Dünümüzün sürprizi CRISPR/Cas9 idi. Asıl fonksiyonu bakterilerde virüslere karşı savunma sistemi olan CRISPR/Cas9 sisteminin insan sağlığını düzeltebilecek bir sisteme dönüştürülebileceğini kimse önceden kestiremezdi. Muhtemelen önümüzdeki yıllarda bilim insanları çok hücreli organizmalarda genomu değiştirecek CRISPR/Cas9 ve onun gibi metotlar üzerinde çalışmalara devam edecek; ama şu bir gerçek, Angelina Jolie’ninki gibi genetik hastalıklarına karşı mutlak tedavi de hiç bu kadar sonuca yaklaşmamıştık. Bugün (soy isim sıralarına göre) Burak Berber, Sebiha Çevik, Osman Doluca ve Oktay I. Kaplan ortaklaşa son yılların en ilgi çekici konusu olan CRISPR/Cas9: Nano Düzeyde DNA Ameliyatı konusunu yazdı.
Canlıya saç, göz, ten rengini veren, yüz şeklinin oluşmasını sağlayan ve bazı insanların daha sağlıklı yaşamasına vesile olan veya bazılarının erken yaşlarda sağlık sorunlarıyla karşılaşmasına neden olan özetle yaşayan organizmalar hakkında en karmaşık ve en gizemli bilgileri içeren materyalin DNA olduğu 1944 yılından beri bilinmekte. Yaşamın kodlarını içeren DNA, bazı insanlarda hatalı kodlama nedeniyle sağlık sorunlarına neden olmakta ve bu hatalı kodlamalar zengin veya fakir ayrımı gözetmeksizin anne ve/veya babadan bir sonraki nesle aktarılmakta.
Tıpkı Angelina Jolie’nin annesi Marcia Lynne Bertrand’de olduğu gibi. Marcia Lynne Bertrand, 46 yaşında kansere (göğüs ve yumurtalık kanserlerine) yakalanmıştı ve 10 sene kanserle mücadele ettikten sonra çok genç sayılabilecek bir -56 yaşında- 2007’de hayata veda etmek zorunda kaldı. Marcia Lynne Bertrand’in erken yaşta kanserle tanışmasının nedeni DNA’sındaki hatalı bir kodlamadan kaynaklanmaktaydı ve çoğu insanda normal şekilde çalışan BRCA1 adlı protein hatalı kodlama nedeniyle olması gerektiği gibi çalışmamaktaydı. Marcia Lynne Bertrand’in genomundaki bu hatalı kodlama doğumuyla beraber Angelina Jolie’ye de geçmişti ve önemli olan bu hatalı kodlama Angelina Jolie’nin de tıpkı annesi gibi göğüs ve yumurtalık kanserlerine yakalanma riskini arttırmaktaydı. DNA’daki hatalı kodlamayı şu anki teknolojik imkanlarla gideremeyecek olan doktorları, Angelina Jolie’nin göğüs kanserine yakalanma riskini % 87 olarak hesapladılar. Bu oran yumurtalık kanseri için % 50 olarak bulundu. Doktorların önerebileceği tek bir yol kalmıştı ameliyatla göğüs ve yumurtalıkların alınmasıydı ve Angelina Jolie doktorlarının tavsiyesine uydu ve “önleyici ikili mastektomi” ameliyatı ile göğüslerini 2013 yılında aldırdı. Daha sonra yumurtalık ameliyatı ile yumurtalıklarını da aldırma kararı aldı.
Angelia Jolie bir kadın için olabilecek en ağır kararları vermek zorunda kalmıştı. Muhtemelen Angelia Jolie dahil olmak üzere genetik hastalıkların pençesindeki milyonlarca insan kendilerini şu soruyu sorarken bulmuş olmalı; bilime harcanan onca emek ve paraya rağmen neden hala DNA’daki hatalı kodlamaları düzeltemiyoruz? Kusurlu organları çıkartmak yerine tamir edecek teknolojimiz yok? Angelina Jolie, DNA’sındaki hatayı düzelten bir teknoloji olmuş olsa böyle dramatik bir karar almak zorunda kalır mıydı?
Bilim bu yüzden yok muydu? Çaresiz kalınan durumlara çare olabilmek için hedeflerin koyulması ve onun için çalışılması. Aslında tıp ve biyolojik bilimiyle uğraşan herkesin aklında DNA’nın hedeflenen bölgesinde kusursuz, güvenilir, etkili ve hızlı değişiklik yapabilecek bir teknoloji geliştirme düsüncesi vardı. Bu konuda ilk başarılı adım 1991 yılında Nikola P. Pavletich ve Carl O. Pabo adlı iki bilim insanı tarafından atıldı. Bu iki bilim insanı 1991 yılında Zinc Finger adı verilen “Gene Editing” (Gen Düzenlemesi) teknolojisini geliştirdiklerini dünyaca ünlü Science dergisinde duyurdular. Zinc Finger nükleaz teknolojisi çok farklı model sistemlerinde (bitki, sinek, solucan, insan hücre hatları vb) çok uzun yıllar kullanıldı; fakat bu teknoloji çok sınırlıydı ve DNA’nın bazı bölgelerinde işe yaramıyordu. Daha sonraki yıllarda (2009 ve 2012) farklı gen düzenleme teknolojileri geliştirildi. TALEN (Transcription activator-like effector nucleases) adlı yeni gen düzenleme sistemi 2009’da geliştirildi ve bu sistem 2011 yılında yılın metodu olarak seçildi. TALEN farklı model sistemlerinde kullanılmaya başlansa da kullanımı pahalı ve oluşturması zahmetli olduğu için yaygınlaşması sınırlı kaldı.
Şekil 1: CRISPR/Cas9 ile DNA ameliyatı: Rehber RNA hasarlı bölgeyi (Soldaki DNA’da siyah ile işaretlenmiş) buluyor ve Cas9 nükleaz enzimi bu hasarlı bölgeyi kesiyor ve sonrasında DNA tamir sistemi devreye giriyor ve hasarlı bölge düzeltiliyor (Soldaki DNA).
2012 yılında geniş kitlelerin ilgisini çeken çok önemli bir gelişme oldu. Amerikalı Jennifer Doudna, Fransız Emmanuelle Charpentier ve takım arkadaşları bakterilerde yabancı ajanlara karşı savunma sistemi olarak kullanılan CRISPR/Cas9 (Clustered regularly interspaced short palindromic repeats ) sisteminin DNA’nın hedeflenen bölgesinde etkili ve hızlı değişiklik yapmak için kullanılabileceğini gösterdiler. CRISPR/Cas9’un daha önce var olan gen düzenleme teknolojilerine (Zinc Finger ve TALEN) göre daha hızlı olması ve daha kolay kullanılabilir olması ve aynı zamanda daha ucuz olması geniş kitlelerin kullanmaya başlamasına vesile oldu. Bahsettiğimiz bu üç gen düzenleme sistemi de genomun istediğimiz bölgesinde DNA ipliğinde kırık oluşturuyor ve sonrasında DNA tamir mekanizmasının aktive olmasına neden oluyor. Hücre, DNA kırığını düzeltmek için iki DNA tamir mekanizmasından birini, NHEJ (Non-homologous End Joining) ve HDR (Homology-Directed Repair) aktive ediyor ve kullanılan tamir mekanizmasına göre ya ilgili genin fonksiyonunun kaybolmasına sebep olan “gen nakavtı” oluşuyor ya da DNA’da istenen şekilde eklemeler ya da düzeltmeler yapabiliyor (Şekil 1). Kolay kullanımı ve ulaşılabilirliği nedeniyle bir çok bilim insanı CRISPR/Cas9 teknolojisinin getirdiği yeniliği deneylerinde kullanmaya başladı ve CRISPR uygulaması için gerekli araçlar 83 farklı ülkeye dağıtıldı. Yalnız etiksel sorunlar nedeniyle 29 ülkede CRISPR/Cas9’in eşey üreme hücrelerinde uygulaması yasaklandı.
Nano seviyede yapılabilecek “DNA ameliyatı” insan sağlığını tehdit eden DNA’daki hatalı kodlamaları düzeltebilir ve hastalık çıkması engellenebilir veya var olan bir hastalık düzeltilebilir ya da HIV-1 virüsü viral hastalıklar önlenebilir. 5600 civarı genetik hastalık olduğu düşünülürse DNA ameliyatı birçok hastalığın düzeltilmesinde kullanılacaktır. Aslında bu konuda dünya’da adımlar atılmaya başlandı. CRISPR/Cas9’ın öncüsü Feng Zhang önderliğinde kurulan EDITAS Medicine firması 2017’de klinik çalışmalara girmek için çalışmalara başladı. EDITAS firması hedef olarak Leber Congenital Amaurosis (LCA) hastalığını seçti ve LCA gözdeki retinada ışığı alan hücreleri etkileyen ve hastalarda 40 yaş itibariyle görme kaybına neden olan bir hastalık. CRISPR/Cas9 ile bu hastalığa sebep olan genlerden birisi olan CEP290 geninde değişimler yapılması planlamakta ve bu çalışmanın sonuçlarını beklemek çok heyecan verici olacak. Daha önceki tecrübeleri dikkate alarak yine de temkinli olmakta yarar var, LCA için yapılan gen terapisi çalışmalarında RPE65 genini taşıyan zararsız virüsler 2007 yılında gözlere enjekte edilmişti ve birkaç gün sonra hastalar ışığa karşı hassasiyet göstermeye başlasalar da devam eden süreçte hastalar gen terapisi ile elde ettikleri gelişmeleri kaybetmeye başlamışlardı. Ayrıca CRISPR/Cas9 sisteminde klinik çalışmalar öncesinde dikkate alınması gereken çok farklı konular (hassasiyet, verim ve özgüllük) da mevcut.
Bu tür gelişmeler sayesinde CRISPR/Cas9 teknolojisi şimdiden birçok yatırımcının ilgisini çekmeyi başardı. Editas Medicine, Intellea Therapeutics ve CRISPR Therapetics gibi şirketler milyonlarca dolar harcayarak CRISPR/Cas9’un tedavi amaçlı uygulamalarının geliştirilmesine yönelik çalışmalara başladılar bile. Dahası bu teknolojinin tedavi dışındaki uygulamaları da rağbet görmekte. Örneğin Amerikan Kimya Şirketi DuPont, CRISPR/Cas9 kullanım hakları konusunda CRISPR/Cas9’ın öncüsü olan Jennifer Doudna’nin şirketi olan Caribou Bioscience ile anlaşma yaptı. DuPont Şirketi, CRISPR sistemini kullanarak kuraklığa dayanıklı mısır ürettiğini duyurdu ve bu ürünlerin 5-10 yıl içinde piyasada olabileceği tahmin edilmekte. Bilim sürpizlerle dolu. Dünümüzün sürprizi CRISPR/Cas9 idi. Asıl fonksiyonu bakterilerde virüslere karşı savunma sistemi olan CRISPR/Cas9 sisteminin insan sağlığını düzeltebilecek bir sisteme dönüştürülebileceğini kimse önceden kestiremezdi.
Muhtemelen önümüzdeki yıllarda bilim insanları çok hücreli organizmalarda genomu değiştirecek CRISPR/Cas9 ve onun gibi metotlar üzerinde çalışmalara devam edecek; ama şu bir gerçek: Angelina Jolie’ninki gibi genetik hastalıklarına karşı mutlak tedavide hiç bu kadar sonuca yaklaşmamıştık. Bugünün yıldızı bakterilerden alınmış CRISPR/Cas9; ama yarın kim bilir neler getirir? O da muhakkak sürpizlerle dolu.
Not: Gen düzenleme teknolojisi çalışsa bile HDR’daki rolu nedeniyle BRCA1 mutasyonunu düzeltmek için sistemde iyileştirmeler gerekecek.