CRISPR: Genom terziliği

CRISPR[1]Clustered regularly interspaced short palindromic repeats= Düzenli Aralıklar ile Bölünmüş Kısa Palindromik Tekrar Kümeleri kelimesi ilk kez 2000’de bakterilerde gözlemlenen ve kendini tekrar eden DNA dizilerini tanımlamak için kullanıldı.

CRISPR, bakterilerin bağışıklık sistemidir.

Bakteriler de tıpkı bizler gibi virüsler tarafından saldırıya açıktır. Hayatta kalabilmek için bakteriye saldıran virüsün ortadan kaldırılması gerekir. Bakteri, virüsü tanımalı yani kendi organizmasının bir parçası olmadığını fark etmelidir ve virüs hedef alınarak ortadan kaldırılmalıdır.

Bakterilerde virüsü tanıyan ve hedef almak için gerekli bilgiyi taşıyan kısım CRISPR’dır; yani saldırının koordinatları CRISPR ile belirlenir.

Saldıran virüsün genetik materyalini kullanarak virüsü hedef alan CRISPR sistemi ve bu sisteme ait diğer önemli proteinlerin (oyuncuların) keşfi, 2020’de Emmanuelle Charpentier ve Jennifer A. Doudna’ya Kimya dalında Nobel Ödülü getirdi.[2]Press release: The Nobel Prize in Chemistry 2020, https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2020/press-release/

Solda Emmanuelle Charpentier, ortada Jennifer Doudna (Wikimedia Commons) ve sağda Feng Zhang (Wikimedia Commons)

Bakterilerde keşfedilen CRISPR sistemi; Feng Zhang önderliğinde, ilk kez 2013’te, insan ve fare hücrelerine uyarlandı ve işlevselliği gösterildi. Böylece CRISPR’ın virüsleri hedef alma becerisi geliştirilerek, istenilen organizmanın genomu üzerinde kolayca değişiklik yapmak mümkün oldu. Bugün artık CRISPR dendiğinde akla, bakterilerin virüsleri hedef almasından ziyade, herhangi bir organizmanın genomunda yapılabilecek değişiklikler geliyor. Örneğin genetik hastalıklar karşısında geliştirilen ve genom üzerinde yapılan değişiklilere dayanan tedavi yöntemleri bugün büyük oranda CRISPR kullanıyor.

Şubat 2022’de ABD mahkemeleri Doudna/Carpentier ile Zhang arasında yıllar süren patent savaşını Zhang’in kazandığını ilan ettiler. Mahkemenin kararı Feng Zhang için bir zafer olmuş olsa da karşı tarafın itiraz hakkı mevcut, hukuki yollar tükenmiş değil.[3]Latest round in the Crispr patent battle has an apparent victor, but the fight continues, … Devamı[4]Major CRISPR patent decision won’t end tangled dispute, https://www.nature.com/articles/d41586-022-00629-y, Erişim 12.9.2022

CRISPR, genom üzerinde değişiklik yapılmasına izin veren bir teknolojidir.

Bakterilerde keşfedilen CRISPR, istenilen organizmaya ait genetik malzemenin istenilen bölgesini hedef alma becerisini ortaya çıkardı. CRISPR sisteminden önce genom üzerinde değişiklik yapmak için “TALENs” ve “ZFNs” gibi sistemler kullanılırdı.[5]Genome editiong before CRISPR: A brief history, https://medium.com/ucsf-magazine/genome-editing-before-crispr-a-brief-history-f02c1e3e2344 Proteinlerin yan yana gelmesine dayanan bu sistemlerin tasarımı uzmanlık gerektiriyordu ve üretilmesi maliyetliydi. CRISPR sistemi ise neredeyse her laboratuvarda çalışılması mümkün olan kolaylıktadır.

CRISPR  insan genomu üzerinde meydana gelen hataların (mutasyonların) düzeltilmesine imkân sağlar. Bunun yanı sıra CRISPR sayesinde, genetik hastalıklar ile ilişkilendirilmiş mutasyonlar insan hücre hatlarında oluşturularak hastalığın gelişimi konusunda da bilgi edinmek mümkündür. Buradan elde edilecek bilgi birikimi genetik hastalıklar için tedavilerin keşfinde kullanılabileceği gibi hastalık tanısında rehber olacak yeni biyobelirteçlerin geliştirilmesi ve hastalığa yakalanma olasılığı olan bireylerin önceden belirlenmesinde (erken tanı) de şüphesiz fayda sağlayacaktır.

CRISPR, “tek gen hastalıkları”nın tedavisinde kullanılmaya başlanan bir tedavi yöntemidir.

Genetik hastalıkların genom üzerinde oluşan mutasyonlar sonucunda ortaya çıktığı biliniyor. Özellikle tek gen hastalıkları (örn: kistik fibrozis, beta-talasami, orak hücreli anemi), mutasyonun bir tek gen üzerinde olmasından ötürü ilk aşamada biyoteknoloji ve yeni girişim (start-up) şirketlerinin hedefine girdi.

Burada dikkat edilmesi gereken önemli bir nokta hastalığın etkilediği organdır. CRISPR gibi birden fazla bileşiği olan bir sistemin doğru organı yani hastalığın gözlemlendiği organı hedeflemesi gerekir. Hastalığın olduğu organa kolayca ulaşma imkânı olması nedeniyle kan hastalıkları ve göz ile ilgili hastalıklar ilk aşamada hedef olarak alınıyor. ABD merkezli birçok şirket, kan hastalıkları arasında bulunan Akdeniz Anemisi ve Orak Hücre Hastalığının tedavisi için CRISPR’a dayalı tedavi seçeneği geliştiriyor.

Orak Hücreli Anemi hastası Victoria Gray kendini “ genetiği değiştirilmiş ilk insan” olarak tanımlıyor. 2020’de CRISPR kullanılarak gerçekleştirilen tedavisinden sonra Gray halen sağlıklı bir şekilde yaşamına devam ediyor.[6]First sickle cell patient treated with CRISPR gene-editing still … Devamı

CRISPR, bağışıklık sistemini kansere karşı kullanan tedavilerde başvurulan bir teknoloji haline geldi.

İnsan bağışıklık sistemini, kanser hücrelerini tanımak ve yok etmek üzere şekillendirmek mümkün. Kimerik antijen reseptörü T hücreleri (CAR-T) yapay olarak üretilen hücrelerdir. Bu hücreler, bağışıklık sistemimizin parçası olan T lenfosit hücrelerinin belirli bir grup kanser hücresini tanıyacak şekilde geliştirilmiş halidir. Genetik mühendisliği kullanılarak geliştirilmiş CAR-T hücreleri, kanser hücrelerini tanıyan yüzey moleküllerine (kimerik antijen reseptörü; CAR) sahiptir.  CAR-T hücreleri kanseri tanıdığından yalnız onları hedefler, sağlıklı hücrelere etkisi yoktur, dolayısıyla diğer kanser tedavi olasılıkları arasında avantajlı bir yöntemdir.

Bu yöntemin kanser hastalarında kullanılması için halen aşılması gereken noktalar var. Hastanın T lenfosit hücre sayısı ve kalitesi yetersiz olabilir, genetik mühendisliği ile oluşturulan hücreler işlevsiz hale gelebilir veya hücreler çok fazla bölünerek hasta için zararlı (toksik) ve iltihaba sebep veren bir durumu tetikleyebilir. Hastanın T lenfosit hücre sayısı ve kalitesinin yetersiz olması durumunda allojenik, yani hastadan bağımsız olarak oluşturulmuş, CAR-T hücrelerinin kullanılması mümkündür. Fakat bu durumda da tıpkı organ naklinde olduğu gibi verilen hücrelerin vücut tarafından reddedilmesi ihtimali vardır. Bütün bunların yanı sıra T hücrelerinin hastadan toplanması, CAR-T hücrelerinin oluşturulup sayılarının arttırılarak hastaya geri verilmesi çok aşamalı ve uzun süren bir süreçtir. Ne yazık ki bu süre zarfında hastalığın ilerlemesi olasıdır.

Özellikle ABD merkezli birçok biyoteknoloji şirketi; CRISPR teknolojisini kullanarak CAR’ı, T hücre genomunda doğru noktaya yerleştirerek yeterli miktarda CAR-T hücresi üretmeyi hedefliyor. Yani genetik mühendisliği kullanarak daha etkili CAR-T hücre üretimi üzerine odaklanmış durumdalar.  Ayrıca sağlıklı bireylerden toplanan T hücrelerinin kanser hastalarını tedavi etmek amacıyla allojenik ve hasta tarafından reddedilmeyen CAR-T hücrelerine dönüştürülmesi için de çalışmalar devam ediyor. Bu sayede kanser teşhisini takip eden süre zarfında, hasta hemen CAR-T tedavisine dahil edilmiş olacak ve kanserin daha fazla gelişip yayılmasının önüne geçilmiş olacaktır.

CRISPR, genetik hastalıklar dışında tarımdan organ nakline uzanan farklı alanlarda kullanımı olan bir teknolojidir.

Organ nakli bekleyen ve vaktinde gerekli organa ulaşamadığı için ne yazık ki hayatını kaybeden çok fazla hasta mevcut. Türler arası organ transferi olarak bilinen, yani insan dışındaki bir canlının organ ya da diğer biyolojik materyalinin insana transferi olarak tanımlanan, zenotransplantasyon uzun yıllardır hayata geçirilmek istenilen bir fikir. Organ büyüklüğü ve yapısı insana benzediği için domuzların zenotransplantasyon için kullanılması denendi, fakat hastaların bağışıklık sisteminin nakledilen organı reddettiği gözlemlendi. Bunun yanı sıra domuzlara ait olan ve domuz genomunda yer alan virüsler nakledilen organ ile birlikte insana geçip hastanın virüs enfeksiyonu geçirmesine sebep olabilir. CRISPR teknolojisi kullanılarak domuz genomunda bulunan virüslerin silinmesi ve nakledilen organın reddedilmesini engelleyecek değişikliklerin yapılması mümkün.

2022’nin Ocak ayında Maryland Üniversitesi Tıp Fakültesinde (Baltimore, ABD) ilk kez CRISPR ile genetiği değiştirilmiş bir domuz kalbi ölümcül kalp hastalığına sahip olan 57 yaşındaki David Bennett isimli kişiye nakledildi. Doktor Bartley P. Griffith ve Doktor Muhammad M. Mohiuddin liderliğinde gerçekleştirilen kalp ameliyatı sonrasında hastanın değerleri başlarda iyi olarak kaydedilmiş olsa da hasta iki ay sonra kaybedildi.[7]Domuz kalbi nakledilerek tarihe geçen hasta hayatını kaybetti, https://www.bbc.com/turkce/haberler-dunya-60686187, Erişim 12.9.2022 Henüz hastanın ölüm sebebi bilim camiası ile paylaşılmamış olsa da zenotransplantasyon için çok büyük bir adım atılmış oldu.

Kaş yaparken göz çıkarmamak 

2013’ten itibaren bilim insanlarının kullanımına sunulmuş olan CRISPR ve CRISPR’a dayalı yeni olasılıklar, yeni teknolojiler hem laboratuvarlarda hem de günlük hayatta tüm hızıyla etkisini göstermeye devam ediyor. Gelecekte karşılaşacak olduklarımızın önündeki en önemli iki engel ise insan hayal gücünün sınırları ve sahip olduğumuz etik değerler.  Hayal gücümüzün sınırı; aslında bilimsel gelişmenin sınırıdır. Bu da etik bakış açımızı şekillendirir. Temel bilim düzeyinde kanıtlanmış bir olasılığı insan yaşamı üzerinde bir deneysel çalışmaya dönüştürmenin tehlikesini göz ardı edemeyiz.

Özetle CRISPR ile genom üzerinde değişiklik yapabileceğimizi biliyoruz, ancak halen bilmediğimiz çok şey var. Özellikle, nesiller arası genetik aktarım göz önüne alındığında,  insan eşey hücrelerinde yapılabilecek değişikliklerin sonuçlarını kestiremiyoruz.[8]What are ethical concerns about genome editing, https://www.genome.gov/about-genomics/policy-issues/Genome-Editing/ethical-concerns, Erişim 12.9.2022

Çinli araştırmacı He Jianku, 2018 Kasım’ında HIV pozitif babadan doğacak bebeklerin HIV taşımaması için embriyo üzerinde genetik değişikler yaptığını ve ikiz bebeklerin Ekim 2018’de genetiği değiştirilmiş olarak dünyaya geldiğini duyurdu.   Tartışılması gereken etik değerlerin hepsini görmezden gelmesinin yanı sıra yapılan müdahalenin başarısı ve hatta izlenen deneysel yöntemin doğruluğu ne yazık ki birçok soru işareti ile doluydu. Nunu ve Lala ismi verilen ikiz bebeklerde, uygulanan müdahalenin etkilerinin ileriki yıllarda nasıl ortaya çıkacağını bilmiyoruz. Çin mahkemeleri, etik kuralları görmezden gelerek embriyo üzerinde değişiklik yapan He Jianku’ya hapis cezası verdi.[9]Dünyada ilk kez embriyoların genlerini değiştiren Çinli bilim insanına 3 yıl hapis cezası, https://www.bbc.com/turkce/haberler-dunya-50945821, Erişim 12.9.2022

Bu örnek bize kanser ve başka birçok hastalığın tedavisinde umut vadeden bu teknolojiye dört elle sarılmamız ve onu geliştirmemiz için motive ederken kaş yaparken göz çıkarmamanın da sorumluluğunu yüklüyor.

Gözde Korkmaz
Koç Üniversitesi/ Tıp Fakültesi, Temel Tıp Bilimleri Tıbbi Biyoloji Ana Bilim Dalı
Koç Üniversitesi Translasyonel Tıp Araştırma Merkezi (KUTTAM), BAGEP 2021


Creative Commons LisansıBu eser Creative Commons Atıf-GayriTicari 4.0 Uluslararası Lisansı ile lisanslanmıştır. İçerik kullanım koşulları için tıklayınız.


Notlar/Kaynaklar

Notlar/Kaynaklar
1 Clustered regularly interspaced short palindromic repeats= Düzenli Aralıklar ile Bölünmüş Kısa Palindromik Tekrar Kümeleri
2 Press release: The Nobel Prize in Chemistry 2020, https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2020/press-release/
3 Latest round in the Crispr patent battle has an apparent victor, but the fight continues, https://www.science.org/content/article/latest-round-crispr-patent-battle-has-apparent-victor-fight-continues, Erişim 12.9.2022
4 Major CRISPR patent decision won’t end tangled dispute, https://www.nature.com/articles/d41586-022-00629-y, Erişim 12.9.2022
5 Genome editiong before CRISPR: A brief history, https://medium.com/ucsf-magazine/genome-editing-before-crispr-a-brief-history-f02c1e3e2344
6 First sickle cell patient treated with CRISPR gene-editing still thriving,

https://www.npr.org/sections/health-shots/2021/12/31/1067400512/first-sickle-cell-patient-treated-with-crispr-gene-editing-still-thriving

7 Domuz kalbi nakledilerek tarihe geçen hasta hayatını kaybetti, https://www.bbc.com/turkce/haberler-dunya-60686187, Erişim 12.9.2022
8 What are ethical concerns about genome editing, https://www.genome.gov/about-genomics/policy-issues/Genome-Editing/ethical-concerns, Erişim 12.9.2022
9 Dünyada ilk kez embriyoların genlerini değiştiren Çinli bilim insanına 3 yıl hapis cezası, https://www.bbc.com/turkce/haberler-dunya-50945821, Erişim 12.9.2022