insanları faj terapisini geliştirmek için fajlar ve bakteriler arasındaki karmaşık ilişki hakkındaki yeni bilgileri kullanıyorlar. Bilim insanları fajları, bakterileri daha iyi hedef almak ve yok etmek üzere işleyerek antibiyotiğe direncin üstesinden gelmeyi hedefliyor.

The Conversation

Genetik Mühendisliği Yöntemleriyle Fajları Değiştirmek

Bir biyolog olmasanız bile siz de bir tür bakteriyel bağışıklık sisteminin olan ve açılımı Düzenli Aralıklı Palindromik Tekrar Kümeleri olan CRISPR'ı daha önce duymuşsunuzdur. Daha basit yapılı hücrelere sahip olan prokaryotlarda görülen bu bağışıklık sistemi, bakterilerin viral enfeksiyonlardan genetik bilgi alıp depolamasına yardımcı olur. O bakteri de gelecekteki işgalcilerle savaşmak için bu bilgileri kullanır; tıpkı bizim kendi bağışıklık sistemimizin enfeksiyonla savaşmak için belirli bir patojeni tanıması gibi...

Bakterilerdeki CRISPR proteinleri, virüslerin spesifik DNA ve RNA dizilerini tespit eder ve keser. Böyle isabetli bir kesme işlemi, CRISPR proteinlerini çeşitli organizmaların genomlarını düzenlemek konusunda yararlı birer araç haline getirir. İşte bu yüzden CRISPR genom düzenleme teknolojisi, 2020'de Nobel Kimya ödülünü kazandı.

Şimdilerde bilim insanları, fajları tehlikeli bakterileri yok etmek amacıyla işlemek konusunda CRISPR sistemleri hakkındaki bilgileri kullanmayı umuyor.

İşlenmiş fajlar, spesifik bakterilerin yerini tespit ettiğinde faj, bakterinin içine CRISPR proteinlerini enjekte ederek mikropların DNA'sını keser ve yok eder. Bilim insanları savunmayı saldırıya dönüştürmenin bir yolunu buldu. Normalde virüslere karşı koruma sağlayan proteinler, bakterilerin kendi DNA'larını tespit edip yok etmek amacıyla değiştirildi. Bilim insanları, bakteriyi antibiyotiklere karşı dayanıklı hale getiren DNA'yı spesifik olarak tespit edebilir ve bu da bu tip faj terapisini aşırı derecede etkili kılar.

Clostridioides difficile bakterisi, her yıl ABD'de 29,000 kişiyi öldüren antibiyotiğe dirençli bir bakteri türüdür. CRISPR temelli teknolojinin başka bir gösteriminde araştırmacılar, fajları bakterinin kendi CRISPR proteinlerini bir kağıt öğütücü gibi bakterinin DNA'sını çiğnemeye yönlendiren bir molekül enjekte edecek şekilde değiştirdi.

CRISPR, tek bakteriyel bağışıklık sistemi değildir. Bilim insanları, yaratıcı mikrobiyoloji deneyleri ve ileri seviyede hesaplamalı araçlar kullanarak, bundan fazlasını da keşfetmeye devam ediyorlar. Çoktan, on binlerce yeni mikrop ve düzinelerce yeni bağışıklık sistemleri buldular. Bilim insanları, daha geniş bir bakteri aralığını hedef alacak fajları işlemeye yardımcı olacak yeni araçlar bulmayı umuyor.

Bilimin Ötesinde

Konu bu mikroplarla savaşmaya geldiğinde bilim, çözümün sadece yarısı. Ticarileştirme ve yönetmelikler bu teknolojinin, antibiyotiğe dirençli bakterilerin dünya çapında yayılmasını önlemek için toplumların araç setinde olduğunu garantilemek adına önemlidir.

Birçok şirket, zararlı spesifik bakterileri yok etmek için fajları işliyor veya doğal yollarla oluşan bakterileri teşhis ediyor. Felix Biotechnology ve Cytophage gibi şirketler, tarımda ve insan sağlığında antibiyotik kullanımın yerini almak için özelleştirilmiş bakteri öldürücü fajlar üretiyor. BiomX ise hem doğal hem de işlenmiş faj karışımları kullanarak iltihaplı bağırsak hastalığı ve kistik fibroz hastalığı gibi yaygın kronik hastalıklarda yaygın olan enfeksiyonları tedavi etmeyi amaçlıyor. PhagePro şirketi küresel olarak fajları kullanarak kolerayı tedavi ediyor. Bu ölümcül bakteriler öncelikle Afrika'daki ve Asya'daki insanları etkiliyor.

Faj terapisinin ticarileştirilmesinin yanı sıra güvenli test olmayı ve bu teknolojinin düzenlenmesini kolaylaştıran politikalar hayati derecede önemlidir. Amerika'nın COVID-19'a karşı yetersiz yanıtını taklit etmekten kaçınmak için, dünyanın şimdiden faj terapilerine yatırım yapması, işlemesi ve daha sonra denemeler yapması zorunludur. Proaktif planlama, herhangi bir antibiyotiğe dirençli bakterilerin popülasyonumuz içinde yayılması halinde, onlarla savaşma konusunda bize yardımcı olacaktır.