Bilim-kurgu eserlerinde en etkileyici ve şaşkınlık verici biçimlerde karşımıza çıkan “canlıların genetiğiyle oynanması” konusu, çok daha basit biçimlerde insanların yüzyıllardır uygulamakta olduğu bir pratik aslında. Daha sağlıklı/verimli/estetik hayvanlar ve bitkiler üretebilmek için, seçici çiftleştirme ya da tohum ıslahı yöntemlerini kullanarak, türlerin genetiğini zamana yayılmış ve küçük ölçeklerde değiştirdik. Örneğin evcil ineklerin atası olan Bos primigenius (yaban öküzü), yavruladıktan sonra günde 4-5 litre arasında süt verebilmekteydi ve bu miktar onlar ve yavruları için yeterliydi. Ancak yaklaşık 8.000-10.000 yıl önce, yapay seçilimle yaban öküzünden evrimleştirilen Bos taurus (sığır) yavruladıktan sonra günde 50 litreye kadar süt verebilir hâle geldi. Günümüzde ise, yapay seçilimin yavaş, küçük ölçekli ve dolaylı işleyişinden çok farklı olarak, canlıların kalıtsal bilgisinde kısa zamanda, büyük ölçekte ve çoğu zaman öngörülemez etkileri olan değişiklikler yapmaya izin veren “genetik mühendisliği” uygulamalarını kullanıyor ve tartışıyoruz. DNA yapısının çözümlendiği 1950’li yıllardan itibaren durmaksızın ivme kazanan genetik bilimsel araştırmalar, bugün öyle bir yere gelmiş durumda ki meşhur “laboratuvarda üretilen bebekler” senaryosunun gerçekleşmesinin eşiğinde duruyoruz.
Yirmi birinci yüzyılın en iddialı ve en büyük bütçeli araştırma projelerinden birisi olan İnsan Genom Projesi (Human Genom Project), 2003 yılında insan genetik kodunun (genom sekansı) çözülmesiyle sonuçlandı.[1] Buna paralel olarak, insan genetik materyali (DNA) ile yapılan çalışmalar, hastalıkların tanı, tedavi ve önlenmesinden, insanların genetik kodları ile fişlenmesine kadar uzanan oldukça geniş bir konu yelpazesinde yürütülüyor. Güncel genetik biliminin bulguları, topluma vaatleri ve ideolojik bağlamı çok daha kapsamlı incelenecek bir başka yazının konusu olsa da, moleküler biyoloji ve genetik araştırmaları hem akademik hem de endüstriyel alanın en sıcak gündemlerden birini oluşturuyor. Dolayısıyla, araştırmacıların ifade ediş biçimiyle “daha hassas, daha hızlı ve daha ucuz” genetik mühendisliği teknikleri geliştirmek bu alanın önceliklerden birisi olmuş durumda. İşte tam da bu yazıda, yakın zamanda geliştirilmiş böyle bir teknikten -CRISPR-Cas9 sistemi- ve bu tekniğin güncel ve muhtemel uygulamalarından bahsedeceğiz. Yöntemin geliştiricilerinden Jennifer Doudna’nın ifadesiyle “evrimi kontrol edebilecek muazzam bir güç” olarak görülen bu yöntem, uygulamaları ve vaat ettikleri ile bilimsel bir teknikten fazlası haline gelmiş durumda. Sadece insanı değil, ekolojik sistem içindeki tüm türleri geri döndürülemez biçimde etkileme gücü öngörülen bu yöntemin öncelikle nasıl çalıştığını anlamaya çalışacağız.
CRISPR-Cas9 sistemi nasıl çalışıyor?
CRISPR (clustered regularly interspaced palindromic repeats) “düzenli aralıklarla bölünmüş palindromik tekrar kümeleri” olarak çevirebileceğimiz, bakteri ve mikroorganizmaların DNA kodu üzerinde belirli aralıklarla tekrar eden kısa kod dizileridir. Bu tekrarlayan diziler, bakterilerin virüslere karşı geliştirdiği bağışlık sisteminin önemli bir parçasıdır. Virüsler sağlıklı bir hücreye saldırdıklarında, hücreyi bir kuluçka makinası gibi kullanır ve hücrenin kaynaklarını kullanarak kendilerini çoğaltırlar. Bunu da hücrenin içinde kendi DNA’larını çoğaltarak gerçekleştirirler. Ancak evrimsel süreçler bakterileri bu virüs istilasına karşı savunmasız bırakmamış ve bakterileri güçlü ve etkili bir bağışıklık sistemi aracı ile donatmıştır. İşte bu savunma sistemi CRISPR-Cas sistemidir.
Virüs tarafından saldırıya uğramış bir bakteri hücresi, rehber (guide) RNA dizisi aracılığıyla virüs DNA’sını spesifik olarak hedefler ve Cas (CRISPR ile ilgili) proteini/enzimi virüs DNA’sını parçalayarak etkisiz hale getirir. Burada rehber RNA dediğimiz yapı, virüsün DNA koduna bakılarak hücre tarafından oluşturulur ve Cas proteinini virüs DNA’sına çağıran ve yerleştiren bir işaretçidir. Cas enzimi, rehber RNA aracılığıyla virüs genlerini bulur, yapışır ve rehber RNA’nın işaretlediği kısımları bir makas gibi keser. Virüse ait kesilen DNA parçaları CRISPR gen bölgesindeki tekrar kümelerinin bulunduğu bölgeye getirilir ve tekrarların arasına yerleştirilir. Eğer ki aynı virüs başka bir zamanda tekrar saldırırsa, bakteri genetik hafızasından bu virüsün genetik bilgisini tanır ve savunma için gerekli süreci hızlıca başlatır. Yani CRISPR mekanizmasını, bakteri ve arkeaların bağışıklık sisteminde temel bir hafıza ve savunma yöntemine benzetebiliriz. CRISPR sisteminin bu kadar etkili olmasının en önemli sebebi, istilacı virüsün genetik bilgisi ilk karşılaşmada bakteri DNA’sına depolandığı için, sonraki karşılaşmalarda özel olarak bu virüs DNA’sını tanıyarak onu parçalayacak mekanizmaları etkinleştirebilmesidir.
Bakterilerde bu savunma sistemini fark eden ekip 2012 yılında yayınladıkları bir dizi makale[2] ile bu bağışıklık sistemi bileşenini nasıl genetik mühendisliğinde kullanabileceklerini gösterdiler. Bir deney hayvanında, bir hastalıkla ilgili genin DNA kodunu bildiğimizi varsayalım. Laboratuvar ortamında, bu DNA kodunu tanıyan kısa RNA dizileri üretilir. Rehber RNA molekülü kesici Cas9 proteinini, değiştirilmek istenen gen bölgesine taşır. DNA üzerinde hedeflenen bölgeye gelindiğinde, o gen üzerinde herhangi bir değişiklik yapılabilir. Yani, herhangi bir DNA’yı yüksek hassaslıkta ve doğrulukta kesebilmemiz için bize gereken tek şey o DNA’nın baz dizisi (kodu), baz dizisine karşılık gelen ve geni işaretleyen RNA molekülü ve hücre içinde kesim işlemi yapabilecek aktif bir Cas proteinidir. Örneğin, DNA’daki bir gen bölgesini CRISPR-Cas9 sistemi ile hedefledik, kestik ve DNA’dan çıkarttık. Çıkartılan genin yerinde bir boşluk kalmış gibi düşünürsek, yine CRISPR-Cas9 sistemi ile bu boşluk istenilen başka bir baz dizisi (genetik kod) ile doldurulabilir/tamamlanabilir. Teorik olarak bu yöntem ile genetik kodun istenilen herhangi bir bölgesi kesilebilir, yapıştırılabilir, eklenebilir, silinebilir. Bir başka deyişle, bir canlının değiştirilemez/kalıtsal kabul edilen tüm özellikleri değiştirilebilir, yeniden programlanabilir. Peki ya pratikte durum nedir?
Bilimsel bir yöntemin vaatleri: Kurtarıcı mı felaket mi?
CRISPR-Cas9 sistemi genetik mühendisliği alanındaki ilk “genetik değiştirme” yöntemi olmasa da son 5 yıl içinde en yaygın kullanılan yöntem haline geldi, binlerce laboratuvarda on binlerce araştırmacının ilgi alanını oluşturdu.
Endüstriyel üretimlerde (yoğurt, peynir, maya, bira vb.) kullanılan bakterilerin hastalıklara karşı dirençli hale getirilmesi, GDO bitkilerin üretimi, transgenik (başka türlerden genler taşıyan) hücre kültürü ve deney hayvanı modellerinin üretilmesi, genetik modellerinin oluşturulması, ilaç tasarımı, mutasyonların tetiklenmesi, gen etkileşimlerinin görüntülenmesi, genetik hastalıkların tanı ve tedavisi, HIV, Zica gibi salgınlara yönelik uygulamalar, kök hücre tedavisi ve kanser tedavisi… CRISPR-Cas9 sisteminin yoğun olarak çalışıldığı alanlardan en göz önünde olanlar.[3] Özellikle genetik hastalıklar ve kanser konusunda, bu sistemden büyük faydalar beklenmekte ve vaat edilmekte. Örneğin, yakın zaman önce laboratuvar hayvanlarında (fare ve sıçanda) HIV virüsünü etkisiz hale getirebilen bir CRIPSR-Cas9 sistemi geliştirildiği, ama deney hayvanlarında çalışan bu yöntemin -teorik olarak mümkün olsa da- insanlarda çalışmadığı belirtildi.[4] Benzer şekilde, yayılmacı kanser hücrelerinin genetiğini CRISPR yöntemiyle değiştirmek ve kanser hücrelerini etkisiz hale getirebilmek ön planda olan bir hedef olarak gösteriliyor.
Detaylı bilimsel makaleler okumaya gerek kalmadan, kabaca yapılacak bir gündem taraması dahi bu yöntemin, beklentilerin ve vaatlerin boyutunu göstermeye yetecektir. Ancak araştırmacılar muhtemel olumlu beklentileri sıralarken sadece küçük dipnotlar halinde bir aktardıkları bir gerçek var: CRISPR sisteminin hedeflenmeyen genler (off-target genler) üzerinde nasıl etkileri olabileceğini, hangi mutasyonlara yol açabileceğini bilmiyoruz. Teknik olarak CRISPR’ın genom üzerinde hedeflediği genden başka bölgeleri de kesme olasılığı oldukça yüksek. Yani bir genetik hastalık/özellik genini etkisiz hale getirirken bir başka özellik/hastalık genini tetikleyebilir. Yöntemle ilgili teknik soru işaretleri yanında, henüz genomun nasıl çalıştığını tam anlamıyla çözememişken, genleri değiştirmenin hangi öngöremeyeceğimiz sonuçlar yaratabileceğini bilmiyoruz. Konuyla ilgili tartışmaların en göze görünür hale geldiği yer ise, bu yöntemin insan embriyosu üzerinde nasıl kullanılacağı ya da kullanılamayacağıdır. Örneğin, embriyonun genetik modifikasyonu tüm dünyada yasak iken, Çin’de 2015 yılında CRISPR-Cas9 yöntemi ile insan embriyosu ilk defa genetik olarak değiştirilmiştir. O çalışmada embriyolar yaşamamış ve büyümemiş olsa da, genetik uygulamaların nereye doğru evrilebileceğine dair bir örnek olarak gözümüzün önünde durması gerekiyor. Bugün etik tartışmaların konusu olan genetiği-değiştirilmiş-insan başlığı, önümüzdeki yıllarda, doğacak çocukların özelliklerini seçme uygulaması olarak kendini dayatabilir. Toplumdaki sınıfsal farklara, genetik mühendisliği ile yaratılmış biyolojik farklar eklenmesi her ne kadar distopik kurguları çağrıştırsa da, oldukça mümkün gözüken bir senaryo.
Sonuç yerine…
Görüyoruz ki büyük araştırma şirketleri ve akademik enstitülerin son 50 yıl içinde genetik mühendisliği yöntemleri geliştirmeye olan ilgileri giderek artmıştır. Bu ilginin en güncel odağı ise araştırmacıların kendi tarifleriyle “hassas, hızlı ve ucuz” olan CRISPR-Cas9 tekniğidir. Bu yöntem çok farklı canlı türlerinde farklı amaçlarla incelenmektedir. Genetik araştırmalar temel bilimler arasında en masraflı olanlardandır ve milyarlarca dolar bilimsel fon CRISPR ile ilgili projelere akıtılmaktadır. Yazının girişinde de bahsettiğimiz gibi, burada CRISPR-Cas9 üzerinde yoğunlaştırdığımız genetik biliminin öncelikleri, topluma vaatleri ve ideolojik bağlamı çok daha kapsamlı bir incelemeyi gerektiriyor. Bugün, uluslararası basının parlak ışıklarla haberleştirdiği “tasarım bebekler (designer babies) senaryosu, sebep olabileceği toplumsal ve sınıfsal etkiler bağlamında ürkütücü ama bir o kadar da gerçekleşmeye yakın gözüküyor. Genetik mühendisliğinin büyük pazarı içinde, topluma “devrimsel buluş” olarak sunulan bu yöntemin karanlık açılarını, toplumsal ve ideolojik bağlamını ise gelecek yazımızda incelemeye devam edeceğiz. o
Dipnot:
1-) Human Genome Project (İnsan Genom Projesi resmi sayfası).
https://www.genome.gov/12011238/an-overview-of-the-human-genome-project/
2-) Wiedenheft B., Sternberg S. H., Doudna J. A., RNA-Guided Genetic Silencing Systems in Bacteria and Archaea, Nature, 2012 Feb 15; 482(7385): 331-8.
3-) Hsu P. D., Lander E. S., Zhang F., Development and Applications of CRISPR-Cas9 for Genome Engineering, Cell, 2014 Jun 5; 157(6): 1262-78.
4-) CRISPR HIV’yi yok edip Zika’yı PAC-man gibi yiyor.Yeni hedefi? Kanser (CRISPR kills HIV and eats Zika ‘like Pac-man’. Its next target? Cancer https://www.wired.co.uk/article/crispr-disease-rna-hiv).
