CRISPR ve Prokaryotik Savunma
Prokaryotlar, virüslere ve yabancı DNA'ya karşı, restriksiyon-modifikasyon sistemlerinden CRISPR-Cas'ın adaptif bağışıklığına kadar değişen sistemler aracılığıyla kendilerini savunmaktadır. CRISPR-Cas, aynı zamanda genom düzenleme için dönüştürücü bir araç haline gelmiştir.
Tanım
Prokaryotik savunma sistemleri, bakterilerin ve arkelerin bakteriyofajları ve diğer yabancı genetik elementleri tanıdığı ve etkisiz hale getirdiği moleküler mekanizmalardır; bunlar arasında restriksiyon-modifikasyon ve CRISPR-Cas adaptif bağışıklık sistemleri bulunmaktadır.
Kapsam
Bu konu, hücrenin kendi DNA'sını korurken yabancı DNA'yı kesen restriksiyon-modifikasyon sistemlerini; CRISPR dizilerinin ve Cas proteinlerinin yapısını ve işlevini; CRISPR tabanlı adaptif bağışıklığın edinim (acquisition), ekspresyon (expression) ve girişim (interference) aşamalarını; ve prokaryotlardaki antiviral savunmanın daha geniş kapsamını ele almaktadır. Ayrıca, CRISPR-Cas'ın programlanabilir genom düzenleme için nasıl uyarlandığını da incelemektedir.
Temel sorular
- Prokaryotlar yabancı DNA'yı kendi DNA'larından nasıl ayırt eder?
- CRISPR-Cas fajlara karşı adaptif bağışıklığı nasıl sağlar?
- CRISPR bağışıklığının aşamaları nelerdir?
- CRISPR-Cas genom düzenleme aracı olarak nasıl yeniden işlevlendirilmiştir?
Anahtar kavramlar
- Restriksiyon-modifikasyon sistemleri
- CRISPR dizileri ve ayırıcılar (spacers)
- Cas proteinleri
- Edinim (acquisition), ekspresyon (expression) ve girişim (interference)
- CRISPR tabanlı genom düzenleme
Temel kuramlar
- CRISPR adaptif bağışıklığı
- Geçmiş istilacılardan türetilmiş ayırıcı (spacer) dizileriyle serpiştirilmiş kümelenmiş tekrarlar (clustered repeats), ilişkili Cas proteinleriyle birlikte, prokaryotların yabancı nükleik asitleri kaydetmesine ve hedeflemesine olanak tanıyarak adaptif bir bağışıklık sistemi oluşturmaktadır.
Mekanizmalar
Restriksiyon-modifikasyon sistemleri, metillenmemiş yabancı DNA'yı kesmek için bir restriksiyon enzimi kullanırken, bir metiltransferaz konak genomunu kendi olarak işaretlemektedir. CRISPR-Cas sistemleri, istilacı DNA'nın kısa fragmanlarını bir tekrar dizisi (repeat array) içinde ayırıcılar (spacers) olarak yakalamaktadır; bunlar transkribe edilmekte ve rehber RNA'lara (guide RNAs) işlenmekte olup, bu rehber RNA'lar Cas nükleazlarını yeniden enfeksiyon durumunda eşleşen dizileri tanımaya ve kesmeye yönlendirerek hafızaya dayalı bir savunma sağlamaktadır.
Klinik önem
Mikrobiyal savunmadaki doğal rollerinin ötesinde, restriksiyon enzimleri rekombinant DNA teknolojisinin temel araçları haline gelmiştir ve CRISPR-Cas sistemleri, yaşam bilimleri genelinde geniş uygulamalara sahip yaygın olarak kullanılan genom düzenleme platformlarına uyarlanmıştır.
Tarihçe
Restriksiyon enzimleri yirminci yüzyılın ortalarında keşfedilmiş ve moleküler klonlama için temel araçlar haline gelmiştir. Bakteri genomlarında kümelenmiş tekrarlar (clustered repeats) 2000'li yılların başlarında fark edilmiş ve CRISPR olarak adlandırılmıştır; sonraki çalışmalar ise bunların adaptif bağışıklıktaki rolünü ortaya koyarak CRISPR-Cas genom düzenlemesinin geliştirilmesine yol açmıştır.
Öne çıkan isimler
- Werner Arber
- Francisco Mojica
İlgili konular
Temel eserler
- jansen2002
- madigan2018
Sıkça sorulan sorular
- CRISPR doğal olarak bir savunma sistemi midir yoksa bir düzenleme aracı mıdır?
- CRISPR-Cas, bakterilerde ve arkelerde bakteriyofajlara ve diğer yabancı DNA'ya karşı koruma sağlayan adaptif bir bağışıklık sistemi olarak evrimleşmiştir. Araştırmacılar daha sonra onun hedefleme mekanizmasını, birçok organizma türünde genomları düzenlemek için programlanabilir bir araca uyarlamıştır.