Genetik mühendisliğinde dev adım: DNA'yı isteğe göre programlayacaklar
Bilim adamları DNA'yı istediği yerde ve şekilde yeniden birleştirip düzenleyecek genomun 'kelime işlemcisi' olarak kullanılabilecek bir 'köprü rekombinaz' mekanizması keşfetti.
CRISPR veya temel düzenleyiciler gibi yeni genom düzenleme araçları, biyoteknoloji ve tıp için bir dizi olasılığın kapısını açmıştır. Bu yaklaşımlar genomdaki spesifik modifikasyonların verimli bir şekilde gerçekleştirilmesi için faydalıdır. Onlarla örneğin bir mutasyonu düzeltmek için bir DNA nükleotidini değiştirmek mümkündür . Orak hücre hastalığı için onaylanmış ilk genom düzenleme terapisi tam olarak bundan oluşur. Fakat genomun uzun parçalarını etkileyen değişiklikleri kesin olarak yapmak mümkün değildir.
Yakın zamanda Nature'da yayınlanan iki makale, küçük bir köprü RNA molekülü tarafından yönlendirilen programlanabilir bir rekombinazı temel alan yeni bir teknik aracılığıyla, büyük parçalar için yeni bir genom düzenleme çözümü sunuyor . Bu teknoloji, genomun belirli pozisyonlarında gerçekleştirilecek üç temel DNA yeniden düzenlemesi tipinin (insersiyon, eksizyon ve inversiyon) gerçekleştirilmesine olanak tanır. İki çalışma, bu yöntemin bakterilerde etkili olduğunu ve diğer organizmalar ve hücreler için potansiyelini artırdığını gösteriyor. Eğer işe yararsa ve optimize edilirse, kromozomal değişikliklerin neden olduğu hastalıkların tedavilerine yol açabilir.
Arc Enstitüsü ve Kaliforniya Berkeley Üniversitesi baş araştırmacısı ve çalışmanın yöneticilerinden biri olan Patrick Hsu, 'Köprü oluşturan RNA sistemi, biyolojik programlama için tamamen yeni bir mekanizmadır 'Köprü oluşturan rekombinasyon, yerleştirme, çıkarma, ters çevirme ve daha fazlasıyla genetik materyali evrensel olarak değiştirebilir ve CRISPR'ın ötesinde yaşayan genom için bir kelime işlemciyi mümkün kılabilir.' ifadelerini kullandı.
BÜYÜK DNA PARÇALARININ DÜZENLENMESİ
DNA'yı değiştirmek için kullanılan yeni sistem, bir rekombinaz enzimi kullanıyor. Doğada bulunan bu tip enzimler, DNA dizilerinin kesilmesini ve yeni kombinasyonlara katılmasını kolaylaştırır. Bu nedenle genom düzenleme sistemlerinin tasarlanması açısından oldukça ilgi çekicidirler. Özellikle ilgili DNA fragmanlarındaki spesifik dizileri tanıyan rekombinaz durumunda.
Genel olarak bu rekombinazlar, protein ve DNA arasındaki karmaşık bir etkileşim sistemi aracılığıyla DNA dizilerini tanır. Arc Enstitüsü ve California Berkeley Üniversitesi'nden araştırmacılar tarafından geliştirilen sistemin yeniliği ve ana avantajı, genetik yeniden düzenlemede yer alan spesifik DNA dizilerinin tanınmasına , ihtiyaçlara göre tasarlanabilen küçük bir köprü RNA'nın aracılık etmesidir.
Köprü oluşturan RNA, kaynak DNA dizisini belirten bir bölge ve DNA'daki hedef bölgeyi belirten başka bir bölge içerir. Ve en önemlisi, her iki bölge de yeniden planlanabilir. Çok çeşitli DNA dizilerini tanıyan ve genetik materyalin farklı türde yeniden düzenlenmesine izin veren spesifik RNA'lar oluşturulabilir.
İyi bilinen CRISPR genom düzenleme sisteminde olduğu gibi, RNA kılavuzlu rekombinazlara sahip yeni teknik, prokaryotik genomlarda bulunan ve bir rekombinazı ve bir köprü RNA'yı kodlayan IS110 adı verilen mobil genetik elementlerden türetilir.
RNA köprüsü, bir kaynak DNA'yı (bütünleşen DNA) ve bir hedef DNA'yı (DNA fragmanının dahil edildiği yer) hedefleyen bispesifik bir molekülün ilk örneğini temsil eder. Bir genom düzenleme sistemi oluşturmak için bir rekombinaz ile kombinasyonu birçok avantaj sunar.
Bunlardan ilki, daha önce bahsedilen, spesifik DNA dizileri için RNA tasarlama olasılığıdır . Üstelik oldukça kompakt bir sistemdir ve kendisini hücrelere taşıyan vektörler içerisinde kolaylıkla paketlenebildiği için düzenleme aracı olarak kullanımını kolaylaştırır. Ve son olarak, köprü oluşturan RNA'ya sahip sistem, DNA parçalarının temiz bir şekilde eklenmesini, silinmesini veya ters çevrilmesini destekler . İlgili DNA şeritleri arasındaki kesikler ve eklemeler, komşu DNA'nın bir kısmını sürüklemeden temizdir. Bu, daha az verimli olan uzun snippet düzenleme yöntemlerine göre önemli bir gelişmedir.
Palo Alto'daki Arc Enstitüsü ve California Berkeley Üniversitesi'nden araştırmacı ve araştırmanın eş direktörü Matthew Durrant, 'Köprü oluşturan rekombinasyon mekanizması, diğer genom düzenleme yöntemlerinin karşılaştığı en temel zorluklardan bazılarını çözüyor. Herhangi bir iki DNA molekülünü programlanabilir şekilde yeniden düzenleme yeteneği, genom tasarımında büyük ilerlemelerin kapısını açıyor.' dedi.
BÜYÜK BEKLENTİLER VAR
Şimdilik, köprü RNA'lı rekombinazlara dayanan düzenleme sistemi, değişken olmasına rağmen bakterilerde etkinlik göstermiştir. Genomun istenmeyen noktalarına eklemeler de gözlemlenmiştir. Bu nedenle işleyişini optimize etmek ve her şeyden önce memeli hücrelerinde mi, yoksa daha spesifik olarak insanlarda mı işe yaradığını belirlemek gerekli olacaktır .
Şimdilik, köprü RNA'lı rekombinazlara dayanan düzenleme sistemi, değişken olmasına rağmen bakterilerde etkinlik göstermiştir . Genomun istenmeyen noktalarına eklemeler de gözlemlenmiştir. Bu nedenle işleyişini optimize etmek ve her şeyden önce memeli hücrelerinde mi, yoksa daha spesifik olarak insanlarda mı işe yaradığını belirlemek gerekli olacaktır.
'Bunu yapacakları öngörülebilir, ancak konu CRISPR sistemlerinin yeniden yapılandırılması olduğunda CRISPR sistemlerinin eksikliklerini çözmeyi vaat eden IS mobil unsurlarına dayalı bir rekombinasyon düzenleme sistemi için zili çok erken başlatmadan önce bu sonuçları görmeyi beklememiz gerekiyor. Ulusal Biyoteknoloji Merkezi'nde genom düzenleme konusunda uzmanlaşmış bir araştırmacı olan ancak çalışmaya katılmayan Lluís Montoliu, Science Media Center'a şöyle konuştu : 'Genellikle doğuştan hastalıkların nedeni olan ciddi kromozomal değişiklikler.'
David Liu'nun MIT Broad Enstitüsü, Harvard ve HHMI'daki laboratuvarından araştırmacılar, aynı zamanda büyük ölçekli genom düzenlemeye yönelik araçlar geliştirme hedefiyle yakın zamanda, insan hücrelerine tüm genleri verimli bir şekilde eklemek veya değiştirmek için birincil düzenleme adı verilen gen düzenleme teknolojisini geliştirdiler. Nature Biomedical Engineering'de yayınlanan eePASSIGE yöntemi, uzun DNA dizilerini genomdaki belirli bölgelere yerleştirmek için ana düzenlemeyi tasarımcı rekombinaz enzimleriyle birleştirir.