GDO (Genetiği Değiştirilmiş Organizmalar) çalışmaları ile yiyeceklerin görünümleri ve tatları değiştirilebilir. Yiyeceklerin genetiğini değiştirme yollarından biri gen düzenleme yöntemi olan CRISPR-CAS9 yöntemidir. Nobel ödüllü genetik çalışması CRISPR-CAS9 ile genetik düzenlemelerin yapılması hedeflenmektedir. Aslında bu keşif sadece yiyecekler ile sınırlı değildir. Aynı şekilde genetik hastalıkların tedavi edilmesi de hedeflenmektedir.

CRISPR-CAS9 çalışmasını anlatmadan önce bazı bilgileri hatırlamak faydalı olabilir. Canlılığı oluşturan en temel birim hücredir. Hücrelerimiz içerisinde genetik kodumuz yani DNA bulunur. Genetik kodumuz: A, T, G, C harfleri ile gösterilen bazlardan oluşur. DNA’yı uzun bir fermuara benzetebiliriz ve fermuarın her iki tarafında 4 harf birbiri ile eşleşmektedir. Buradaki harflerin özel dizimine göre fenotipik özelliklerimiz yani dış görünüşümüz ve vücudumuzda gerçekleşen solunum gibi her türlü metabolik faaliyetler düzenlenir.

(Resimde DNA’nın nasıl göründüğü gösterilmektedir. (Fermuar üzerinde A, T ve G, C bazları eşleşmiş ve daha sonra sarmal şeklinde kıvrılmış gibi hayal edebiliriz.))

Genetik hastalıkları, fermuarda kapanmayan bir kısım gibi düşünebiliriz. Bu kısım cas9 enziminin makas gibi kesmesiyle çıkarılmaktadır. Boş kalan kısma yeni bir parça yani 4 harften biri veya birkaçı yerleştirilmektedir. Yerleştirilen parça, doğal olarak DNA tarafından birleştirilir.

CRISPR-CAS9 Nasıl Çalışır?

CRISPR-CAS9, aslında bilim insanları tarafından icat edilen yeni bir mekanizma değildir. Doğanın gerçek mühendisleri olan bakterilerin zaten kullandığı bir mekanizmadır. Bazı virüs türleri, bakteri hücresine kendi genetik kodu ile girerek bakteriye zarar verir. Bakteri kendini savunmak için virüsün genetik kodunu parçalar ve kendi içerisinde çoğalmasını önler.

Bakterinin kodu parçalama için kullandığı enzim cas9’dur. 2012 yılından 2020 yılına kadar yapılan araştırmalarda CRISPR-CAS9 mekanizması ve mekanizmada kullanılan enzim ve yardımcı diğer moleküller keşfedilmiştir. Çalışma 8 yıl sonra tamamlanarak Nobel ödülü almıştır.

Virüs genetik kodu bakteri içerisine girdiğinde, bakteri tarafından fark edilmektedir. Cas9 enzimi virüs genetik kodunu parçalamak için bir rehbere ihtiyaç duymaktadır. Rehber olarak RNA molekülü kullanılmaktadır. “Guide RNA” molekülü virüsün genetik koduna Cas9 enzimini götürür ve enzim kodu keserek parçalamaktadır. Bilim insanları bakteride bulunan enzim ve RNA molekülünü kullanarak benzer çalışmaları bitki, bakteri ve hatta insanlara uygulamaya yönelik çalışmalar yapmaktadır.

CRISPR-CAS9 Bugüne Kadar Hangi Çalışmalarda Kullanıldı?

CRISPR-CAS9 yöntemi bitkilerin kuraklığa karşı direnç kazanmasında, verimi çok olan bitki yetiştiriciliğinde, enfeksiyonlar, kanser ve anemi hastalıkları, kistik fibrozis gibi genetik hastalıkların tedavisinde çalışılmaktadır. Bu çalışmalara bazı örnekler aşağıda verilmiştir.

Patatesin Nişasta Oranının Değiştirilmesinde

Patatesin içerisinde en çok bulunan maddelerden biri nişastadır. Nişasta, amiloz ve amilopektinden oluşur ve bu bileşenlerin oranları patatesin kalitesini, sertliğini, tadını, saklama süresini etkiler. Amiloz ve amilopektin oranları CRISPR-CAS9 yöntemi ile değiştirilmiştir. Amiloz üretiminden sorumlu olan bir gen kesilerek, amiloz oranı azaltılmıştır. Böylece nişasta oranı patateslerde düşürülebilir. Bu tarz patatesler, “waxy (mumlu) -patates” olarak bilinir. Daha fazla nem tutabilen bu patates türünün farklı kullanım alanları vardır.

Akdeniz Anemisinin İyileştirilmesinde

Akdeniz anemisi, genlerde oluşan bir mutasyon sonucunda kırmızı kan hücrelerinin şekil değiştirmesine neden olmaktadır. Kırmızı kan hücrelerinin normal şekli yuvarlaktır ve bu şekilde maksimum oksijen taşırlar. Ancak, hücreler mutasyonla şekil değişikliğine uğradığında oksijen taşıma kapasitesi düşer. Yetersiz oksijen, organlara zarar verebilir ve kişide ağrı oluşumu gibi çeşitli rahatsızlıklara sebep olabilir. Hastalığın kalıcı tedavisi ise kemik iliği nakli ile yapılıyor ancak uygun bağışçı bulma konusunda zorluk yaşanıyor.

Anemi hastalığı olan kişilerde, CRISPR-CAS9 ile mutasyonlu hücrelerde genetik düzenleme yapılmıştır. 1 yıl içinde hastalarda kemik iliği üreten hücrelerin arttığı ve kan değerlerinin iyileştiği görülmüştür.

Virüslerin Etkisiz Hale Getirilmesi

Domuzdan insana yapılan nakillerde yaşanan en büyük sorunlardan biri domuzda bulunan virüslerdir. Domuzlarda bulunan virüs türü (Domuz endojen retrovirüs) CRISPR-CAS9 ile etkisiz hale getirilmiştir. Organ nakil ve doku ihtiyacı, hayvandan insana bu şekilde aktararak karşılanabilir. Ayrıca HIV gibi diğer virüs türlerini de etkisiz hale getirmek için çalışmalar yapılmaktadır.

Gen düzenleme çalışmaları birçok yeniliği beraberinde getirmektedir. Ancak insanlar üzerinde kullanımı güvenliği ve etikliği açısından tartışılmaktadır.

Kaynakça

1. Asmamaw, M., & Zawdie, B. (2021). Mechanism and Applications of CRISPR/Cas-9-Mediated Genome Editing. Biologics : targets & therapy, 15, 353–361. https://doi.org/10.2147/BTT.S326422 

2. Andersson, M., Turesson, H., Nicolia, A. et al. Efficient targeted multiallelic mutagenesis in tetraploid potato (Solanum tuberosum) by transient CRISPR-Cas9 expression in protoplasts. Plant Cell Rep 36, 117–128 (2017). https://doi.org/10.1007/s00299-016-2062-3 

3. Xiao, Q., Guo, D., & Chen, S. (2019). Application of CRISPR/Cas9-Based Gene Editing in HIV-1/AIDS Therapy. Frontiers in cellular and infection microbiology, 9, 69. https://doi.org/10.3389/fcimb.2019.00069 

4. Frangoul, H., Altshuler, D., Cappellini, M. D., Chen, Y. S., Domm, J., Eustace, B. K., Foell, J., de la Fuente, J., Grupp, S., Handgretinger, R., Ho, T. W., Kattamis, A., Kernytsky, A., Lekstrom-Himes, J., Li, A. M., Locatelli, F., Mapara, M. Y., de Montalembert, M., Rondelli, D., Sharma, A., … Corbacioglu, S. (2021). CRISPR-Cas9 Gene Editing for Sickle Cell Disease and β-Thalassemia. The New England journal of medicine, 384(3), 252–260. https://doi.org/10.1056/NEJMoa2031054 

5. Naeimi Kararoudi, M., Hejazi, S. S., Elmas, E., Hellström, M., Naeimi Kararoudi, M., Padma, A. M., Lee, D., & Dolatshad, H. (2018). Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats/Cas9 Gene Editing Technique in Xenotransplantation. Frontiers in immunology, 9, 1711. https://doi.org/10.3389/fimmu.2018.01711 

6. Tiwari, J. K., Buckseth, T., Challam, C., Zinta, R., Bhatia, N., Dalamu, D., Naik, S., Poonia, A. K., Singh, R. K., Luthra, S. K., Kumar, V., & Kumar, M. (2022). CRISPR/Cas Genome Editing in Potato: Current Status and Future Perspectives. Frontiers in genetics, 13, 827808. https://doi.org/10.3389/fgene.2022.827808