Genetik dizilere nokta atışı yapabilen sistemler, keşfedilmeleri üzerinden birkaç on yıl geçtiği için bugün hayatımızın merkezine yerleşmeye başlıyor. Ancak bu devrimsel yöntemlerin karşılaştığı en büyük zorluklardan biri güvenlik konusu olmuştur. İnsan genomu son derece geniş bir yapıya sahip ve rastgele oluşturulmuş DNA dizileri çok sayıda benzerliğe sahip olabilir. Bu durum, gen düzenleme sistemlerinin bilinen 'hedef dışı etkiler' sorununa yol açıyor.
Bu hedef dışı etkiler; yani sistemi beklediğimiz genom sekmesinin dışında başka bölgeleri de yanlışlıkla değiştirme eğilimi, terapilerin başarısı açısından kritik bir risk oluşturuyor. Her ne kadar bu hataların gerçekleşme olasılığı düşük çıksa da, tedavilerin etkin olması için çok sayıda hücreye ulaşması gerekmektedir. Bu da hata oranlarının kaçınılmaz hale gelmesi anlamına geliyor.
Bu sorunu minimize etmek adına araştırmacılar çeşitli yollar geliştirmiş olsa da, asıl çözümün protein yapısı ve genetik kod arasındaki karmaşık etkileşimlerde saklı olduğu görülüyor.
Modern gen düzenleme sistemleri genellikle üç temel bileşen üzerine inşa edilmiştir. İlki yönlendirici RNA (guide RNA). Bu RNA, üzerinde çalışılacak genom sekmesiyle eşleşir. Bir tek gene odaklanmak için bu tür RNA'ların farklı tasarımları mümkündür ve bu tasarım aşamasında benzerlik taşımayan dizilerin seçilmesi sistemin güvenilirliğini artırmaktadır.
İkinci bileşen, CRISPR sistemi tarafından kullanılan Cas9 proteini veya ailesinden gelen bir Cas proteini. Bu protein hem yönlendirici RNA ile genomik RNA'nın etkileşimiyle ilgilenir hem de bu etkileşimlerin spesifik olmasını sağlar. İlgili DNA ve RNA arasındaki eşleşmede çok fazla uyumsuzluk (mismatch) olması durumunda, Cas9'un o bölgeye tutunamayacağı bir mekanizma işlemektedir.
Sistemin son ve en kritik parçası ise Cas9 bağlandığında DNA üzerinde değişiklik yapan proteindir. Orijinal CRISPR sistemlerinde bu kesme işlemi çift zincirli sarmalı kırarak kontrol edilmesi zor hasarlara neden oluyordu. Sonraki gelişmelerle araştırmacılar, tek bir bazın çıkarılması ya da kimyasal değişikliklerle daha zarif genetik modifikasyonlar yapabilen proteini geliştirmişlerdir.
Yeni çalışma, Çin merkezli çeşitli kurumlarda yürütülen bir ekipler tarafından gerçekleştirildi. Çalışmanın temelinde şu varsayım yatıyordu: Mükemmel eşleşmeye sahip DNA-RNA hibrit yapısının kendine has bir üç boyutlu yapısı vardır; buna karşın hata barındıran sekme (mismatch) içeren yapı, hafif farklı konformasyonlar sergiler.
Wrijler'in evrimi Cas9 proteinini mükemmel eklemeye optimize etmiştir. Ancak bu optimizasyon süreci, Cas9'un hedef dışı etkileri tetikleyen sorunlu konformasyonları sergileme potansiyelini engelleememiştir. Araştırmacılar hedeflerini netleştirdi: Bu problemli etkileşimleri sağlayan Cas9 proteinindeki spesifik bölgeleri bulmak ve bu alanları değiştirerek hata yapma eğilimlerini bloke etmek.
İlk adım, çeşitli yönlendirici RNA'lar kullanılarak geniş bir hedef dışı düzenleme alanı kütüphanesi oluşturmaktı. Bu süreçte kullanılan modifiye edilmiş CRISPR sistemi; DNA tabanlarından birini kimyasal olarak izlenebilir başka bir forma dönüştürüyor ve bu dönüşüme uğramış parçaları izleyerek potansiyel hata bölgelerini tespit ediyor.
Yenilikçi çalışmanın ikinci aşamasında, bilim insanları CRISPR kompleksinin bu DNA sekmesiyle nasıl etkileşime geçtiğini incelemek için yapay zeka tabanlı protein katlanması yazılımı AlphaFold'u kullandılar. Yazılımın güncel versiyonları proteinler ile nükleik asitler arasındaki karmaşık etkileşimleri analiz edebilme kapasitesine sahip olacak şekilde tasarlanmıştı.
Protokol dahilinde, hedef DNA sekmesi, yönlendirici RNA ve Cas9 proteini AlphaFold'a girdi olarak verildi. Yazılımın bir önceki denemede proteinlerden birini yanlış yere konumlandırarak hatalı sonuç vermesi üzerine ekip stratejisini sadeleştirdi. Başarılı olan yeni yöntem yalnızca DNA, RNA ve tek belirleyici faktör olan Cas9'u sisteme tanıttı.
Bu yaklaşımla elde edilen yapılar, gerçek nükleik asitler ve proteiny kullanarak yapılan deneylerle doğrulanan sonuçlarla örtüşmektedir. Farklı hedeflere yönelik AlphaFold tarafından üretilen bu yapısal verilerin karşılaştırılması, gen düzenleme sistemlerinin güvenilirliğini bilimsel temellere oturtma yolunda önemli bir adım teşkil etmektedir.
Henüz yorum yapılmamış. İlk yorumu sen yap!
E-posta adresiniz yayımlanmayacaktır. Gerekli alanlar (*) ile işaretlenmiştir.
