On yıl önce bu hafta, Jennifer Doudna ve meslektaşları, bakteri genleri üzerinde bir test tüpü deneyinin sonuçlarını yayınladılar. Çalışma 28 Haziran 2012’de Science dergisinde çıktığında manşetlere çıkmamıştı. Aslında, sonraki birkaç hafta boyunca hiç haber yapmadı.
Geriye dönüp baktığında, Dr. Doudna, bu ihmalin kendisinin ve meslektaşlarının çalışma için seçtikleri bozuk başlıkla bir ilgisi olup olmadığını merak etti: “Uyarlanabilir Bakteriyel Bağışıklıkta Programlanabilir Çift RNA Kılavuzlu DNA Endonükleaz.”
Berkeley’deki California Üniversitesi’nden biyokimyacı Dr. Doudna bir röportajda, “Sanırım bu makaleyi bugün yazıyor olsaydım, farklı bir başlık seçerdim” dedi.
Ezoterik bir bulgudan çok uzak olan keşif, DNA’yı düzenlemek için insan genlerini değiştirmeyi bile mümkün kılabilecek yeni bir yönteme işaret etti.
“Bu makaleyi yayınladığımızda, bir yarışta başlangıç silahını ateşlemek gibi bir şey olduğunu çok net düşündüğümü hatırlıyorum” dedi.
Sadece on yıl içinde CRISPR, modern biyolojinin en ünlü icatlarından biri haline geldi. Tıp araştırmacılarının hastalıkları inceleme şeklini hızla değiştiriyor: Kanser biyologları, tümör hücrelerinin gizli açıklarını keşfetmek için bu yöntemi kullanıyor. Doktorlar, kalıtsal hastalıklara neden olan genleri düzenlemek için CRISPR kullanıyor.
Harvard Üniversitesi’nden biyolog David Liu, “İnsanın tekrar düzenleme çağı gelmiyor” dedi. “Burada.”
Ancak CRISPR’nin etkisi tıbbın çok ötesine uzanıyor. Evrimsel biyologlar, teknolojiyi Neandertal beyinlerini incelemek ve maymun atalarımızın kuyruklarını nasıl kaybettiklerini araştırmak için kullanıyorlar. Bitki biyologları, yeni vitaminlere sahip veya hastalıklara dayanma kabiliyetine sahip mahsuller üretmek için tohumları düzenlediler. Bazıları önümüzdeki birkaç yıl içinde süpermarket raflarına ulaşabilir.
CRISPR o kadar hızlı bir etki yaptı ki, Dr. Doudna ve Berlin’deki Max Planck Patojen Bilimi Birimi’nden Emmanuelle Charpentier, 2020 Nobel Kimya Ödülü’nü kazandı. Ödül komitesi 2012 çalışmalarını “çağ açan bir deney” olarak selamladı.
Jennifer Doudna, CRISPR konusundaki çalışmaları nedeniyle 2020 Nobel Kimya Ödülü’nü paylaştı. Kredi… The New York Times için Anastasiya Sapon
Dr. Doudna, CRISPR’nin bir dizi zorlu etik soru ortaya çıkaracağını erkenden fark etti ve on yıllık bir gelişmeden sonra, bu sorular her zamankinden daha acil hale geldi.
Önümüzdeki CRISPR ile değiştirilmiş mahsul dalgası dünyayı besleyecek ve yoksul çiftçilere yardım edecek mi yoksa yalnızca teknolojiye yatırım yapan tarım işletmesi devlerini mi zenginleştirecek? CRISPR tabanlı tıp, dünya çapında savunmasız insanlar için sağlığı iyileştirecek mi yoksa milyon dolarlık bir fiyat etiketi ile mi gelecek?
CRISPR ile ilgili en derin etik soru, gelecek nesillerin insan embriyolarını değiştirmek için teknolojiyi nasıl kullanabileceğidir. Bu fikir, Çin’de bir biyofizikçi olan He Jiankui’nin HIV’e karşı direnç kazandırmak için insan embriyolarında yeniden düzenleme yaptığı 2018 yılına kadar sadece bir düşünce deneyiydi.
2019 yılında bir mahkeme Dr. He’yi “yasadışı tıbbi uygulamalar” nedeniyle hapis cezasına çarptırdı. MIT Technology Review, Nisan ayında kendisinin yakın zamanda serbest bırakıldığını bildirdi. Şu anda bebek olan üç çocuğun sağlığı hakkında çok az şey biliniyor.
Bilim adamları, Dr. He’nin örneğini takip eden başka birini tanımıyor – henüz. Ancak CRISPR gelişmeye devam ettikçe, insan embriyolarının düzenlenmesi sonunda çeşitli hastalıklar için güvenli ve etkili bir tedavi haline gelebilir.
O zaman laboratuvardaki bir embriyoda hastalığa neden olan genleri onarmak kabul edilebilir, hatta rutin hale gelecek mi? Ya ebeveynler boy, göz rengi veya zeka ile ilgili olanlar gibi daha arzu edilir buldukları özellikleri eklemek isterse?
Nova Scotia’daki Dalhousie Üniversitesi’nde biyoetik uzmanı olan Françoise Baylis, halkın hala bu tür sorularla boğuşmaya hazır olmadığından endişe ediyor.
“Orada söz konusu olanın ne olduğu konusundaki anlayışın derinliği konusunda şüpheliyim” dedi. “İnsanları daha iyi yapmak ile daha iyi insanlar yapmak arasında fark vardır.”
kesim yapmak
Dr. Doudna ve Dr. Charpentier, gen düzenleme yöntemlerini sıfırdan icat etmediler. Moleküler araçlarını bakterilerden ödünç aldılar.
1980’lerde mikrobiyologlar, bakterilerde daha sonra Kümelenmiş Düzenli Aralıklı Kısa Palindromik Tekrarlar olarak adlandırılan şaşırtıcı DNA uzantıları keşfettiler. Daha fazla araştırma, bakterilerin bu CRISPR dizilerini istilacı virüslere karşı silah olarak kullandığını ortaya çıkardı.
Bakteriler bu dizileri, istilacı bir virüsün genlerinin kısa bir kısmına tam olarak yapışabilen RNA adı verilen genetik materyale dönüştürdü. Bu RNA molekülleri, moleküler makas gibi davranan, viral genleri dilimleyen ve enfeksiyonu durduran proteinleri yanlarında taşır.
Dr. Doudna ve Dr. Charpentier, CRISPR’yi araştırırken, sistemin kendi seçtikleri bir DNA dizisini kesmelerine izin verebileceğini fark ettiler. Tek yapmaları gereken, eşleşen bir RNA parçası yapmaktı.
Bu devrim niteliğindeki fikri test etmek için bir dizi özdeş DNA parçası yarattılar. Daha sonra başka bir RNA molekülü partisi hazırladılar ve hepsini DNA üzerinde aynı noktaya yerleştirmek üzere programladılar. Son olarak DNA, RNA ve moleküler makasları test tüplerinde karıştırdılar. DNA moleküllerinin birçoğunun tam olarak doğru noktada kesildiğini keşfettiler.
Dr. Doudna, CRISPR’nin sadece bir test tüpünde değil, aynı zamanda canlı hücrelerde de işe yarayıp yaramadığını görmek için aylarca bir dizi 24 saat deney yaptı. Diğer birçok bilim insanının da peşinde olduğundan şüphelenerek ekibini çok zorladı. Bu önsezi kısa sürede doğru çıktı.
Ocak 2013’te, beş bilim insanı ekibi, canlı hayvan veya insan hücrelerinde CRISPR’yi başarıyla kullandıkları çalışmaları yayınladı. Dr. Doudna o yarışı kazanmadı; yayınlanan ilk iki makale Cambridge, Massachusetts’teki iki laboratuvardan geldi – biri Broad Institute of MIT ve Harvard’da ve diğeri Harvard’da.
‘Bunu CRISPR’ mi yaptınız?’
Weill Cornell Medicine’de kanser biyoloğu olan Lukas Dow, CRISPR’nin potansiyelini öğrendiğini canlı bir şekilde hatırlıyor. “Gazeteleri okumak harika görünüyordu” diye hatırladı.
Dr. Dow ve meslektaşları, yöntemin insan kanser hücrelerinde güvenilir bir şekilde DNA parçalarını kesip çıkardığını kısa sürede keşfettiler.
Dr. Dow, “Düşmek fiili oldu” dedi. “Birçok insan ‘Bunu CRISPR’mi yaptın?’ derdi.”
Kanser biyologları, hangilerinin hastalık için önemli olduğunu görmek için kanser hücrelerindeki her tekrarı sistematik olarak değiştirmeye başladılar. Yine Cambridge’de bulunan KSQ Therapeutics’teki araştırmacılar, örneğin belirli tümörlerin büyümesi için gerekli olan bir tekrarı keşfetmek için CRISPR’ı kullandılar ve geçen yıl, tekrarı bloke eden bir ilacın klinik denemesine başladılar.
Dr. Doudna tarafından ortaklaşa kurulan Caribou Biosciences ve Dr. Charpentier tarafından ortaklaşa kurulan CRISPR Therapeutics, kanserle başka bir şekilde savaşan CRISPR tedavileri için klinik denemeler yürütüyor: bağışıklık hücrelerini tümörlere daha agresif bir şekilde saldıracak şekilde düzenleyerek.
Bu şirketler ve diğerleri, kalıtsal hastalıkları tersine çevirmeye çalışmak için CRISPR kullanıyor. 12 Haziran’da, Boston merkezli bir biyoteknoloji firması olan CRISPR Therapeutics ve Vertex’ten araştırmacılar, orak hücreli anemi veya beta talasemi hastası 75 gönüllünün katıldığı klinik deneylerinin yeni sonuçlarını bilimsel bir toplantıda sundular. Bu hastalıklar, kırmızı kan hücrelerinde oksijen taşıyan bir protein olan hemoglobini bozar.
Araştırmacılar yine de insanlarda birden fazla hemoglobin bulunması gerçeğinden yararlandı. Fetal hemoglobin adı verilen bir kopya, tipik olarak yalnızca fetüslerde aktiftir ve doğumdan sonraki birkaç ay içinde kapanır.
Araştırmacılar, gönüllülerin kemik iliğinden olgunlaşmamış kan hücrelerini çıkardılar. Daha sonra, tipik olarak fetal hemoglobini yeniden kapatacak olan anahtarı kesmek için CRISPR’ı kullandılar. Düzenlenen hücreler hastalara geri verildiğinde, hemoglobinle dolu kırmızı kan hücrelerine dönüşebilirler.
Bir hematoloji konferansında konuşan araştırmacılar, beta talasemili tedavi gören 44 hastadan 42’sinin artık düzenli kan nakline ihtiyaç duymadığını bildirdi. 31 orak hücre hastasının hiçbiri, normalde onları hastaneye gönderecek olan oksijende ağrılı düşüşler yaşamadı.
CRISPR Therapeutics ve Vertex, yıl sonuna kadar hükümet düzenleyicilerinden tedaviyi onaylamalarını istemeyi bekliyor.
Diğer şirketler CRISPR moleküllerini doğrudan vücuda enjekte ediyor. Cambridge merkezli ve aynı zamanda Dr. Doudna tarafından ortaklaşa kurulan Intellia Therapeutics, NY, Westchester County merkezli Regeneron ile birlikte çalışarak, hasar görmüş bir karaciğer proteininin ölümcül hale geldiği nadir bir hastalık olan transtiretin amiloidozunu tedavi etmek için bir klinik denemeye başladı. çünkü kanda birikir.
Doktorlar yine kusurlu olanı kapatmak için gönüllülerin karaciğerlerine CRISPR molekülleri enjekte etti. Geçen Cuma günü bir bilimsel konferansta konuşan Intellia araştırmacıları, tedavinin tek bir dozunun gönüllülerin kanındaki protein seviyesinde şimdiye kadar bir yıl boyunca önemli bir düşüşe neden olduğunu bildirdi.
Tıp araştırmacılarının insan hücrelerini kurcalamasına izin veren teknolojinin aynısı, tarım bilim adamlarının mahsul genlerini değiştirmesine izin veriyor. CRISPR çalışmalarının ilk dalgası ortaya çıktığında, o zamanlar Fransız Ulusal Tarımsal Araştırma Enstitüsü’nde olan buğday uzmanı Catherine Feuillet, kendi çalışması için potansiyeli hemen gördü.
“Aman Tanrım, bir aletimiz var” dedim. “Steroitlere üreme koyabiliriz.”
Cambridge’deki bir şirket olan Inari Tarım’da Dr. Feuillet, daha az su ve gübre kullanan soya fasulyesi ve diğer mahsullerin türlerini yapmak için CRISPR kullanma çabalarını denetlemektedir. Birleşik Devletler dışında, İngiliz araştırmacılar, D vitamini üretebilen bir domates yetiştirmek için CRISPR’ı kullandılar.
Mexico City’deki Uluslararası Mısır ve Buğday Geliştirme Merkezi’nde bitki bilimcisi olan Kevin Pixley, CRISPR’nin bitki ıslahı için sadece güçlü olduğu için değil, aynı zamanda nispeten ucuz olduğu için de önemli olduğunu söyledi. Küçük laboratuvarlar bile, yoksul uluslara fayda sağlayabilecek, ancak büyük finansal getiriler arayan şirketlerin ilgisini çekmeyecek, hastalığa dayanıklı manyok veya kuraklığa dayanıklı muzlar üretebilir.
CRISPR’ın pek çok farklı endüstri için kullanılması nedeniyle, patenti uzun süredir devam eden bir anlaşmazlığın konusu olmuştur. 2014 yılında, Broad Institute liderliğindeki bir grup, Dr. Doudna’nın orijinal deneylerini gerçekleştirdiği California Üniversitesi liderliğindeki bir gruba karşı dava açtı. Enstitü, moleküler biyolog Feng Zhang liderliğindeki araştırmacılarının, CRISPR’yi yine de canlı hücrelerde düzenlemeyi ilk icat eden kişiler olduğunu savundu.
Bu yılın Şubat ayında, ABD Patent Davası ve Temyiz Kurulu, bu anlaşmazlıkla ilgili büyük olasılıkla son sözü yayınladı. Geniş Enstitüsü lehine karar verdiler.
Illinois Üniversitesi Hukuk Fakültesi’nde biyoteknoloji patentleri konusunda uzman olan Jacob Sherkow, CRISPR teknolojisini California Üniversitesi’nden lisanslayan şirketlerin Broad Institute patentini onurlandırması gerekeceğini öngördü.
“Klinik deneylerde en önde giden büyük biletli CRISPR şirketlerinin, neredeyse kesinlikle Broad Institute’a gerçekten büyük bir çek yazması gerekecek” dedi.
Başbakan CRISPR
CRISPR-Cas9 olarak bilinen orijinal CRISPR sistemi, iyileştirme için bolca alan bırakıyor. Moleküller DNA’yı koparmada iyidirler, ancak yerlerine yeni parçalar yerleştirmede o kadar iyi değiller. Bazen CRISPR-Cas9 hedefini ıskalar ve DNA’yı yanlış yerde keser. Ve moleküller işlerini doğru yapsalar bile hücreler geride kalan DNA’nın gevşek uçlarını onarırken hatalar yapabilirler.
Bazı bilim adamları, bu eksikliklerin bazılarının üstesinden gelen yeni CRISPR sürümlerini icat etti. Örneğin Harvard’da Dr. Liu ve meslektaşları, DNA’nın iki zincirinden birinde onları tamamen kırmak yerine bir çentik oluşturmak için CRISPR’ı kullandılar. Temel düzenleme olarak bilinen bu işlem, DNA’nın tek bir genetik harfini çok daha az genetik hasar riskiyle hassas bir şekilde değiştirmelerini sağlar.
Dr. Liu, temel düzenleme ilaçları oluşturmak için Beam Therapeutics adlı bir şirketin kurucu ortağıdır. Bu yılın ilerleyen saatlerinde şirket, ilk ilacını orak hücre anemisi olan kişilerde test edecek.
Dr. Liu ve meslektaşları, virüslerin konakçılarının DNA’sına genlerini eklemek için kullandıkları bir proteine CRISPR molekülleri de bağladılar. Birincil düzenleme adı verilen bu yeni yöntem, CRISPR’nin daha uzun genetik materyal uzantılarını değiştirmesini sağlayabilir.
Dr. Liu, “Baş editörler bir tür DNA kelime işlemcileri gibidir,” dedi. “Aslında DNA üzerinde bir arama ve değiştirme işlevi yapıyorlar.”
North Carolina State Üniversitesi’nde CRISPR uzmanı ve Intellia Therapeutics’in kurucusu olan Rodolphe Barrangou, birincil düzenlemenin sonunda standart CRISPR araç kutusunun bir parçası olacağını öngördü. Ancak şimdilik, tekniğin yaygın olarak kullanılmak için hala çok karmaşık olduğunu söyledi. “Asıl zaman için pek hazır değil, amaçlanan,” dedi.
Geni düzenlenmiş bebekler
Dr. Shenzen’de insan embriyolarını düzenlemeye başladığı 2018’de, birincil düzenleme gibi gelişmeler henüz mevcut değildi. Dr. Doudna ve diğerlerinin yıllar önce geliştirdiği standart CRISPR-Cas9 sistemini kullandı.
Dr. Embriyoların DNA’sından CCR5 olarak adlandırılan bir tekrar parçası keserek bebeklere HIV’e karşı direnç kazandırmayı umuyordu. Doğal olarak aynı mutasyonu taşıyan insanlar nadiren HIV ile enfekte olurlar.
Kasım 2018’de Dr. He, tekrar düzenlemeleriyle bir çift ikiz kızın dünyaya geldiğini duyurdu. Duyuru, Dr. Doudna gibi birçok bilim insanını şaşırttı ve test edilmemiş prosedürlerle bebeklerin sağlığını tehlikeye attığı için onu kesin olarak kınadılar.
Dalhousie Üniversitesi’nden Dr. Baylis, Dr. He’yi prosedürü ebeveynlere sunma şekli nedeniyle eleştirdi ve yapmak üzere oldukları radikal deneyi küçümsedi. “Bu gökyüzündeki pastadır demedikçe, bilgilendirilmiş bir onay alamazsınız. Hiç kimse yapmadı” dedi.
Dr. He’nin duyurusundan bu yana yaklaşık dört yıl içinde, bilim adamları insan embriyoları üzerinde CRISPR kullanmaya devam ettiler. Ancak embriyolar üzerinde, gelişimin en erken aşamaları hakkında ipuçları bulmak için yalnızca küçük hücre kümeleri olduklarında çalıştılar. Bu çalışmalar potansiyel olarak kısırlık için yeni tedavilere yol açabilir.
Belçika’daki Ghent Üniversitesi’nde üreme biyolojisi alanında yüksek lisans öğrencisi olan Bieke Bekaert, CRISPR’nin insan embriyolarında kullanılmasının zor olduğunu söyledi. Bu hücrelerde DNA’nın kırılması, kromozomlarda şiddetli yeniden düzenlemelere yol açabilir. Konuyla ilgili yakın tarihli bir incelemenin baş yazarı Bayan Bekaert, “Düşündüğümüzden daha zor” dedi. “Gerçekten ne olduğunu bilmiyoruz.”
Yine de Bayan Bekaert, CRISPR’deki birincil düzenleme ve diğer iyileştirmelerin bilim insanlarının insan embriyolarında güvenilir bir şekilde kesin değişiklikler yapmasına izin verebileceğini umuyordu. “Beş yıl çok erken ama benim hayatım boyunca bunun olabileceğini düşünüyorum” dedi.