Yeni CRISPR Sistemleri Keşfedildi, Gen Düzenleme Hassasiyetini Artırıyor

Bizi ne benzersiz kılıyor? Çoğundan farklı, ama birkaçına benzer? Fiziksel, davranışsal ve hatta zihinsel yapımızı şekillendiren nedir? Cevap genlerimizde yatıyor.

Ebeveynlerden yavrularına geçen genler, fiziksel ve biyolojik özellikleri belirleyen bilgiyi taşır.

Ama bu hepsi değil. Genler aynı zamanda hastalıklardan da sorumludur. Hatalı genler, doğum kusurları, kronik hastalıklar veya gelişim sorunları şeklinde ortaya çıkabilecek çeşitli problemler yaratabilir.

Bunun üst düzey bir yolu, DNA’ya kesin değişiklikler yapmaya olanak tanıyan gen veya genom düzenlemesidir. Gen düzenlemesi, belirli konumlardaki genetik materyali eklemeyi, çıkarmayı veya değiştirmeyi içerir.

DNA’ya yapılan bu belirli, hedeflenmiş değişiklikler, fiziksel özelliklerde veya hastalık riskinde değişikliklere yol açabilir. 

Bu teknoloji, hatalı genleri düzelterek genetik hastalıkları tedavi etmenin yanı sıra yeni tedaviler geliştirmek ve gen fonksiyonunu daha derinlemesine anlamak için de kullanılmaktadır. Ayrıca, DNA’larına kesin değişiklikler yaparak bitkileri geliştirebilir. İyi bilinen ve yaygın olarak kullanılan bir gen düzenleme teknolojisi, doğal olarak oluşan bir bakteri savunma sistemine dayanan CRISPR-Cas9’dur.

CRISPR-Cas9, bakterilerin viral enfeksiyonlara karşı viral DNA’yı tanıyarak ve yok ederek savunmalarına yardımcı olan bir bakteri bağışıklık sistemi olan CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats)’den türetilmiştir. 

Bu sistemde, CRISPR genetik bir yönlendirici cihazı gibi çalışırken, bir protein olan Cas9, DNA’yı belirli noktalarda kesen moleküler ‘makas’ görevi görür. Önceki gen düzenleme tekniklerine göre daha basit, daha ucuz ve daha hassastır. 

CRISPR-Cas9 teknolojisine dayalı bir genom düzenleme yöntemi, 2020 yılında Kimya Nobel Ödülü’ne layık görüldü. Tarihte bir Nobel ödülünün iki kadına verilmesi ilk kez oldu.

CRISPR: Modern Biyolojiyi Gen Düzenleme ile Dönüştürüyor

CRISPR, birkaç on yıl önce ilk kez tanımlandı. 1987’de Osaka Üniversitesi’nden Yoshizumi Ishino ve ekibi, (E. coli) bakteri genomlarında bunu gözlemledi. Ancak, CRISPR’un bakteri bağışıklığındaki rolü ancak 2000’lerin başında ortaya konuldu.

Son birkaç yılda, bu teknoloji önemli ölçüde ilerledi ve modern biyolojiyi dönüştürmektedir.  

Bunun bir örneği, CRISPR–Cas9’un insan embriyo hücrelerini değiştirmek için kullanılmasıdır; bu sayede genetik değişiklikler gelecek nesillere aktarılabilir. Bu durum geniş çapta eleştirilmiş ve kalıtsal genetik değişikliklerin yasaklanması çağrıları yapılmıştır.

Bunun yanı sıra, CRISPR–Cas9 ve ilgili teknolojiler, hayatı tehdit eden hastalıkları tedavi etmek için de başarıyla kullanılmaktadır. 

Bu yılın ilk üç ayında, birkaç araştırmacı CRISPR’u kullanarak çeşitli atılımlar gerçekleştirdi.

Earlier this month, a team of scientists at Colossal Biosciences created ‘wooly mice’—mice with long fur similar to the extinct woolly mammoth. They did this by simultaneously editing seven genes linked to hair growth, color, and texture.

Ekip, mamutun başlıca projeleri arasında olduğu, tilki köpekbalığı ve dodo dahil olmak üzere çeşitli nesli tükenmişlik projeleri üzerinde çalışıyor. Bu projelerin tümü, nesli tükenmiş türle yakından ilgili bir türden kök hücreler alıp, ölen türün genomuna dayalı değişiklikleri düzenlemeyi içeriyor. Bunun için araştırmacılar CRISPR/Cas9 ve CRISPR/Cas sistemlerinin çeşitli varyasyonlarını kullandılar.

Geçen ay, MIT’nin McGovern Beyin Araştırma Enstitüsü ve MIT ve Harvard’ın Broad Enstitüsü’nden bilim insanları, genom düzenleme araç kutusunu genişletebilen ve gen düzenleme tedavilerinin teslimatını basitleştirebilen eski bir RNA yönlendirmeli sistem keşfettiler.discovered¹ an ancient RNA-guided system that can expand the genome editing toolbox and simplify the delivery of gene editing therapies.

TIGR (Tandem Interspaced Guide RNA) olarak adlandırılan bu sistemler, herhangi bir DNA dizisini hedefleyecek şekilde yeniden programlanabilir. Hedef DNA üzerinde çalışan farklı işlevsel modüllere sahiptirler. Modülerliğinin yanı sıra, TIGR son derece kompakt bir yapıya sahiptir.

According to Feng Zhang, a Professor of Neuroscience at MIT, whose team previously adapted bacterial CRISPR systems into gene editing tools and found various programmable proteins:

“This is a very versatile RNA-guided system with a lot of diverse functionalities.” 

En son çalışmalarında, ekip CRISPR-Cas9 proteininin enzimin RNA rehberine bağlanan yapısal özelliğine odaklandı. 20.000’den fazla farklı Tas proteini keşfettiler, onlar üzerinde deneyler yaptılar ve bazıların insan hücrelerinde DNA’ya hedefli kesikler yapabilecek şekilde programlanabileceğini gösterdiler. Şimdi TIGR-Tas sistemlerini programlanabilir araçlar haline getirmeyi planlıyorlar.

Bilim insanları, hücresel seviyede trisomiyi düzeltmek için gen düzenlemeyi de araştırıyor. Yakın zamanda, Down sendromu hücre hatlarında CRISPR-Cas9 kullanarak 21. kromozomun ekstra kopyalarını başarıyla kaldırdılar ve normal gen ifadesini yeniden sağladılar.

Down sendromu, 21. kromozomun ekstra bir kopyası olduğunda ortaya çıkar. Bu durum, doğan her 700 çocuktan yaklaşık 1’ini etkiler ve erken tanısı kolay olsa da, şu anda bu hastalık için bir tedavi bulunmamaktadır.

Ancak laboratuvar ortamında elde edilen son atılım, trisomi 21 hücre hatlarından ekstra kromozomu kaldırabildi; bu hücre hatları pluripotent kök hücrelerden ve deri fibroblastlarından türetilmişti ve her iki ebeveynden de tek bir kopya bırakıldı, iki aynı kopya yerine.

Canlı organizmalarda kullanıma hazır olmasa da, nöronlar ve glial hücrelerde uygulanma potansiyeli gösteriyor.

Başka bir örnekte, Çinli bilim insanları, dang gibi ölümcül virüsleri kullanarak daha güvenli bir gen düzenleme sistemi geliştirdi; bu sistem, istenmeyen mutasyonları önlemek için yabancı DNA’nın geride kalma riskini azaltmak amacıyla mRNA kullanıyor.

Araştırma ekibine göre, optimize edilmiş mRNA teslimat sistemi, “bitkilerde transgen içermeyen genom düzenlemesinin esnekliğini ve uygulanabilirliğini artırıyor.”

Dolayısıyla, gen düzenleme teknolojisi, sadece insan biyolojisini değil, aynı zamanda bitki DNA’sını değiştirerek yüksek verim gibi istenen özellikleri artırarak tarımı da devrim niteliğinde dönüştürdü.

Bu ay, Johns Hopkins Üniversitesi ve Cold Spring Harbor Laboratuvarı’ndan bilim insanları, meyve boyutunu belirleyen ana genleri keşfettiler. Bu genler CRISPR ile kontrol edilebilir ve daha büyük, daha lezzetli ürünlerin yolunu açıyor.

Araştırma, patates, patlıcan ve domates gibi 22 gece gölgesi bitkisinin tam genomlarını haritalamayı amaçlayan daha geniş bir girişimin parçasıdır; bu sayede genetik özelliklerini anlamak ve geliştirmek hedefleniyor.

“Gen düzenlemesini yaptıktan sonra, bir tohumla bir devrim başlatmak yeterlidir.”

– Ortak yazar Michael Schatz, Johns Hopkins Üniversitesi’nden genetikçi

Tüm bu gelişmeler, teknolojinin ne kadar ilerlediğini gösteriyor, ancak bu sadece bir başlangıç. Duke Üniversitesi ve Kuzey Karolina Eyalet Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, mevcut gen düzenleme teknolojilerinin yeteneklerini daha da artıran yeni CRISPR-Cas sistemlerini keşfettiler.

CRISPR-Cas9 hakkında tüm bilgileri öğrenmek için buraya tıklayın. 

CRISPR: Yeni Sistemler Gen Düzenleme Hassasiyetini Artırıyor

CRISPR-Cas sistemleri bakterilerde ilk keşfedildiğinden beri, sayısız ortolog tanımlanmıştır. Ortologlar, ortak bir atadan evrimleşen ve farklı türlerde aynı işlevi koruyan genlerdir.

Şu ana kadar en az altı tip ve 33 alt tip ortolog karakterize edilmiştir; buna rağmen, tip II sistemleri biyoteknoloji ve biyomedikal araştırmalarda en yaygın kullanılanlardır. Bu tip II sistemleri DNA’yı kesmek için Cas9 kullanır.

Cas9 hedef bölgelerinin yeniden programlanmasının kolaylığı, bu sistemin bu kadar popüler olmasını sağlamış ve potansiyel genom düzenleme terapilerinin bir dalgasını başlatmıştır. 

Bununla birlikte, bakteri CRISPR-Cas9 sistemlerinin bolluğuna rağmen, insan hücrelerinde etkili olanlar azdır ve bu da CRISPR teknolojisinin genel potansiyelini sınırlamaktadır. 

Bu durum, hedeflenebilir DNA dizileri yelpazesini genişletmek için ek Cas9 ortologlarına ihtiyaç duyulmasına yol açar. Ayrıca, taşıma boyutu sınırlamalarını aşmaya ve CRISPR-Cas9 gen düzenlemesinin özgüllüğünü ve verimliliğini artırmaya yardımcı olur.

Bu yüzden, Duke Üniversitesi ve NC State Üniversitesi’ndeki araştırmacılar binlerce bakteri genomunu yeni CRISPR-Cas sistemleri için incelediler ve gen düzenleme araç kutusuna eklenebilecek bazı sistemler keşfettiler.

Bu ay, Ulusal Bilimler Akademisi İşlemeleri (PNAS)² dergisinde yayımlanan çalışma, teknolojinin araştırma, tıp ve biyoteknoloji üzerindeki etkisini etkili bir şekilde genişletiyor.

“İnsan hücrelerinde kullanılan ilk CRISPR-Cas sistemlerinin hâlâ en iyi çalışan sistem olması gerçekten şaşırtıcı. Daha az bilinen ortamlarda bulunan bakterileri tarayarak farklı yeteneklere sahip olabilecek farklı CRISPR sistemleri bulmak istedik.”

– Charlie Gersbach, Duke Üniversitesi Biyomedikal Mühendisliği Profesörü

Yeni keşfedilen bakteri genomları arasında, tipik olarak süt ineklerinde bulunan bir bakteriden türetilen belirli bir sistem, insan sağlığı için umut vaat ediyor.

Bu ortogonal etkileyici, bir sonraki nesil genom düzenleme için çeşitli gen dizilerini tamamlayıcı ve esnek bir şekilde hedeflemeye olanak tanır.

Sistem aynı zamanda yüksek verimlidir ve yaygın olarak kullanılan Streptococcus pyogenes CRISPR-Cas9 ile karşılaştırılabilir. Streptococcus pyogenes, CRISPR-Cas9 ve sonraki araştırmaların temelini oluşturan bakteri türüdür.

NC State Üniversitesi Gıda, Biyoproses ve Beslenme Bilimleri Profesörü Rodolphe Barrangou’ya göre:

“Doğada CRISPR-Cas sistem çeşitliliği çok daha fazladır ve fonksiyonel potansiyele sahip çeşitli etkileyicileri moleküler makineler olarak madencilik yapmak çok faydalı olabilir.”

Teknoloji üzerine yayınlanmadan birkaç yıl önce, Barrangou, CRISPR’ı süt starter kültürlerinde kullanılan bir savunma sistemi olarak tanımlamış ve o zamandan beri laboratuvarı, probiyotikler, gıda üretimi, ağaç genomları düzenleme ve odun özelliklerini değiştirme konularında çeşitliliğini araştırıyor.

Barrangou, son araştırma hakkında şunları söyledi:

“Bazı mevcut etkileyiciler, örneğin SpyCas9, klinikte zaten büyük potansiyel gösterirken, genom, transkriptom ve epigenomu bir sonraki nesil manipülasyon için CRISPR araç kutusunu genişletmemiz gerekiyor.”

O, “CRISPRdisco” adlı bir program geliştirdi; bu program, büyük bakteri genom veritabanlarında CRISPR-Cas sistemlerini tanımlıyor. Program, araştırmacıların 1000’den fazla keşfedilmemiş CRISPR sistemini belirlemesine yardımcı oldu.

Araştırmacılar bu sistemleri, Gersbach laboratuvarının mühendislik yapması için sadece 50 adaya indirdi.

Bu CRISPR sistemlerini insan hücrelerinde gen aktivatörleri, baskılayıcıları ve genetik ve epigenetik editörler olarak test ettiklerinde, dört sistem bireysel başarılarıyla öne çıktı.

Bunlardan biri (SubCas9), çok yönlülüğüyle özellikle dikkat çekti. Bu umut verici CRISPR bileşeni, süt ineklerinde yaygın olarak bulunan Streptococcus uberis bakterisinde bulunur ve bazı insan probiyotik ürünlerinde de kullanılmaktadır.

Araştırmacılar SubCas9 hakkında birçok nedenden dolayı heyecanlı. İlk olarak, yeni sistemin küçük boyutu — geleneksel Cas9 DNA moleküler skalpeliğinden daha küçük — insan hücrelerine daha kolay teslim edilmesini sağlıyor. 

Ayrıca, orijinal karşılığına erişilemeyen benzersiz gen dizilerini hedefleyebilir.

Genellikle kullanılan Cas9, DNA dizisi ‘GG’ye komşu genomik hedeflerde çalışır; bu “oldukça yaygın bir DNA dizisi”dir. Ancak, yakınında GG yoksa alternatif bir sistem gerekir ve yeni sistem, “AATA” veya “AGTA” kalıplarına komşu sitelerde çalışarak bunu sağlar.

“Bu sistem, araştırmacılara hedef bölge seçiminde gerçekten hassas olduklarında farklı Cas9’ları kullanma esnekliği sağlayabilir.”

– Gabe Butterfield, Gersbach Laboratuvarı’nda doktora sonrası araştırmacı

Ayrıca, S. uberis insanlarda genellikle bulunmadığından, insan bağışıklık sistemi tarafından tanınma olasılığı daha düşüktür. Bu, daha yaygın Cas9 proteinlerini izole eden bakteri türlerinden farklıdır.

Dolayısıyla, terapötik bir uygulamada kullanıldığında, çoğu insanın bağışıklık sistemi SubCas9’u önceki doğal bir maruziyetten tanımaz.

“Terapötik uygulama potansiyelinin yanı sıra, çeşitli habitatlara uyum sağlamış bakterilerin, farklı konak türlerine daha uygun etkileyicileri barındırdığını ve bitkiler, hayvanlar ve çevresel uygulamalar için daha uygun sistemlerin keşfedilmesi konusunda büyük potansiyel taşıdığını takdir ediyoruz.”

– Barrangou

Bir sonraki adımda, araştırmacılar SubCas9’un önceden var olan bağışıklığı aşma yeteneğini inceleyecekler ve çeşitli hücre ve gen terapilerine dahil etmeyi test edecekler. Ayrıca, daha fazla CRISPR sistemi bulmak için büyük bakteri metagenomik veritabanlarına geri dönmeyi planlıyorlar.

Genel olarak, CRISPR-Cas9 gen düzenlemedeki son gelişmeler, gen terapi tekniklerini önemli ölçüde iyileştiren büyük bir atılım sunuyor; bu sayede genetik hastalıklar, kanserler ve diğer hastalıklar için daha hassas ve etkili tedaviler mümkün oluyor.

CRISPR araştırmalarının hızlı temposu göz önüne alındığında, bu yeni sistemler, daha fazla doğrulama ve düzenleyici onaylar alındıktan sonra, önümüzdeki 3 ila 5 yıl içinde klinik uygulamalara entegre edilebilir.

Yenilikçi Şirket

Editas Medicine, Inc.

Editas Medicine (EDIT ), CRISPR tabanlı terapiler geliştirerek bir dizi ciddi hastalığı tedavi etmeye odaklanan önde gelen bir genom düzenleme şirketidir.

It is a clinical-stage genome editing company developing in vivo-administered gene-editing medicines, where the treatment is injected directly into the patient to edit cells inside their body. CEO Gilmore O’Neill, M.B., M.M.Sc earlier this month, while sharing business updates, said:

“Hedefimiz ve stratejimiz, dördüncü çeyrekte in vivo gen düzenlemede lider konuma gelmekti; çünkü önceden planlanan zaman çizelgesinden önce in vivo ön klinik kanıt konseptine ulaştık ve platform teknolojimizin gen yukarı regülasyonu (mevcut bir proteinin ifadesini artırarak klinik açıdan anlamlı seviyelere ulaşması) potansiyelini gösteren olumlu ön klinik in vivo verileri paylaştık. Bu, tek dozla dokular arasında potansiyel iyileşmeler sağlayabilir.”

Yazı itibarıyla, 117 milyon dolar piyasa değerine sahip şirketin hisseleri 1,41 dolar seviyesinde, YTD %11,02 artış göstermektedir. EPS (TTM) -2,88 ve P/E (TTM) oranı -0,48’dir.

Bu ayın başlarında, şirket raporladı 2024 dördüncü çeyrek ve tam yıl finansal sonuçlarını. Net zarar 45,4 milyon dolar, hisse başına 0,55 dolar oldu; bu, 2023 dördüncü çeyrekte kaydedilen 18,9 milyon doların çok üzerindedir.

Gelir 30,6 milyon dolara düştü ve bu dönemde araştırma ve geliştirme harcamaları 48,6 milyon dolara yükseldi.

2024 sonunda, şirketin nakit, nakit benzerleri ve menkul kıymetleri 269,9 milyon dolar olup, bir önceki çeyrek sonuna göre hafif bir artış göstermektedir. Şirketin açıklamasına göre, bu fonlar ve Vertex Pharmaceuticals (VRTX ) ile lisans anlaşması kapsamında ödenecek tutarların kalan kısmı, 2027’nin ikinci çeyreğine kadar hem operasyonel giderleri hem de sermaye harcamalarını finanse etmeyi sağlayacak.

2024 tam yılı için net zarar 237,1 milyon dolar, hisse başına 2,88 dolar oldu; iş birliği gelirleri 32,3 milyon dolara düşerken, Ar-Ge harcamaları 199,2 milyon dolar, genel ve idari harcamalar 72 milyon dolar ve yeniden yapılandırma giderleri 12,2 milyon dolar olarak gerçekleşti.

Şirketin son başarıları arasında, insanlaştırılmış farelerde ve insan olmayan primatlarda ön klinik kanıt konseptini (PoC) göstermesi yer alıyor.

CTO Linda C. Burkly, Ph.D., şirketin “in vivo gen düzenlemesini gen yukarı regülasyonu yoluyla işlevsel bir proteinin seviyesini artırarak, kayıp fonksiyon veya zararlı mutasyonların neden olduğu hastalıkları ele almayı” başarabileceğini vurguladı. Ayrıca, ‘plug ‘n play’ programı ile bu gen yukarı regülasyonu stratejisinin çoklu doku üzerindeki potansiyelini paylaştı.

Editas, 2025 ortasında Hematopoietik Kök Hücreler ve karaciğer hücreleri için bir in vivo geliştirme adayını duyurmayı hedeflediğini ve yıl sonuna kadar daha fazla ön klinik in vivo HSC ve karaciğer verisi paylaşmayı planladığını da açıkladı.

Bu arada, şirket, geniş arama sürecinde ticari bir ortak bulamaması nedeniyle orak hücre hastalığı (SCD) tedavisi için reni-cel programını sonlandırdı. Bu adımla birlikte, maliyetleri azaltmak amacıyla çalışan sayısını %65, yaklaşık 180 işten azaltacak.

Editas Medicine, Inc. ile ilgili Son Gelişmeler

Sonuç

Son on yılda, CRISPR tabanlı teknolojiler, genom düzenlemeyi mümkün kılarak biyoteknolojiyi devrim niteliğinde değiştirdi. Bu teknolojiler, biyomedikal araştırma, terapötik genom ve epigenom düzenlemesi için çeşitli yeni fırsatlar yarattı. 

Mevcut yaklaşımlar, tek bir Cas9 etkileyicisine aşırı odaklanmaları, seçici verimlilik ve sınırlı hedef spesifikliği nedeniyle sınırlamalarla karşı karşıyadır. 

Yeni CRISPR-Cas sistemlerinin keşfi, gen düzenlemede büyük bir ilerleme anlamına geliyor. Hassasiyet, verimlilik ve mevcut teknolojilerin çok yönlülüğünü artırarak, son çalışma genetik bozukluklar için daha hedefli tedaviler ve tarımsal sonuçların iyileştirilmesi vaat ediyor. Araştırmacılar bu sistemleri geliştirirken, gerçek dünya benimsenmesi sağlandığında, bir sonraki nesil gen düzenleme tıpta ve biyoteknolojide yeni ufuklar açabilir!

Yatırım yapabileceğiniz en iyi CRISPR şirketlerinin listesi için buraya tıklayın.