CRISPR’nin Birçok Kullanımı: Bilim Adamları Her Şeyi Anlatıyor

Akıllı telefonlar, süper yapıştırıcı, elektrikli arabalar, görüntülü sohbet. Yeni bir teknolojinin mucizesi ne zaman tükenir? Varlığına o kadar alıştığında artık aklına gelmiyor mu? Daha yeni ve daha iyi bir şey geldiğinde? Daha önce işlerin nasıl olduğunu unuttuğunda?

Cevap ne olursa olsun, gen düzenleme teknolojisi CRISPR henüz bu noktaya ulaşmadı. Jennifer Doudna ve Emmanuelle Charpentier, buluşlarını ilk kez tanıtmalarından on yıl sonra, CRISPR, iddialı bilimsel projelerin ve karmaşık etik tartışmaların merkezinde olmaya devam etti. Keşif için yeni yollar yaratmaya ve eski çalışmaları canlandırmaya devam ediyor. Biyokimyacılar ve diğer bilim adamları da kullanır: entomologlar, kardiyologlar, onkologlar, zoologlar, botanikçiler.

Bu araştırmacılar için, mucizenin bir kısmı hala orada. Ancak tamamen yeniliğin heyecanının yerini açık olasılıklar ve devam eden projeler aldı. İşte bunlardan birkaçı.

Botanik

domates kraliçesi

İngiltere, Norwich’teki John Innes Center’da botanikçi olan Cathie Martin ve X-Men süper kahraman takımının kurucusu Charles Xavier: İkisi de mutantları sever.

Ancak Profesör X’in süper güçlü insan mutantlarına yakınlığı olsa da, Dr. Martin kırmızı ve sulu tipten yanadır. Dr. Martin, gıdaları, özellikle de onun durumunda domatesleri daha sağlıklı, daha sağlam ve daha uzun süre üretmenin yollarını bulma umuduyla bitki genomlarına odaklanan araştırması hakkında, “Her zaman mutantları arzuladık, çünkü bu, işlevselliği anlamamızı sağladı” dedi kalıcı.

CRISPR-Cas9 ortaya çıktığında, Dr. Martin’in meslektaşlarından biri ona hediye olarak mutant bir domates yapmayı teklif etti. Biraz şüpheciydi, ama ona, “Klorojenik asit üretmeyen bir domatesi çok isterim” dedi, sağlığa yararları olduğu düşünülen bir madde; onsuz domates daha önce bulunmamıştı. Dr. Martin, anahtar gen dizisi olduğuna inandığı şeyi kaldırmak ve ne olduğunu görmek istedi. Yakında laboratuvarında klorojenik asit içermeyen bir domates vardı.

Mutantları aramak yerine onları yaratmak artık mümkündü. Dr. Martin, “Bu mutantları elde etmek çok verimliydi ve çok harikaydı, çünkü bize sahip olduğumuz tüm bu hipotezleri doğrulamamızı sağladı” dedi.

Son zamanlarda, Dr. Martin’in laboratuvarındaki araştırmacılar, güneş ışığına maruz kaldığında D vitamini biriktirebilen bir domates bitkisi oluşturmak için CRISPR kullandılar. Sadece bir gram yaprak, yetişkinler için önerilen günlük değerin 60 katını içeriyordu.

Dr. Martin, CRISPR’nin geniş bir gıda modifikasyonu yelpazesinde kullanılabileceğini açıkladı. Cevizlerdeki alerjenleri potansiyel olarak ortadan kaldırabilir ve suyu daha verimli kullanan bitkiler yaratabilir.

Dr. Martin, “D vitamini ile yaptığımız şeyin herhangi bir gıda güvensizliği sorununu çözeceğini iddia etmiyorum” dedi, “ama bu sadece iyi bir örnek. İnsanlar tutunabilecekleri bir şeye sahip olmayı severler ve bu da orada. Bu bir vaat değil.”

Bulaşıcı hastalık

Afrika’nın Uzak Bölgelerine Test Getirmek

Nijerya’daki Afrika Enfeksiyon Hastalıkları Genomik Mükemmeliyet Merkezi’ni yöneten bir biyolog olan Christian Happi, kariyerini hayvanlardan insanlara yayılan bulaşıcı hastalıkların yayılmasını tespit etmek ve kontrol altına almak için yöntemler geliştirmekle geçirdi. Bunu yapmanın mevcut yollarının çoğu maliyetli ve yanlıştır.

Örneğin, bir polimeraz zincir reaksiyonu veya PCR testi yapmak için, “gidip RNA’yı çıkarmanız, 60.000 dolarlık bir makineye sahip olmanız ve özel olarak eğitilmiş birini işe almanız” gerekir, dedi Dr. Happi. Bu tür testleri en uzak köylere götürmek hem maliyetli hem de lojistik açıdan mantıksız.

Yakın zamanda Dr. Happi ve işbirlikçileri, patojenlerle ilişkili genetik dizileri hedefleyerek vücuttaki hastalıkları tespit etmek için CRISPR-Cas13a teknolojisini (CRISPR-Cas9’un yakın bir akrabası) kullandılar. Pandeminin Nijerya’ya ulaşmasından sonraki birkaç hafta içinde SARS-CoV-2 virüsünü dizileyebildiler ve yerinde ekipman veya eğitimli teknisyenler gerektirmeyen bir test geliştirdiler – sadece tükürmek için bir tüp.

Dr. Happi, “Eğer pandemi hazırlığının geleceğinden bahsediyorsanız, bundan bahsediyorsunuz” dedi. “Büyükannemin bunu köyünde kullanmasını isterdim.”

CRISPR tabanlı tanı testi, sıcakta iyi çalışır, kullanımı oldukça kolaydır ve standart bir PCR testinin onda birine mal olur. Yine de Dr. Happi’nin laboratuvarı teknolojinin doğruluğunu sürekli olarak değerlendiriyor ve Afrika halk sağlığı sistemlerindeki liderleri onu benimsemeye ikna etmeye çalışıyor.

Tekliflerini “daha ​​ucuz, daha hızlı, ekipman gerektirmeyen ve kıtanın en ücra köşelerine itilebilen” bir öneri olarak nitelendirdi. Bu, Afrika’nın doğal alanı dediğim alanı işgal etmesine izin verecek.”

Kalıtsal Hastalık

Orak Hücre Hastalığı için Bir Tedavi Aramak

Başlangıçta çinko parmak nükleaz vardı.

Bu, Rice Üniversitesi’nde biyokimya mühendisi olan Gang Bao’nun, biçimsiz kırmızı kan hücreleriyle işaretlenmiş kalıtsal bir hastalık olan orak hücre hastalığını tedavi etmek için ilk kez kullandığı gen düzenleme aracıydı. Dr. Bao’nun laboratuvarında iki yıldan fazla bir geliştirme süreci gerekti ve ardından çinko parmak nükleazı, orak hücre dizisini başarılı bir şekilde ancak yüzde 10 civarında kesebildi.

Başka bir teknik iki yıl daha sürdü ve sadece biraz daha etkiliydi. Ve sonra, 2013’te, canlı hücrelerdeki genleri başarılı bir şekilde düzenlemek için CRISPR’nin kullanılmasından kısa bir süre sonra, Dr. Bao’nun ekibi yeniden yön değiştirdi.

Dr. Bao, “Başlangıçtan bazı ilk sonuçların alınmasına kadar, CRISPR bizi bir ay kadar sürdü,” dedi. Yöntem, hedef diziyi zamanın yaklaşık yüzde 60’ında başarıyla kesti. Yapması daha kolay ve daha etkiliydi. “Bu sadece harikaydı” dedi.

Bir sonraki zorluk, sürecin yan etkilerini belirlemekti. Yani, CRISPR, bilerek hedef alınmayan genleri nasıl etkiledi? Hayvanlar üzerinde yapılan bir dizi deneyden sonra Dr. Bao, yöntemin insanlar için işe yarayacağına ikna oldu. 2020’de Gıda ve İlaç Dairesi, Dr. Matthew Porteus ve Stanford Üniversitesi’ndeki laboratuvarı tarafından yürütülen ve devam etmekte olan bir klinik deneyi onayladı. Ayrıca, CRISPR’nin çok yönlülüğü ile diğer kalıtsal hastalıkları tedavi etmek için kullanılabileceğine dair bir umut da var. Aynı zamanda, orak hücre için gen düzenlemeye dayanmayan diğer tedaviler de başarılı oldu.

Dr. Bao ve laboratuvarı hala CRISPR kullanmanın tüm ikincil ve üçüncül etkilerini belirlemeye çalışıyor. Ancak Dr. Bao, orak hücre için güvenli ve etkili bir gen düzenleme tedavisinin yakında bulunacağı konusunda iyimser. Ne kadar yakın? “Sanırım üç ila beş yıl daha var,” dedi gülümseyerek.

Kardiyoloji

Kalbin Sırlarına Bakmak

Birinin kalbini değiştirmek zordur. Ve bu sadece çoğu zaman inatçı olduğumuz ve yollarımıza saplanıp kaldığımız için değil. Kalp, diğer birçok organdan çok daha yavaş bir hızda yeni hücreler üretir. İnsan anatomisinin diğer bölümlerinde etkili olan tedaviler, kalp için çok daha zorludur.

Birinin kalbinde ne olduğunu bilmek de zordur. Tüm bir genomu sıraladığınızda bile, bilim adamları ve doktorlar için gizemli kalan bir dizi segment vardır (belirsiz öneme sahip varyantlar olarak adlandırılır). Bir hastanın kalp rahatsızlığı olabilir, ancak bunu kesin olarak genlerine bağlamanın bir yolu yoktur. Stanford Kardiyovasküler Enstitüsü müdürü Dr. Joseph Wu, “Sıkışmış durumdasınız,” dedi. “Yani geleneksel olarak sadece bekler ve hastaya neler olduğunu bilmediğimizi söylerdik.”

Ancak son birkaç yıldır, Dr. Wu, laboratuvarında kandan üretilen uyarılmış pluripotent kök hücrelerle simüle edilen bu şaşırtıcı dizilerin varlığının ve yokluğunun kalp hücreleri üzerinde ne tür etkileri olduğunu görmek için CRISPR kullanıyor. Dr. Wu ve işbirlikçileri, belirli genleri keserek ve etkileri gözlemleyerek, bireysel hastaların DNA’sı ile kalp hastalığı arasında bağlantılar kurabildiler.

Bu hastalıkların CRISPR ile tedavi edilebilmesi uzun zaman alacaktır, ancak teşhis ilk adımdır. Kendi genom dizilimini yaptırdığında önemi belirsiz en az üç varyant bulduğunu belirten Dr. Wu, “Bunun kişiselleştirilmiş tıp açısından büyük bir etkisi olacağını düşünüyorum” dedi. “Bu varyantlar benim için ne anlama geliyor?”

biyoteknoloji

Tahılları Yeniden Keşfetmek

Sorgum tüm dünyada ekmek, alkol ve tahıllarda kullanılmaktadır. Ancak ticari olarak buğday veya mısırla aynı derecede tasarlanmamıştır ve işlendiğinde genellikle o kadar lezzetli değildir.

Avustralya’daki Queensland Üniversitesi’nde biyoteknoloji uzmanı olan Karen Massel, 2015 yılında bitkiyi ilk incelemeye başladığında, iyileştirme için oldukça fazla alan olduğunu gördü. Ve dünya çapında milyonlarca insan sorgum yediği için, “küçük bir değişiklik yaparsanız, büyük bir etki” dedi.

O ve meslektaşları, sorgumu dona dayanıklı hale getirmek, ısıya dayanıklı hale getirmek, büyüme süresini uzatmak, kök yapısını değiştirmek için CRISPR’ı kullandılar – “gen düzenlemesini her yerde kullanıyoruz” dedi.

Bu sadece daha lezzetli ve sağlıklı tahıllara yol açmaz, aynı zamanda bitkileri değişen iklime karşı daha dirençli hale getirebilir, dedi. Ancak ekinlerin genomlarını CRISPR ile doğru bir şekilde düzenlemek hala küçük bir iş değil.

Dr. Massel, “Nakavt ettiğimiz genlerin yarısının ne yaptıkları hakkında hiçbir fikrimiz yok” dedi. “Oraya girmeye ve Tanrı’yı ​​oynamaya çalıştığımız an, derinliğimizi biraz aştığımızı fark ediyoruz.” Ancak, daha geleneksel yetiştirme teknikleriyle birlikte CRISPR’yi kullanan Dr. Massel, kendini kötümser olarak tanımlamasına rağmen iyimserdir. Ve daha fazla ilerlemenin, genetiği değiştirilmiş gıdaların ticarileştirilmesine yol açarak onları daha erişilebilir ve daha kabul edilebilir hale getirmesini umuyor.

onkoloji

Kanserler İçin Yeni Bir Tedavi

2012 yılında 6 yaşında bir kız çocuğu akut lenfoblastik lösemi hastasıydı. Kemoterapi başarısız olmuştu ve vaka kemik iliği nakli için fazla ilerlemişti. Başka seçenek yok gibi görünüyordu ve kızın doktorları anne babasına eve gitmelerini söyledi.

Bunun yerine, doktorların, kızın beyaz kan hücrelerini kansere karşı dönüştürmek için kimerik antijen reseptörü (CAR) T-hücresi tedavisi adı verilen deneysel bir tedavi kullandığı Philadelphia Çocuk Hastanesine gittiler. On yıl sonra kız kanserden kurtulur.

O zamandan beri, Pennsylvania Üniversitesi’nde CAR T-hücre tedavisinin geliştirilmesine yardımcı olan bir tıp profesörü olan Dr. Carl June ve Penn Medicine’de hematolog-onkolog olan Dr. Ed Stadtmauer dahil olmak üzere işbirlikçileri, onu iyileştirmek için çalışıyorlar. Bu, vücut dışındaki T hücrelerini düzenlemek için en basit ve en doğru araç olan CRISPR’yi kullanmayı içerir. Çeşitli kan ve lenf sistemi kanserleriyle uğraşma konusunda uzmanlaşmış olan Dr. Stadtmauer, “son on yılda bu hastalıkların tedavisinde bir devrim yaşandı; ödüllendirici ve heyecan verici oldu.”

Geçtiğimiz birkaç yıl içinde Dr. Stadtmauer, tedaviye dirençli kanserli hastalara önemli CRISPR düzenlemesi yapılan T hücrelerinin yerleştirildiği bir klinik denemenin yürütülmesine yardımcı oldu. Sonuçlar umut vericiydi.

Dr. Stadtmauer, “Çok kötü prognozları olan hastalar şimdi çok daha iyi durumda ve bazıları tedavi ediliyor” dedi. Hastaları izlemeye devam etti ve düzenlenmiş T hücrelerinin hala kanda bulunduğunu ve bir nüks durumunda tümör hücrelerine saldırmaya hazır olduğunu buldu.

Gerçek fayda, bilim adamlarının artık CRISPR destekli tedavilerin mümkün olduğunu bilmeleridir.

Dr. Stadtmauer, “Gerçekten bir tür bilim kurgu-biyokimya ve bilim olsa da, gerçek şu ki alan muazzam bir şekilde hareket etti” dedi. Bilim tarafından CRISPR’nin ne kadar yararlı hale geldiğinden daha az heyecanlandığını ekledi. “Her gün bana ihtiyacı olan belki 15 hasta görüyorum” dedi. “Beni motive eden şey bu.”