Gen Manipülasyonu için Yeni Bir Araç
Araştırmacıların, işlevlerini daha iyi anlamak için genlerin ifadesini kolayca değiştirmek için kullanabilecekleri çok esnek bir tekniktir.
CRISPR Tam Olarak Nedir?
CRISPR, Kümelenmiş Düzenli Aralıklı Kısa Palindromik Tekrarlar anlamına gelir; heyecan verici bir teknoloji için inanılmaz derecede sıkıcı bir isim. Neden sıkıcı isim? Çünkü, 1980'lerin sonlarında bakteri içinde ilk keşfedildiklerinde, hiç kimse rastgele DNA dizileri tarafından ayrılan kısa DNA tekrarlarının ne için olduğunu bilmiyordu. Bazı bakterilerin genomik DNA'sında bazı garip özellikler vardı.
California Üniversitesi'nden Jennifer Doudna, bu dizilerin, bakterileri enfekte eden belirli viral DNA'nın bazı kısımlarıyla eşleştiğini neredeyse 20 yıl sürdü. Sonuç olarak, CRISPR dizileri bakteri için bir çeşit bağışıklık sistemi idi.
O nasıl çalışır?
Doudna ve onun işbirlikçisi Emmanuelle Charpentier nihayetinde, bir virüs tarafından enfekte edildiğinde, viral DNA ile eşleşen bu kısa tekrarlanan DNA parçalarına sahip olan bakterilerin, onları istilacı virüsün DNA'sına bağlanan RNA yapmak için kullanacaklarını keşfettiler.
Daha sonra, CRISPR tekrarlarını ayıran rastgele DNA'dan yapılmış ikinci bir RNA parçası, Cas9 adı verilen bir protein ile etkileşime girmiştir. Bu protein, virüs DNA'sını parçalayacak ve virüsü inaktive edecektir.
Araştırmacılar, CRISPR'nin bu gen kabiliyetlerini genleri yok etmek için spesifik DNA dizilerini ayırmak için kullanabileceklerini çabucak anladılar.
Çinko parmak nükleazları ve genomik DNA'daki belirli yerleri kesmek ve kesmek için kullanılabilen TALENS gibi başka teknikler varken, bu yaklaşımlar DNA'daki spesifik bölgelere yapılan değişiklikleri hedeflemek için hacimli proteinlere dayanır. Bu eski yaklaşımları kullanarak birçok genin modifikasyonunu büyük bir ölçekte tasarlamak ve uygulamak zordur.
Ne Faydalı Yapar?
CRISPR sistemi sadece iki kısa RNA parçasına dayanır: hedeflenen DNA bölgesine uyan ve Cas9 adı verilen bir proteine bağlanan bir saniye. Aslında, bu iki kısa RNA parçasının, her ikisinin de spesifik bir DNA dizisini hedefleyen ve Cas9 yarma proteini alan bir çift fonksiyonlu tek kılavuzlu RNA molekülü içinde birleştirilebileceği ortaya çıkmaktadır. Bu, Cas9 proteininin ve 85 baz uzunluğundaki bir RNA parçasının, genomun hemen hemen her yerinde bir DNA'yı kesmek için gerekli olduğu anlamına gelir. Tek kılavuzlu bir RNA ve Cas9 proteinini üretmek için DNA'yı tanıtmak nispeten basittir ve CRISPR'yi genel olarak uygulanabilir kılan hemen hemen tüm hücrelerdir.
Bununla birlikte, uygun hedefleme, CRISPR teknolojisinin diğer TALENS ve çinko parmaklara göre tek avantajı değildir. CRISPR sistemi de bu alternatif yaklaşımlardan çok daha verimlidir.
Örneğin, Harvard'daki bir grup, CRISPR'nin vakaların% 51-% 79'unda hedeflenen bir geni sildiğini bulurken, TALENS etkinliğinin% 34'ten az olduğunu bulmuştur. Bu yüksek verimlilik nedeniyle, başka bir grup, tek bir nesilde transgenik fareler üretmek için embriyonik farelerde genleri doğrudan nakavt etmek için CRISPR teknolojisini kullanabilmiştir. Standart yaklaşım, hedeflenen bir genin her iki kopyasında mutasyonu elde etmek için bir çift nesil ıslah gerektirir.
Başka Ne Yapabilir?
Bir genin silinmesine ek olarak, bazı gruplar, birkaç değişimle, sistemin başka tür genetik manipülasyonlar için kullanılabileceğini de fark etmişlerdir. Örneğin, 2013 başında MIT'den bir grup, CRISPR'nin genomik DNA'ya yeni genler eklemek için kullanılabileceğini gösterdi. Bundan kısa bir süre sonra UCSF'deki bir grup, bakterilerde hedef genlerin ekspresyonunu bastırmak için CRISPRi olarak adlandırılan sistemin değiştirilmiş bir versiyonunu kullanmıştır.
Son zamanlarda, Duke Üniversitesi'nde bir grup aynı zamanda gen kümelerini aktive etmek için sistemin bir varyasyonunu da kurdu. Birçok grup, şimdi, farklı biyolojik yanıtlarda hangisinin söz konusu olduğunu anlamak için çok sayıda genin taranması için bu yaklaşımların varyasyonlarıyla birlikte çalışmaktadır.
Genetik Mühendisliği Parlak Yeni Oyuncak
Kuşkusuz, genetik mühendisliği için bu yeni aracın muazzam heyecanı ve çeşitli uygulamalar için onu uygulamak için acele ediyor. Bununla birlikte, üstesinden gelinmesi gereken bazı zorluklar vardır ve çoğu zaman yeni teknolojide olduğu gibi, sınırlamaların nerede olduğu konusunda çalışmak biraz zaman alır. Örneğin Harvard'daki araştırmacılar, CRISPR hedeflemenin başlangıçta düşündüğü kadar kesin olmayabilir. CRISPR kompleksinin hedef dışı etkileri, DNA'yı değiştirirken istenmeyen değişikliklere yol açabilir.
Zorluklara rağmen, CRISPR, araştırmacılara, insan genomundaki on binlerce genin nasıl işlediğini daha çabuk anlamalarına yardımcı olacak genomik DNA'nın değişimini kolaylaştırmak için muazzam bir potansiyel göstermiştir. Bu tek başına, iyileşme hastalık tedavisi ve teşhisi için önemli etkileri vardır. Ayrıca, ek geliştirme ile, teknolojinin kendisi yeni bir terapötik tip için faydalı olabilir. Gen terapisi için yeni bir yaklaşım sağlayabilir. Ancak, bu ilerlemeler bir yoldur. Şimdilik, bu yeni araştırma aracının hızlı gelişimini izlemek ve izin verebileceği deney türlerini düşünmek heyecan vericidir.
(Yayınlanan: 30 Eylül 2013)