2013’te iki biyokimyacı, genleri manipüle etmenin potansiyel olarak oyunun kurallarını değiştiren bir yöntem keşfettiklerini ilan eden bir makale yayınladılar. Kulağa vejetaryen bir gastro pub gibi gelen CRISPR, her birine birer Nobel Ödülü kazandırdı.

O zamandan beri, CRISPR (veya Kümelenmiş Düzenli Aralıklı Kısa Palindromik Tekrarlar) abartıya kadar yaşadı. Küresel bilimsel manzarayı değiştirdi ve bilim adamlarının ve sağlık hizmeti sağlayıcılarının ne tür devrim niteliğindeki değişikliklerin peşine düşebileceği – ve takip etmesi gerektiği – hakkında soruları gündeme getirdi.

Ya gıdaları alerjisiz ve mahsulleri kuraklığa dayanıklı hale getirebilirsek? Ya istilacı türleri ortadan kaldırabilir ve sıtma gibi bulaşıcı hastalıklara karşı koruyabilirsek? Ya soyu tükenmiş türleri canlandırabilseydik? Kalıtsal koşullara neden olan mutasyonları ortadan kaldırabilir veya onarabilirsek ne olur? Veya bir bireyin kanserini tedavi etmek için özel immünoterapiler mi yaratıyorsunuz?

Beklentiler bu kadar heyecan verici.

Genetik anlayışınız lise biyolojisi ile başlayıp bitiyorsa – veya (çok kurgusal) Jurassic Parkı filmler — yalnız değilsiniz. Bu iş karmaşık. Bu nedenle genomik ve immünoterapi uzmanı Timothy Chan, MD, PhD’den CRISPR’yi bizim için açıklamasını istedik, böylece on yıldan fazla bir süre sonra neden hala araştırmacıları bu kadar heyecanlandırdığını daha iyi anlayabiliriz.

Gen düzenleme nedir?

CRISPR’a geçmeden önce, gen düzenleme kavramıyla başlayalım.

Gen düzenleme, genetik materyali (DNA) değiştirme işlemidir. Bu, birkaç bireysel geni veya tüm bir diziyi değiştirmek anlamına gelebilir. İnsanlarda ciddi sağlık koşullarına neden olan mutasyonlar üzerinde gen düzenlemeyi kullanmayı inceleyen araştırmalar on yıldan uzun süredir devam etmektedir. Bu gen düzenleme araştırmasının amacı, sağlık durumuna neden olan mutasyonu ortadan kaldırmak veya düzeltmektir. potansiyel belirli kanserler gibi birine neden olmak. Diğer araştırma çalışmalarında, bir mutasyonun doğumda çocuklara geçmesini önlemek için gen düzenleme araştırılmaktadır.

Örneğin, ABD Gıda ve İlaç İdaresi (FDA), 2022’nin sonlarında hemofili B’li kişilerde kanın pıhtılaşması için gerekli bir geni tanıtan bir gen terapisini onayladı. Bu, günümüzde kullanımda olan birkaç hücresel ve gen terapisi ürününden biridir.

Gen düzenleme için birçok farklı teknik ve uygulama vardır. CRISPR, devam eden klinik deneylerde umut vaat eden bir gen düzenleme yaklaşımıdır.

CRISPR teknolojisi

Artık gen düzenlemenin ne olduğu konusunda net olduğumuza göre, özel bir yaklaşıma odaklanalım: CRISPR.

Dr. Chan, CRISPR olarak da bilinen Kümelenmiş Düzenli Aralıklı Kısa Palindromik Tekrarlar, “ilk olarak bakterilerde bakteriyel bir savunma sistemi olarak tanımlandı” diyor.

Bu doğru. Bakterilerin de bağışıklık sistemleri vardır.

CRISPR, düşmanca virüslerden veya diğer varlıklardan arta kalan DNA dizileri olan “aralayıcılar” ve ayrıca genetik materyalin tekrar eden bölümlerini içerir. Bu diziler, kazanılmış bağışıklık sağlar ve gen düzenleme sistemi veya sürecinin yapı taşlarını oluşturur. Genetik materyaldeki enzimlerin canlı hücrelerdeki DNA dizilerinde değişiklik yapmasına izin veren bir tür plan oluşturur. Bu amaçla kullanılan en iyi bilinen enzimlerden biri Cas9’dur, bu nedenle bazen insanların CRISPR-Cas9 hakkında konuştuğunu duyarsınız.

“Yıllar geçtikçe, insanlar CRISPR’ın çalışmasına izin veren spesifik enzimlerin Cas9’un da onlardan biri olduğunu keşfettiler. Ancak başkaları da var ve yapılacak belirli kesimler için DNA’daki ilgili dizileri hedeflemek üzere uyarlanabiliyorlar,” diye açıklıyor Dr. Chan.

CRISPR düzenlemesi nasıl çalışır?

CRISPR gen düzenlemesinin altında yatan mekanizmayı, manyetik şekillerin birbirine çizilme şekline veya Lego bloklarının birbirine uyma şekline benzer olarak düşünebilirsiniz.

CRISPR’deki segmentler RNA’ya kopyalanır. Bu RNA, bir kişinin vücudundaki mevcut DNA ile eşleşen bir kılavuz dizi içerir.

Chan, “Bu kılavuz dizisi, istediğiniz şeye göre uyarlanabilir” diyor. “Ve sonuç olarak, hedeflediğiniz genomun bir bölümünde yüksek derecede doğrulukla belirli değişiklikler veya mutasyonlar yapabilirsiniz.”

Bu rehber dizisi ile sürüşün yanı sıra Cas9 gibi bir enzim var.

Kılavuz dizi ve enzim, düzenlemek için istenen DNA’yı bulduğunda, enzim daha sonra işine başlayabilir. Kendini bu DNA’ya bağlar ve ister bir kesik ister başkalaşım olsun, değişiklikler yapar.

Dr. Chan, CRISPR teknolojisinin çok yol kat ettiğini söylüyor. “İlk nesil CRISPR, genleri etkisiz hale getirmenin harika bir yoluydu. Sadece genlerde bir kırılma yaptı. Daha sonra DNA, doğal onarım enzimleriyle dolacaktı.”

Ancak CRISPR’nin yeni sürümleri — CRISPR prime veya CRISPR HD gibi — daha gelişmiştir.

Dr. Chan, “Bunlar gerçek değiştirmelerin gerçekleşmesine izin verebilir” diye devam ediyor. Hatta genomdaki harflerden biri olan bir diziyi başka bir harfle çok doğru bir şekilde değiştirebilirsiniz. Ve belirli mutasyonlar yapabilirsiniz.”

CRISPR’nin çok spesifik, çok küçük kesintiler yapma yeteneği, sağlık hizmeti sağlayıcılarının belirli genetik hastalıkları nasıl ele alabileceklerini dönüştürme potansiyeline sahiptir.

Dr. Chan, insan deneklerde devam eden klinik deneylerin başarısına dayanarak CRISPR’nin geleceği konusunda iyimser. “Tek bir mutasyona uğramış genin neden olduğu her türlü genetik hastalık için, onu mutasyona uğratmak ve normal hale getirmek için CRISPR’yi kullanabilirsiniz. Bu yüzden faydalıdır. Bu, genomdaki hataları değiştirmemizin bir yolu.”

“Şu anda CRISPR, genlerdeki tek bir değişikliği düzeltmeye yönelik” diye ekliyor. “Gelecekte kombinasyonlar mümkün olsa da, henüz orada değiliz.”

FDA onaylı mı?

Dr. Chan, gen düzenlemenin halihazırda kullanımda olmasına rağmen, CRISPR’nin hâlâ klinik deneme aşamasında olduğunu söylüyor. “Araştırma laboratuvarlarında ve endüstrilerde her zaman kullanılıyor” diyor. “Birçok klinik deney, CRISPR’yi genetik hastalıklar ve kanser ortamında test ediyor.”

İlginç bir şekilde, CRISPR belirli hastalıkları tespit etmek için kullanılabilir. En iyi bilinen örnek, 2020’de FDA’dan acil kullanım izni (EAU) alan bir COVID-19 testi olan Sherlock CRISPR SARS-CoV-2 Kitidir.

“Ancak şu anda FDA onaylı bir CRISPR tedavisi yok. Klinik deneyler devam ediyor” dedi.

Bunlar, kistik fibroz, Huntington hastalığı ve kas distrofisi gibi genetik hastalıkları düzeltmek için CRISPR’ye bakan denemeleri içerir.

Dr. Chan ayrıca, kan bozukluklarına yönelik süreçte CRISPR’nin duruma neden olan gen değişikliğini düzeltmek için kullanıldığı önemli klinik deneyler olduğunu ekliyor. Örnek olarak, orak hücre hastalığı ve β-talasemi için CRISPR-Cas9 gen düzenlemesine bakan ve hakkında 2021’in başlarında yazılan bir denemeden bahsediyor. New England Tıp Dergisi. β-talasemi, vücudun kırmızı kan hücrelerinde ana bileşen olarak işlev gören demir açısından yoğun bir protein olan hemoglobin oluşturma yeteneğini etkileyen kalıtsal bir kan bozukluğudur.

CRISPR’nin belirli kanserleri tedavi etmek için kullanılıp kullanılamayacağını görmek isteyen klinik deneyler de vardır. Dr. Chan, kimerik antijen reseptörü (CAR) T-hücresi tedavisinin lösemiler için onaylanan ilk gen tedavilerinden biri olduğuna dikkat çekiyor. Mevcut araştırma, CRISPR teknolojisinin bu tedaviyi daha da etkili hale getirip getiremeyeceğini araştırıyor.

“CAR T-hücresi tedavisinde, birinden T-hücrelerini alıp bir alıcıya koyuyorsunuz – bu hücrelerin kanser hücrelerini hedef alması için yeni bir yol – ve sonra bu hücreleri hastaya geri koyuyorsunuz” diye açıklıyor. “Araştırmacılar şu anda bu T hücrelerini daha da aktif hale getirmek için CRISPR kullandıkları denemeler yapıyorlar.”

CRISPR terapileri birçok farklı biçimde olabilir. CRISPR daha önce doğrudan vücuda yerleştirildi. 2020’de nadir bir kalıtsal körlük bozukluğu olan yedi kişinin gözlerine enjekte edilmesi ünlüydü ve bunlardan ikisi daha sonra NPR’ye renkleri görme yeteneklerini bir miktar geri kazandıklarını söyledi. Şu anda CRISPR’yi jeller ve kremler, yiyecek veya içecek, deri nakli veya enjeksiyonlar yoluyla ileten insan denemeleri devam ediyor. Ex-vivo teslimat da yaygındır: İşte o zaman CRISPR, vücut dışındaki bir hücreyi değiştirmek için kullanılır. Hücreler daha sonra zararsız bir virüs kullanılarak vücuda yeniden yerleştirilir.

Sonuçlar şu ana kadar umut vericiydi. Dr. Chan, “Önümüzdeki üç ila beş yıl içinde – muhtemelen daha da erken – bazı hastalıkları tedavi etmek için onay alacağımıza inanıyorum” diyor.

Riskler ve faydalar

Dr. Chan, her türlü CRISPR terapisinde “hedef dışı etkiler” veya beklenmeyen yan etkiler oluşma riski olduğunu söylüyor.

“DNA gibi temel bir şeyi değiştirdiğinizde, ne olabileceğini bilemezsiniz” diye açıklıyor. “Beklenmedik şeyler için her zaman bir şans vardır. Potansiyel olarak DNA’nız üzerinde amaçlanmayan etkilere sahip olabilirsiniz.

Şu anda, bu etkilerin ne olabileceğine dair belirli bir örneği yok ve mevcut araştırmaların riskin oldukça düşük olduğunu öne sürdüğünü belirtiyor. Yine de, gelecekteki araştırmalardan elde edilen veriler farklı bir hikaye anlatabilir.

Dr. Chan yine de önümüzdeki yıllarda CRISPR için “çok fazla potansiyel” görüyor.

“Alan çok hızlı hareket ediyor” diyor. “Kullanılmakta olan gerçek CRISPR araçlarının sürekli olarak geliştiğini görüyoruz.

“Yapabilecekleriniz açısından daha doğru ve daha esnek hale geliyor. CRISPR’nin şu anda daha az hedef dışı etkiyle çok spesifik, çok doğru değişikliklere izin veren çeşitli tasarlanmış değiştirilmiş varyantları var. Bu yüzden geleceğin çok parlak olduğunu düşünüyorum.”