CRISPR Kapasiteleri Yeni Antiviral Aktivite ile Genişliyor

CRISPR’ın Potansiyelini Genişletmek – CRISPR Nedir ve Neden Önemlidir

Keşfedilmesinden bu yana CRISPR (“Düzenli Aralıklarla Kümelenmiş Kısa Palindromik Tekrarlar”), 2020 Nobel Kimya Ödülü’nü kazanarak tıp ve biyoteknolojide devrim yarattı.

Kaynak: Nobel Ödülü

Bu, CRISPR’ın çok hassas bir gen dizisini hedefleyebilen ilk gen düzenleme yöntemi olması ve gen hatalarını in vitro ya da in vivo düzeltmeye izin vermesi ve istenmeyen mutasyon riskini azaltmasıdır.

Bu önemlidir çünkü yönlendirilmemiş gen eklemesi, özellikle kanser riskleri gibi büyük sorunlarla ilişkilendirilmiş ve terapötik kullanımını zor ve tartışmalı hâle getirmiştir.

CRISPR, mevcut bir geni kesmek, belirli bir diziyi silmek veya doğru gen dizisini düzenlemek/eklemek için çeşitli şekillerde kullanılabilir.

Kaynak: CRISPR Therapeutics

Bu yaklaşım, CRISPR Therapeutics (CRSP ) tarafından genetik kan hastalıkları için geliştirilen ilk CRISPR tabanlı tedavinin 2023 yılında FDA tarafından onaylanmasıyla tıbbi bir dönüm noktasına ulaştı (CRISPR Therapeutics hakkındaki ayrıntılı rapor için bağlantıyı izleyin).

Ancak CRISPR’ın doğadaki işlevi, insanların yönettiği hassas gen düzenleme değildir. CRISPR her şeyden önce bakterilerin virüs saldırılarından sağ çıkmak için kullandığı bir antiviral araçtır.

CRISPR’ın hücre metabolizmasını değiştirerek virüsün çoğalmasını engelleyebildiği ve önceden anlaşılandan daha çok yönlü olduğu artık görülüyor. Bu keşif, Rockefeller Üniversitesi ile Memorial Sloan Kettering Kanser Merkezi’nden beş araştırmacı tarafından yapıldı.

Araştırmacılar sonuçlarını saygın bilim dergisi Science’ta¹ “Cat1, tip III CRISPR-Cas antiviral yanıtı sırasında NAD+’yı parçalamak için filament ağları oluşturur” başlığıyla yayımladı.

CRISPR’ın Bakterilerdeki Doğal Kökeni

Çoğu bakteri, kendilerine saldırmakta uzmanlaşmış ve bakteriyofaj (kelime anlamıyla “bakteri yiyen”) olarak adlandırılan virüslerin sürekli tehdidi altındadır.

Bu nedenle bu fajların, giderek artan antibiyotik direncinin büyük bölümünü aşabilecek “canlı antibiyotikler” oluşturma potansiyeli araştırılıyor.

Bir bakterinin CRISPR sisteminde bulunan her CRISPR genetik dizisi, daha önce o prokaryotu veya atalarından birini enfekte etmiş bir bakteriyofajın DNA parçasından türemiştir.

Bu diziler, sonraki enfeksiyonlarda benzer bakteriyofajların DNA’sını tespit edip yok etmek için kullanılır ve fajlara karşı bir tür “kazanılmış bağışıklık” oluşturur. CRISPR, dizilenmiş bakteri genomlarının yaklaşık %50’sinde bulunur.

CRISPR sistemlerinin ne kadar yaygın olduğu ve bakterilerdeki viral enfeksiyonlara karşı ne kadar önemli olduğu düşünüldüğünde, başka antiviral özelliklere de sahip olmaları pek şaşırtıcı değildir.

CRISPR Virüsleri Hücre Fonksiyonunu Durdurarak Engelleyebilir

CRISPR Bakterilerin Kolektif Bağışıklık Sistemi Olarak

CRISPR sistemlerinin “genetik makas” dışındaki işlevleri, özellikle Rockefeller Üniversitesi’nde Prof. Luciano Marraffini yönetimindeki Bakteriyoloji Laboratuvarı’nın çalışmaları sayesinde giderek daha iyi anlaşılıyor.

Kaynak: Amacad

Araştırmacılar özellikle CRISPR-Cas10 sistemlerinde CARF efektörleri adı verilen molekül sınıfına odaklandı. Bunlar, bir bakteri fajla enfekte olduğunda etkinleşen proteinlerdir.

CARF efektörleri aynı hedefe, yani hücresel faaliyeti durdurmaya, birden fazla yoldan ulaşır. Enfekte hücrelerde DNA çoğalması ve protein üretimi durduğunda virüs üretimi de durur.

“Laboratuvarlarımızın ortak çalışması, bu CARF efektörlerinin ne kadar etkili ve birbirinden ne kadar farklı olduğunu ortaya koyuyor. Moleküler faaliyetlerinin çeşitliliği gerçekten şaşırtıcı.”

Prof. Luciano Marraffini – Rockefeller Üniversitesi Bakteriyoloji Laboratuvarı

Bu etki çevredeki diğer bakterileri dolaylı olarak korur. Temel ilkeleri bakımından, virüsün yayılmasını durdurmak için enfekte hücreleri ve kanser hücrelerini öldüren memeli bağışıklık sisteminin NK (Doğal Öldürücü) lenfositlerine oldukça benzer.

Cat1 Proteini: CRISPR’ın Yeni Hilesinin Anahtarı

Yakın dönemdeki birçok biyoteknoloji keşfinde olduğu gibi gelişmiş yapay zekâ araçları, araştırmacıların samanlıkta iğne aramasına yardımcı oldu. Bu çalışmada kullanılan Foldseek, proteinlerin üç boyutlu yapısını tahmin etmek için Google’ın (GOOGL ) AlphaFold aracını temel alan bir arama programıdır.

Foldseek, protein dizilerini karşılaştırmak yerine üç boyutlu yapılarını karşılaştırır. Böylece farklı amino asit dizilerine sahip olsalar bile işlevsel olarak benzer proteinleri bulma olasılığını artırır. Foldseek, önceki yöntemlere kıyasla hesaplama sürelerini dört ila beş büyüklük mertebesi azaltır.

Kaynak: ResearchGate

Araştırmacılar Foldseek ile CARF efektörü olma olasılığı yüksek bir protein buldu ve buna Cat1 adını verdi. Proteinin son derece hassas bir etkinleşme sistemine sahip olduğu görüldü.

Bu protein, döngüsel tetra-adenilat veya cA4 adı verilen ikincil haberci moleküller aracılığıyla virüsün varlığından haberdar edilir. Ardından Cat1, hücre için gerekli olan NAD+ adlı metaboliti parçalar.

“Yeterli miktarda NAD+ parçalandığında hücre büyümenin durduğu bir duruma girer.

Hücresel faaliyet durakladığında faj artık çoğalamaz ve bakteri topluluğunun geri kalanına yayılamaz.”

Christian Baca – TPCB lisansüstü öğrencisi

Cat1’in Yapısı Ne Açıklıyor

Bilimde sıkça olduğu gibi, keşifler arttıkça yeni sorular da ortaya çıktı.

Araştırmacılar Cat1’in gerçek yapısını incelediklerinde alışılmadık bir şekle sahip olduğunu gördü.

Cat1’in ikili kopyaları cA4 sinyal molekülüyle birbirine bağlanır, viral enfeksiyon sırasında uzun filamentler oluşturur ve NAD+ metabolitlerini yapışkan moleküler ceplerin içine hapseder. Protein, hücre düzeyinde daha karmaşık yapılar da oluşturur.

“Filamentler birbirleriyle etkileşerek üçgen sarmal demetler oluşturuyor; bu demetler daha sonra genişleyerek beşgen sarmal demetlere dönüşebiliyor.”

Puja Majumder – Patel Laboratuvarı’nda doktora sonrası araştırmacı

Kaynak: Rockefeller Üniversitesi Bakteriyoloji Laboratuvarı

Bu Antiviral Hileler İnsanlarda da Çalışabilir mi?

Bakterilerdeki CRISPR sistemlerinin son derece karmaşık ve geniş antiviral kapasitesi şu soruyu gündeme getiriyor: Bu yöntem insanlarda da işe yarayabilir mi?

Bu fikir daha önce de tartışıldı. Çünkü antibiyotiklerin hâlâ büyük ölçüde etkili olduğu bakterilere kıyasla viral enfeksiyonlarla mücadele etmek çok daha zordur.

Olasılıklardan biri, HIV, SARS-CoV-2 ve hepatit virüsleri gibi kronik viral enfeksiyonları genom düzenlemeyle tedavi etmektir. Çiçek ve maymun çiçeği gibi virüsler de bu yolla tedavi edilebilir.

CRISPR sistemlerinin daha iyi anlaşılması, mevcut CRISPR tabanlı gen tedavilerine yeni işlevler eklenmesine veya yan etkilerin azaltılmasına da yardımcı olabilir ve bu tedavileri daha etkili araçlara dönüştürebilir.

CRISPR Teknolojilerine Yatırım

CRISPR Therapeutics

CRISPR Therapeutics’i farklı kılan, CRISPR-Cas9 teknolojisinin temel mekanizmalarını ortaya çıkaran öncü araştırmanın sahibi Dr. Emmanuelle Charpentier’nin de yer aldığı güçlü kurucu kadrosudur.

Bu çalışma, CRISPR-Cas9’un çok yönlü ve hassas bir gen düzenleme aracı olarak kullanılmasının temelini attı. Charpentier’nin çalışmaları, 2020 Nobel Kimya Ödülü ve Yaşam Bilimleri Breakthrough Ödülü dâhil çok sayıda ödüle layık görüldü.

CRISPR Therapeutics; hemoglobinopatiler, kanser, diyabet ve diğer hastalıkların tedavisine yönelik verimli ve çok yönlü bir CRISPR/Cas9 gen düzenleme platformu geliştiriyor.

Şirketin geliştirdiği ilk tedavi, β-talasemi ve orak hücre hastalığı adlı kan hastalıklarını hedefliyordu.

Tedavi, her iki kullanım için de Casgevy ticari adıyla onaylandı. Şirketin B hücreli kanserleri hedefleyen ilk allojenik CAR-T programı da klinik denemelerdedir.

Orak hücre hastalığının pazarı görece küçük olsa da teknoloji olgunlaştığında şirket başka hastalık mekanizmalarını hedeflemeye geçebilir.

Onaylı bir CRISPR tedavisine sahip ilk şirket olan CRISPR Therapeutics, bu teknolojiden pozitif nakit akışı sağlayan ve kullanım alanlarını daha da genişleten ilk şirket olmak için güçlü bir konumdadır.

Bu güçlü geçmiş, CRISPR tedavilerindeki açığı kapatmak isteyen diğer ilaç şirketleri için CRISPR Therapeutics’i tercih edilen bir ortak hâline getirebilir.

En Son CRISPR Therapeutics (CRSP) Hisse Senedi Haberleri ve Gelişmeler

Çalışma Referansı:

^{1. Christian F. Baca et al. Cat1 forms filament networks to degrade NAD+ during the type III CRISPR-Cas antiviral response. Science 10 Apr 2025. DOI: 10.1126/science.adv9045}