CRISPR-Cas biyoteknolojik yöntemi; hücrelerde tekil genleri manipüle etmenin nispeten hızlı ve kolay bir yolunu sunar, kısacası; tam olarak silinebilir, değiştirilebilir veya değiştirilebilir. Ayrıca, son yıllarda araştırmacılar; bireysel genlerin aktivitesini sistematik olarak arttırmak veya azaltmak için CRISPR-Cas’a dayalı teknolojileri kullanıyorlar. Karşılık gelen yöntemler; hem temel biyolojik araştırmalarda hem de bitki ıslahı gibi uygulamalı alanlarda çok kısa bir süre içinde dünya çapında bir standart haline gelmiştir.
Bugüne kadar, araştırmacılar; yöntemi kullanarak bir seferde yalnızca bir geni değiştirebildiler. Bazen bir seferde iki ya da üçünü başardılar. Belirli bir durumda, yedi geni aynı anda düzenleyebildiler.
Profesör Randall Platt ve Basel’deki ETH Zürih’teki Biyosistem Bilim ve Mühendislik Departmanındaki ekip ise; deneylerde gösterdikleri gibi, bir hücrede genlerin 25 hedef bölgesini aynı anda değiştirebilecek bir işlem geliştirdi. Platt’ın işaret ettiği gibi, bu sayı daha da düzinelerce, hatta yüzlerce gene artırılabilir. Her halükarda, yöntem; biyomedikal araştırma ve biyoteknoloji için muazzam bir potansiyel sunuyor.
Hedefli, Büyük Ölçekli Hücreyi Yeniden Programlama
Hücrelerdeki genler ve proteinler birçok farklı şekilde etkileşime girer. Düzinelerce gen içeren ortaya çıkan ağlar; bir organizmanın hücresel çeşitliliğini sağlar. Örneğin, progenitör hücrelerin nöronal hücrelere ve immün hücrelere farklılaştırılmasından sorumludurlar.
Platt: “Metodumuz, ilk defa, tüm gen ağlarını sistematik olarak tek bir adımda değiştirmemizi sağlıyor.”
Dahası, karmaşık, büyük ölçekli hücre programlamanın da önünü açıyor. Bazı genlerin aktivitesini arttırırken diğerlerinin aktivitesini azaltmak için kullanılabilir. Aktivitedeki bu değişimin zamanlaması da tam olarak kontrol edilebilir.
Bu temel araştırma için, örneğin çeşitli hücrelerin neden farklı davranış gösterdiğini araştırmak veya karmaşık genetik bozuklukların araştırılması için ilgi çekicidir. Ayrıca, hasar görmüş sağlıklı hücrelerle, değiştirmeyi içeren hücre replasman tedavisi için de faydalı olacaktır. Bu durumda araştırmacılar; kök hücreleri, nötr hücreleri veya insülin üreten beta hücreleri gibi farklı hücrelere dönüştürmek için yöntemi kullanabilir veya bunun tersi, farklılaşmış cilt hücrelerinden kök hücreleri üretmek için kullanılabilir.
Cas Enziminin Çift İşlevi
CRISPR-Cas yöntemi; Cas olarak bilinen bir enzimi ve küçük bir RNA molekülünü gerektirir. Nükleobaz dizisi; enzimi kromozomlar üzerindeki belirlenmiş etki alanına en yüksek hassasiyetle yönlendiren bir “adres etiketi” olarak işlev görür. ETH bilim insanları; Cas enziminin planını saklayan bir plazmid veya dairesel bir DNA molekülü ve diziler halinde düzenlenmiş sayısız RNA adres molekülü yarattı: Daha uzun bir adres listesi… Deneylerinde, araştırmacılar bu plazmidi insan hücrelerine yerleştirdiler, böylece birkaç genin aynı anda değiştirilebileceğini ve düzenlenebileceğini gösterdi.
Yeni teknik için, bilim insanları bugüne kadar çoğu CRISPR-Cas yönteminde yer alan Cas9 enzimini değil, ilgili Cas12a enzimini kullandılar. Sadece genleri düzenlemekle kalmaz, aynı zamanda uzun “RNA adres listesini,” tek tek “adres etiketlerine” kesebilir. Ayrıca, Cas12a, Cas9’dan daha kısa RNA adres moleküllerini işleyebilir.
Platt: “Bu adres dizileri ne kadar kısa olursa, bir plazmidin üzerine o kadar sığabiliriz.”
