Ara

Araştırmacılar, Tasarlanmış Bir 'Mini' CRISPR Genom Düzenleme Sistemi Geliştirdi


CRISPR genom düzenleme tekniğinin ortak analojisi DNA molekülünü, spesifik bir bölgesinden keserek moleküler makas işlevi görmesidir. Stanford Üniversitesi’nden Biyomühendis Dr. Stanley Qi, bu benzetmeyi yapmaktadır fakat CRISPR sistemini bir İsviçre Çakısı olarak yeniden dizayn etmenin zamanı geldiğini ifade etmektedir.


3 Eylül Cuma günü Molecular Cell dergisinde Qi ve araştırma ekibinin CRISPR için geliştirdikleri verimli, çok amaçlı ve mini bir CRISPR sisteminin araştırma yazısı yayınlanmıştır. Yaygın olarak kullanılan CRISPR Cas9 ve Cas12a’daki CRISPR ile ilişkili proteinler (Cas) için Cas9 ve Cas12a 1000 ila 1500 amino asitten oluşurken Stanley Qi ve ekibi tarafından geliştirilen mini CRISPR sistemindeki CasMINI 529 amino asitten oluşmaktadır.


Araştırmayı yürüten bilim insanları yaptıkları deneyler sonucunda CasMINI’nin diğer Cas enzimlerinde olduğu gibi genetik şifreyi silebileceğini, etkinleştirebileceğini ve düzenleyebileceğini ispatlamışlardır. Daha küçük bir boyuta sahip olması nedeniyle insan vücuduna ve hücrelerine iletmenin daha kolay olacağını ve böylelikle de göz hastalıkları gibi, organ dejenerasyonu gibi, genetik hastalıkların tedavisi gibi işlemlerde daha potansiyel bir araç haline getirmektedir.


Israrlı çabalar


Sistemi mümkün olduğunca küçük yapmak için araştırmacılar, yalnızca yaklaşık 400 ila 700 amino asit içeren, CRISPR proteini Cas12f (Cas14 olarak da bilinir) ile başlamaya karar vermişlerdir. Bununla birlikte, diğer CRISPR proteinleri gibi, Cas12f de doğal olarak Archaea'dan (tek hücreli organizmalar) kaynaklanmaktadır; bu, memeli hücrelerine çok uygun olmadığı anlamına gelmektedir. Memeli hücrelerinde değişiklik yapılmadan sadece birkaç CRISPR proteininin çalıştığı bilinmektedir. Ne yazık ki, Cas12f onlardan biri değildir. Bu, Qi gibi biyomühendisler için cazip bir hale gelmektedir.


Gerçekten de, Qi laboratuvarında doktora sonrası araştırmacı ve makalenin baş yazarı olan Xiaoshu Xu, insan hücrelerinde doğal Cas12f'nin hiçbir aktivitesini görmedi. Xu ve Qi, sorunun insan genom DNA'sının mikrobiyal DNA'dan daha karmaşık ve daha az erişilebilir olması, Cas12f'nin hücrelerde hedefini bulmasını zorlaştırması olduğunu varsaymışlardır. Xu sonrasında, Cas12f sisteminin hesaplamalı olarak tahmin edilen yapısına bakarak, protein de bu sınırlamayı potansiyel olarak aşabilecek yaklaşık 40 mutasyonu dikkatlice seçip ve aynı anda birçok protein varyantını test etmek için bir boru hattı kurmuştur. Çalışan bir varyant, teorik olarak, genomda yeşil floresan proteini (GFP) aktive ederek bir insan hücresini yeşile çevirmiştir.


Xiaoshu Xu çalışmanın başlangıcında kurdukları sistemin bir yıl boyunca çalışmadığını ancak biyomühendislik tekniklerinin gelişimi ve yinelenmesi ile bazı mühendislik proteinlerinin açılmaya başladıklarını gözlemlemiştir ve Sentetik biyoloji ve biyomühendisliğin önemine vurgu yapmıştır.

Araştırmacılar Cas proteini ile kompleks oluşturarak hedef DNA molekülüne yönlendiren rehber RNA’yı da tasarlamışlardır. Her iki bileşende yapılan değişiklikler, CasMINI sisteminin insan hücrelerinde çalışmasını sağlamak için önem ihtiva etmiştir. CasMINI’nin HIV enfeksiyonu, anti-tümör immün yanıtı ve anemi ile ilgili genler de dahil olmak üzere laboratuar temelli insan hücrelerindeki genleri silme ve düzenleme yeteneğini de test etmişlerdir. Test esnasında çalıştıkları gen üzerinde sistem daima çalışmış ve birçoğunda sağlam tepkiler alınmıştır.


Kapılar Açılıyor


Bilim insanları genetik tedavi stratejileri geliştirmek ve sürdürmek için farklı bilim insanları ile ortaklık ve işbirliği için girişimlere çoktan başlamışlardır. Bunun yanı sıra sınırlayıcı bir faktör olabileceği mRNA Covid-19 aşılarını geliştirmek için RNA teknolojilerindeki gelişmelere nasıl katkı sağlayabilecekleriyle de ilgilenmektedirler.


Stanley Qi bu sistemlerin planlanması ve tasarlanmasının CRISPR’ın ilk günlerinden beri istendiğini ve bu gerçek için daha çok çalıştıklarını ve araştırdıklarını beyan etmiştir. Bu mühendislik yaklaşımının oldukça geniş kapsamlı olduğunu yeni kapılar açarak yeni olasılıkları da peşinden getireceğini eklemiştir.


Kaynaklar ve İleri Okuma


  1. https://phys.org/news/2021-09-mini-crispr-genome.html

  2. Engineered Miniature CRISPR-Cas System for Mammalian Genome Regulation and Editing, Molecular Cell (2021). DOI: 10.1016/j.molcel.2021.08.008, https://www.cell.com/molecular-cell/fulltext/S1097-2765(21)00648-1


Görsel Kaynak


https://phys.org/news/2021-09-mini-crispr-genome.html