Viral genomlar kapsamlı bir şekilde incelenmiş ve CRISPR tabanlı genom düzenleme araçlarının zenginliği ortaya çıkmıştır.
CRISPR-CAS9 NEDİR?
“DNA’da Ameliyat Yapabilen Teknoloji” olarak da anılan CRISPR-Cas9 2020 Nobel Kimya Ödülü ile bilim dünyasında heyecan yaratan bir uygulama. En kısa ve doğru şekliyle CRISPR-Cas9, bir genom düzenleme aracı. Yani genetikçilerin ve tıp araştırmacılarının DNA üzerinde ekleme, çıkarma yapmalarına ya da DNA dizilimini değiştirmelerine olanak tanıyan özgün bir teknoloji. Bugüne kadar kullanılan tekniklerin hepsinden daha hızlı, daha ucuz ve daha yüksek doğruluk oranına sahip olan CRISPR-Cas9, geniş bir uygulama yelpazesine de sahip.
Genetik manipülasyon yöntemleri içinde şu an var olan en basit, çok yönlü ve duyarlı teknik olan CRISPR-Cas9’i oluşturan unsurları şu şekilde incelemek mümkün:
CRISPR’ın açılımı “Clustered Regularly Interspaced Palindromic Repeats”. Tanımın Türkçe’de henüz net bir çevirisi olmamakla birlikte “Düzenli Aralıklı Palindromik Tekrar Kümeleri” şeklinde çevirmek mümkün.
Yazımıza tekrardan dönersek;
Bakteri ve arkelerin mikrobiyolojik dünyasında CRISPR-Cas sistemleri yaygındır ve sıklıkla hücrelerin virüslere karşı savaşmasına yardımcı olur. Ancak, 23 Kasım’da Cell’de yayınlanan bir çalışmaya göre, bu mikropları enfekte edebilen virüslerin kamuya açık olan genom dizilerinin %0,4’ü CRISPR-Cas sistemleri içeriyor. Araştırmacılar, virüslerin birbirleriyle rekabet edebilmek ve belki de konakçının gen aktivitesini kendi yararlarına değiştirebilmek için CRISPR-Cas kullandıklarına inanıyor.
Bu viral sistemlerden bazıları bitkilerin ve memelilerin genomlarını değiştirme yeteneğine sahiptir ve laboratuvarda faydalı olabilecek kompakt bir yapı ve etkili düzenleme gibi niteliklere sahiptir.
Bethesda, Maryland’deki ABD Ulusal Biyoteknoloji Bilgi Merkezi’nden hesaplamalı biyolog Kira Makarova’ya göre, “bu, CRISPR-Cas sistemlerinin muazzam çeşitliliğinin tanımlanmasında ileriye doğru atılmış büyük bir adım.” “Burada pek çok yenilik bulundu,”
CRISPR-Cas en yaygın olarak laboratuvarda genomları değiştirmek için kullanılır, ancak doğal dünyada temel bir bağışıklık sistemi olarak da hareket edebilir. CRISPR-Cas sistemleri örneklenen arkeaların %85’inde ve örneklenen bakterilerin yaklaşık %40’ında mevcuttur.
Bu mikroorganizmalar sıklıkla bir virüsün genomunun bölümlerini ele geçirme ve dizileri CRISPR dizisi olarak bilinen kendi genomlarının bir bölümünde saklama yeteneğine sahiptir. Daha sonra, CRISPR dizileri şablon olarak kullanılarak, CRISPR-ilişkili (Cas) enzimlere uygun DNA’yı kesme talimatı veren RNA’lar yapılır.
Viral DNA’yı bu şekilde dilimleyerek, dizi taşıyan mikroorganizmalar viral enfeksiyonları önleyebilir.
Araştırmacılar daha önce viral genomlarda CRISPR-Cas’ın izole örneklerini keşfetmişlerdi. Virüsler zaman zaman konakçılarının genomlarından küçük parçalar alırlar. Çalınan DNA parçacıkları virüse rekabet avantajı sağlıyorsa, viral yaşam tarzına daha iyi uyması için saklanabilir ve zaman içinde ince bir şekilde değiştirilebilir.
Örneğin, Vibrio cholera bakterisinin antiviral savunmasını kodlayan DNA, CRISPR-Cas kullanan bir virüs tarafından kesilmiş ve çalışamaz hale getirilmiştir.
Her ikisi de moleküler biyolog olan Kaliforniya Üniversitesi, Berkeley’den Jennifer Doudna ve Jillian Banfield, bakteri ve arkeaları enfekte eden virüsler olan fajlardaki CRISPR-Cas sistemlerini daha kapsamlı bir şekilde araştırmaya karar verdiler. Bilinen her çeşit CRISPR-Cas sisteminin örnekleri de dahil olmak üzere yaklaşık 6.000 tane olduğunu keşfettiklerinde şok oldular. Doudna’ya göre, “Kanıtlar bunların fajlar için yararlı mekanizmalar olduğunu gösteriyor.”
Araştırmacılar, tipik CRISPR-Cas yapısında, bazıları temel bileşenlerden yoksun ve diğerleri dikkat çekici derecede kompakt olan çok çeşitli varyasyonlar keşfetti. Paris’teki Fransız Ulusal Bilimsel Araştırma Merkezi’nde faj ekolojisi ve evrimine odaklanan bir araştırmacı olan Anne Chevallereau’ya göre, “faj kodlu CRISPR-Cas sistemleri nadir olsa bile, olağanüstü derecede çeşitlidir ve geniş bir alana yayılmıştır.”
Viral genomlar genellikle küçük olduğundan, bazı viral Cas enzimleri oldukça küçüktür. Daha küçük enzimlerin hücrelere taşınmasının kolay olması nedeniyle, bu durum genom düzenleme uygulamaları için özellikle avantajlı olabilir. Doudna ve çalışma arkadaşlarının araştırmasına göre, tere (Arabidopsis thaliana), buğday ve insan böbrek hücrelerinden laboratuvarda yetiştirilen hücrelerin genomlarının tümü, Cas olarak bilinen bir grupta keşfedilen bazı küçük Cas enzimleri kullanılarak düzenlenebilir.
Bulgular, viral Cas enzimlerinin bakterilerde bulunan gen düzenleme araçlarının genişleyen grubuna katılabileceği anlamına geliyor. Doudna, doğada daha fazla küçük Cas enzimi bulunmasına rağmen, bunların çoğunun şimdiye kadar genom düzenleme uygulamaları için oldukça etkisiz olduğunu gösterdiğini iddia ediyor.
Buna karşılık, birkaç viral Cas enzimi hem kompakt hem de çok etkilidir.
Araştırmacılar bu arada mikroorganizmalardaki mevcut CRISPR-Cas sistemlerinde potansiyel iyileştirmeler aramaya devam edecekler. Makarova, araştırmacıların ayrıca plazmidlere, yani bir mikroptan diğerine geçebilen DNA iplikçiklerine dahil edilmiş CRISPR-Cas sistemlerini de arayacaklarını tahmin ediyor.
Kaynak: nature.com/articles/d41586-022-03837-8
