Nobel ödüllerinin arkasındaki kolektif emek

Nobel Ödülleri açıklandı. Bu yılın kimya ödüllerini genom düzenleme alanına katkıları nedeniyle iki kadın araştırmacı aldı: Emmanuelle Charpentier ile Jennifer A. Doudna. İkilinin CRISPR/Cas9 sisteminin genetik bir makas olarak kullanımı konusundaki çalışmaları uzun yıllardır izleniyordu. CRISPR/Cas9 bakteri kökenli bir moleküler makas olarak tanımlanabilir. Doğadan, Streptococcus pyogenes isimli bir bakterinin virüslere (bakteriyofajlara) karşı kullandığı (adaptif bağışıklık) savunma sisteminden esinlenerek laboratuvarda oluşturulmuş bir yöntem aslında. Yöntemin özünde, kabaca anlatırsak, kesilecek bölgeyi tanımlayan DNA dizileri, Cas9 adı verilen ve DNA’yı özel dizilerden kesebilme yetisinde olan bir enzim, ona dizi değişimi konusunda rehberlik eden “kısa rehber RNA” dizileri bulunuyor. Cas9’un keseceği bölge önceden belirleniyor, bu bölgenin adresi “kısa rehber RNA” dizilerine kodlanıyor ve enzimin bu bölgeyi bulması sağlanıyor.  Kalıp nükleotid dizileri kullanılarak ise Cas9 tarafından kesilen bölgeye istenilen mutasyon (Baz değiştirme, baz ekleme, baz çıkarma) yapılabiliyor.  Aynı anda birden fazla bölgeye mutasyon eklenebiliyor.  Bu da yöntemi, kendi öncellerine göre daha hızlı bir yöntem haline getiriyor.  Özellikle ökaryotik sistemlerde, laboratuvar ortamında hücre içinde mutasyon yaratmak meşakkatli bir iştir. CRISPR-Cas9 yöntemi, doğru laboratuvar teknikleri ve kurgusu uygulandığı koşullarda, bu süreci de kolaylaştırabiliyor. Mutasyona sahip bir bölgenin mutasyonunun ortadan kaldırılabiliyor olması olasılığı, kalıtsal hastalıkların tedavisinden yeni kanser tedavilerine kadar birçok alanda umudumuzu arttırıyor.  

Her ne kadar Nobel Ödülü alandaki bilinirlikleri, kurumlarının bilinirlikleri, popülerlikleri nedeniyle Charpentier ve Doudna’ya verilse de (Katkılarını asla küçümsememekle birlikte), CRISPR-Cas9’un tarihçesi günümüzden yaklaşık otuz yıl kadar önce başlıyor. CRISPR adı verilen gen bölgesi ilk defa 1993 yılında İspanya’da Alicante Üniversitesinde çalışan Francisco Mojica tarafından bulunarak yayımlanıyor.  Mojica, 2000’li yılların ortalarına kadar bu kendini tekrarlayan dizilerin bakteriyofajlarını genomlarındaki dizilerle eşleştiğini ve Streptococcus pyogenes bakterisinin adaptif bağışıklık sisteminin bir parçası olduğu hipotezini 2005 yılında ortaya çıkarıyor. Bu süreçte Mojica’nın paralelinde, bağımsız başka gruplar da aynı sonuca ulaşıyor (Pourcel vd. 2005). 2005 yılında Fransa Ulusal Tarım Enstitüsünden (INRA) Alexander Bolotin Streptococcus thermophilus genomu üzerinde çalışırken nükleaz aktivitesi gösteren ve bugün  Cas9 enzimi olarak adlandırdığımız enzimi keşfetti. Boşlukçu adı verilen ve viral genlere yüksek benzerlik taşıyan dizilerin uçlarında kendisini tekrar eden bir motif olduğunu ortaya koydu. Bu dizilere PAM adı veriliyor. 2006 yılında ise ABD’de Ulusal Sağlık Enstitüsünden Eugene Koonin Mojica’nın hipotezini hesaplamalı olarak doğruladı. 2007 yılında Danisco şirketinde bir araştırmacı olan Philippe Horvath adaptif bağışıklığı deneylerle kanıtladı. Danisco yoğurt ve peynir üreten bir şirket ne alaka demeyin! Streptoccoccus thermophilus bu sanayide yoğun olarak kullanılan bir bakteri ve bakterinin bakteriyofaj enfeksiyonları endüstri açısından oldukça büyük bir problem. Bu nedenle şirket araştırmacıları bu bakterinin bakteriyofaj saldırısına nasıl tepki verdiğini araştırmak istedi.  2008 yılında Wageningen Üniversitesinden John van der Oost E. coli bakterisini kullanarak bu boşlukçu dizilerin küçük RNA dizilerine (crRNA) transkripte edildiğini gösterdi. 2008 sonunda Northwestern Üniversitesinden Lucianao Marraffini ve Eric Sontheimer CRISPR-Cas sisteminin asıl olarak DNA’yı kesen bir sistem olduğunu ortaya çıkardılar. Sonrasında benzer şekilde RNA’yı da kesen farklı sistemler olduğu bulundu. 2010 yılında Laval Üniversitesinden Sylvain Moineau CRISPR-Cas9’un DNA kesim mekanizmasını ortaya koydu. 2011 yılında Emmanuelle Charpentier, Viyana Üniversitesi ve Umea Üniversitesindeki çalışmaları ile trans-aktive edici CRISPR-RNA denilen (tracrRNA) ve crRNA’lara bağlanarak Cas9’u hedef bölgeye yönlendiren RNA’yı keşfetti. 2011 ve 2012 yıllarında Vilnius Üniversitesinden Virginijus Siksnys CRISPR- Cas9 sistemini E.coli’ye aktardı ve Cas9’un kesim mekanizmasına dair önemli biyokimyasal ayrıntıları açığa çıkardı. 2012 yılında ise Kaliforniya Üniversitesi, Berkeley’den Doudna  Charpentier ile birlikte, Gasiunas vd. Yazdığı makaleden bağımsız/paralelinde bu iki RNA tipinin birleştirilerek tek bir sentetik rehber RNA yapılarak sistemin daha da basitleştirilebileceğini gösterdiler. 2013 yılında ise MIT’den Feng Zhang bu sistemin ökaryotlarda genom düzenlemesi için kullanılabileceğini gösterdi.     

Genom düzenlemesi (Gen editleme, gen düzenleme) yaşam ve sağlık bilimleri açısından devrimci bir yöntem. Bugün bu yöntemin geliştirmeye, iyileştirmeye muhtaç ve açık birçok yönü hâlâ bulunsa da gen terapisi açısından taşıdığı potansiyel düşünüldüğünde önemi yadsınamaz. Nobel Ödülleri kısıtlı sayıda kişiye verilse ve bu yöntemler genelde sadece bu kişilerle anılsa da, bu çalışmaların arkasında devasa bir bilimsel, kolektif birikimin olduğu asla unutulmamalıdır.