CRISPR-Cas9 neden biyolojinin dönüm noktalarından biridir?

CRISPR/Cas9, bir organizmadaki genetik talimatların tamamı olan genomdaki DNA'nın son derece spesifik ve hızlı bir şekilde değiştirilmesine olanak sağlayan bir tekniktir. Bu teknik, bir dizi gen düzenleme aracından biri. Birçok kişi, DNA'yı kesip yapıştırmadaki yüksek esneklik ve doğruluk derecesi nedeniyle bu tekniğini tercih eder. Popülerliğinin nedenlerinden biri, genetik mühendisliğini benzeri görülmemiş bir ölçekte ve çok düşük bir maliyetle gerçekleştirmeyi mümkün kılmasıdır. Önceki genetik mühendisliği tekniklerinden farkı, aynı anda birden fazla genin eklenmesine veya çıkarılmasına olanak sağlamasıdır. Bu, bir hücre hattında, bitkide veya hayvanda birçok farklı geni çok hızlı bir şekilde değiştirmeyi mümkün kılar ve süreci birkaç yıldan haftalar süren bir sürece indirir. Ayrıca türe özgü olmaması ve bu nedenle daha önce genetik mühendisliğine dirençli organizmalarda kullanılabilmesi bakımından da farklıdır.

Keşfi Hakkında:

1987'de Osaka Üniversitesi'ndeki bir Japon bilim insanları ekibi, bağırsakta yaşayan bir mikrop olan Escherichia coli'ye ait bir gende garip bir DNA dizisi örüntüsü fark etti. Genin, kısa, tekrarlanmayan "ara parça" DNA dizileriyle ayrılmış beş kısa tekrarlayan DNA segmentine sahip olduğu ortaya çıktı. Beş tekrarlayan segmentin tamamı, DNA'nın yapı taşları olan 29 bazdan oluşan özdeş dizilere sahipti. Buna karşılık, "ara parça" dizilerinin her birinin 32 bazdan oluşan kendine özgü bir dizisi vardı. Mikrobiyologlar daha önce hiç böyle bir örüntü görmemişlerdi. Ancak 1990'ların sonunda, DNA dizilemesindeki yeni gelişmelerin yardımıyla, bu örüntünün birçok farklı mikrop türünde yaygın olduğunu keşfetmeye başladılar.

Bu örüntü o kadar yaygındı ki, kendi adı verildi: "düzenli aralıklarla kümelenmiş kısa palindromik tekrarlar" veya kısaca CRISPR. Terim, 2002 yılında Utrecht Üniversitesi'nde Rudd Jansen liderliğindeki bir grup Hollandalı bilim insanı tarafından ortaya atıldı. Aynı yıl, CRISPR dizisine her zaman başka bir dizi setinin eşlik ettiğini fark ettiler. Bu ikinci dizi setine, CRISPR ile ilişkili genler için kullanılan bir kısaltma olan 'Cas genleri' adını verdiler. Cas genleri, DNA'yı kesen enzimleri kodluyor gibi görünüyordu. 2005 yılına gelindiğinde, üç bilimsel ekip bağımsız olarak, CRISP dizileri arasındaki 'aralayıcı' dizilerin virüslerin DNA'sıyla benzerlikler taşıdığını ortaya koydu ve bunun bakterilerin savunma mekanizmasında bir araç olabileceği hipotezini ortaya attı.

CRISPR/Cas 9 sisteminin nasıl çalıştığına dair bilgiler, daha sonra DuPont tarafından satın alınan Danimarkalı bir gıda üreticisi olan Danisco'daki bilim insanları tarafından 2007 yılında gerçekleştirilen bazı deneylerle daha da belirginleşti. Ekip, süt fermente eden bir mikrop olan Streptococcus thermophilius'u iki virüs suşuyla enfekte etti. Bu bakterilerin çoğu virüsler tarafından öldürüldü, ancak bazıları hayatta kaldı ve virüslere dirençli yavrular üretti. Daha detaylı incelemeler sonucunda, mikropların virüslerden aldıkları DNA parçalarını "ara parça" dizilerine yerleştirdiği ve yeni "ara parça" dizileri kesildiğinde dirençlerini kaybettikleri ortaya çıktı.

2008 yılında Maryland, Bethesda'daki Ulusal Biyoteknoloji Bilgi Merkezi'nden Eugene Koonin ve meslektaşları, CRISPR/Cas 9 mekanizmasının nasıl çalıştığını ilk kez gösterdiler. Bakteriler, virüs gibi bir istilacıyla karşılaştıklarında, virüsün DNA segmentlerini kopyalayıp CRISPR'daki kısa DNA tekrarları arasına "ara parça" olarak genomlarına dahil ederler. "Ara parça"lardaki segmentler, bakterinin RNA moleküllerinin, gelen bir virüsün gelecekteki DNA'sını tanıması ve Cas 9 enziminin onu keserek virüsü etkisiz hale getirmesi için yönlendirmesi için bir şablon sağlar.

Dört yıl sonra, Ağustos 2012'de, Kaliforniya Berkeley Üniversitesi'nden Jennifer Doudna ve Umea Üniversitesi'nden Emmanuelle Charpentier liderliğindeki küçük bir bilim insanı ekibi, doğal CRISPR-Cas9 sisteminin bir test tüpündeki herhangi bir DNA zincirini kesmek için bir araç olarak nasıl kullanılacağını gösteren bir makale yayınladı. Bundan kısa bir süre önce, Vilnus Üniversitesi'nden bir başka araştırmacı Virginijus Siksnys, bağımsız olarak Cell dergisine bir makale göndererek CRISPR-CAS9'un gen düzenlemedeki potansiyelini açıkladı. Cell editörü, inceleme için göndermeden makaleyi reddetti. Siksys'in makalesi sonunda Eylül 2012'de Ulusal Bilimler Akademisi Bildirileri'nde yayınlandı. Bir yıl sonra, Ocak 2013'te, farklı laboratuvarlardaki bir dizi araştırmacı, birkaç hafta arayla CRISPR/Cas 9 sisteminin insan hücrelerindeki genomları düzenlemek için nasıl kullanılabileceğini gösteren makaleler yayınladılar. Bunlar arasında Doudna liderliğindeki ekipler, MIT-Harvard Broad Enstitüsü'nden Feng Zhang ve Harvard Tıp Fakültesi'nden George Church de yer aldı.

CRISPR-Cas 9 tekniğinin doğruluğunu ve verimliliğini artırmak için şu anda bir dizi değişiklik üzerinde çalışılıyor. Önemli bir atılım, baz düzenleyici görevi görecek yeni Cas9 füzyon proteinlerinin geliştirilmesi oldu. Füzyon proteinleri, DNA'yı kesmeden sitozinin urasile dönüştürülmesini mümkün kılıyor. Urasil daha sonra DNA replikasyonu veya onarımı yoluyla timine dönüşüyor. İlk baz düzenleyiciler, 2016 yılında Harvard Üniversitesi'ndeki David Liu laboratuvarında Alexis Komor ve meslektaşları tarafından üretildi.^[1]