Genom Düzenleme ve Mühendisliği
Genom mühendisliği, DNA'nın okunmasını, dizilerin hassasiyetle silinebildiği, düzeltilebildiği veya eklenebildiği seçilmiş bölgelerde DNA'yı kesen programlanabilir araçlar kullanarak yeniden yazılmasına dönüştürmektedir.
Tanım
Genom düzenleme, bir organizmanın DNA'sının seçilmiş bir bölgesinde, programlanabilir nükleazlar, özellikle de bir rehber RNA'nın bir enzimi eşleşen bir diziyi kesmeye yönlendirdiği CRISPR-Cas sistemi kullanılarak hedeflenmiş bir şekilde değiştirilmesidir.
Kapsam
Bu konu, rekombinant DNA teknolojisinin temellerini, CRISPR'dan önce gelen hedeflenmiş nükleazları, CRISPR-Cas9 sistemini ve bir rehber RNA'nın kesimi nasıl yönlendirdiğini, bir düzenlemeyi tamamlayan onarım yollarını, baz ve prime düzenlemeyi ve genom düzenlemenin başlıca uygulamalarını ve etik hususlarını kapsamaktadır. Genomların kasıtlı modifikasyonunu ele almaktadır; dizi değişiminin doğal kaynakları mutasyon ve rekombinasyon başlıkları altında incelenmektedir.
Temel sorular
- Bir rehber RNA, Cas9 enzimini belirli bir DNA dizisine nasıl yönlendirmektedir?
- Hücresel onarım yolları, hedeflenmiş bir kesimi bir silmeye veya hassas bir düzeltmeye nasıl dönüştürmektedir?
- Baz ve prime düzenleme, çift sarmal kırığı oluşturmadan DNA'yı nasıl değiştirmektedir?
- Genomları düzenleme yeteneğinden hangi uygulamalar ve etik kaygılar ortaya çıkmaktadır?
Anahtar kavramlar
- Rekombinant DNA ve önceki hedeflenmiş nükleazlar
- CRISPR-Cas9 ve rehber-RNA hedeflemesi
- Homolog olmayan uç birleştirme (non-homologous end joining) ve homolojiye dayalı onarım (homology-directed repair) ile onarım
- Baz düzenleme ve prime düzenleme
- Düzenlemenin uygulamaları ve etiği
Mekanizmalar
CRISPR düzenlemesinde, kısa bir rehber RNA, hedef DNA dizisiyle baz eşleşmesi yapar ve Cas9 nükleazını her iki ipliği de kesecek şekilde konumlandırır; hücre daha sonra bu kırığı, bir geni bozabilen hataya açık uç birleştirme (error-prone end joining) yoluyla veya hassas bir değişiklik yapabilen, sağlanan bir şablonu kullanarak homolojiye dayalı onarım (homology-directed repair) yoluyla onarır. Baz ve prime düzenleyiciler ise tam bir çift sarmal kırığı olmaksızın bazları kimyasal olarak dönüştürür veya yeniden yazar.
Klinik önem
Genom düzenleme, kalıtsal kan hastalıkları için onaylanmış tedaviler üretmiş, hastalığa neden olan mutasyonları düzeltme ve hücre tedavileri mühendisliği araştırmalarını yönlendirmekte ve özellikle insan germ hattının kalıtsal düzenlenmesi etrafında önemli etik soruları gündeme getirmektedir; bu madde eğitsel nitelikte olup klinik kullanım için bir rehber değildir.
Tarihçe
1970'lerdeki rekombinant DNA teknikleri genlerin ilk kez kesilip birleştirilmesine olanak sağlamış, zinc-finger ve TALEN nükleazları 2000'lerde programlanabilir hedeflemeyi getirmiş ve 2012'de CRISPR-Cas9'un bir rehber RNA ile programlanabileceğinin gösterilmesi, hassas düzenlemeyi basit ve yaygın hale getirerek Doudna ve Charpentier'e 2020 Nobel Kimya Ödülü'nü kazandırmıştır.
Tartışmalar
- Kalıtsal insan germ hattı düzenlemesi
- Embriyoların veya germ hücrelerinin düzenlenmesi, değişiklikleri gelecek nesillere aktaracak, güvenlik, rıza, eşitlik ve tedavi ile iyileştirme arasındaki sınır hakkında çözülmemiş soruları gündeme getirmektedir; çoğu yetkili, klinik germ hattı düzenlemesini şu anda erken ve etik açıdan sorunlu olarak değerlendirmektedir.
Öne çıkan isimler
- Jennifer Doudna
- Emmanuelle Charpentier
- Feng Zhang
İlgili konular
Temel eserler
- jinek2012
Sıkça sorulan sorular
- CRISPR nerede keseceğini nasıl bilmektedir?
- Kısa bir rehber RNA, hedeflenen bölgeyle eşleşen bir dizi taşımaktadır; bu DNA ile baz eşleşmesi yapar ve Cas9 enzimini doğru noktaya getirir, bu nedenle rehber RNA'yı değiştirmek sistemi farklı bir diziyi kesmek üzere yeniden programlamaktadır.
- CRISPR düzenlemesi her zaman hassas mıdır?
- Düzenleme, hedef dışı etkilere (off-target effects) sahip olabilmekte ve bir kesimin onarımı tam olarak kontrol edilememektedir; bu nedenle baz ve prime düzenleme gibi daha yeni yaklaşımlar daha fazla hassasiyet hedeflemekte ve güvenlik değerlendirmesi herhangi bir terapötik kullanım için merkezi bir öneme sahip olmaktadır.