CRISPR nədir?

‘’CRISPR-Cas9 genetik xəstəliklərin müalicəsi üçün insan genomunu həmişəlik dəyişdirərək biotibbdə inqilab yaratma potensialına sahib vasitədir’’. – Emmanuelle Charpentier 

E. Charpentier və J. Doudna 2020-ci il Kimya üzrə Nobel mükafatına məhz CRISPR (İng.cə – Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) texnologiyasını kəşf elədiklərinə görə layiq görülüblər. Əsrimizin əvvəllərinədək ancaq elmi-fantastik filmlərə mövzu ola biləcək genetik-modifikasiya olunmuş insan modelleri günümüzdə CRISPR texnologiyası vasitəsilə artıq real görünür. Canlı orqanizmlərdə irsi məlumatı daşıyan bütün genlərin cəmində, yəni genomda təzahür edən çox kiçik dəyişikliklərin səbəb olduğu müxtəlif genetik xəstəliklərdən əziyyət çəkən və həyat keyfiyyəti aşağı düşən insanları müalicə etməyə artıq çox yaxınıq. Sözü gedən texnologiyanın hal – hazırdakı istifadəsi, onun tətbiqinin yaradacağı müsbət və mənfi nəticələr, müasir araşdırmalarda CRISPR metodunun insanlar üstündə tətbiqinə mane olan etik problemlər kimi məsələlər sizi də həyəcanlandırırsa, məqaləmizi oxumağa davam edin.  

CRISPR/Cas texnologiyası

Bu texnologiyanın əsas məqsədi xəstəliklərin genetik səbəblərini aradan qaldırmaq üçün insan genomu üzərində xüsusi nöqtələrdəki mutasiyaları bərpa etməkdir1. Bakteriyalarda kəşf olunmuş proseslərə əsalanan və günümüzdə bir sıra xəstəliklərin müalicəsi üçün ümid vəd edən CRISPR/Cas texnologiyasının mexanizminə nəzər yetirmədən öncə, DNT (dezoksiribonuklein turşusu) və RNT-nin (ribonuklein turşusu) strukturundan qısaca bəhs etməyin faydalı olacağını düşünürük.

DNT və RNT nədir və nə işə yarayır?

DNT molekulu öz ətrafında fırlanan iki sıra zəncirdən ibarət bioloji struktur olub bütün canlılarda və bəzi viruslarda genetik informasiyanın saxlanılması və nəsildən – nəsilə ötürülməsində iştirak edir2. Zəncirləri təşkil edən nukleotidlər 4 ədəddir (adenin (A), timin (T), sitozin (S) və quanin (Q)) və bir zəncirdəki nukleotidlər qarşı zəncir ilə müəyyən bir qanunauyğunluq əsasında birləşir: adenin timinlə, sitozin isə quaninlə. RNT isə DNT – dən transkripsiya (DNT – nin hər hansı bir fraqmenti üzərindən RNT – nin sintezi) olunan və yalnız bir nukleotid zəncirindən ibarət molekul olub, əsasən genetik materialın hüceyrə içərisində daşınmasında və protein sintezində iştirak edir3.

İndi isə gəlin, bu sistemin necə işlədiyini öyrənək. Yəqin ki, əksəriyyətiniz su siçəyi, qızılca kimi xəstəliklərə yoluxmusunuz və ya ən azından qeyd olunan xəstəliklər haqqında məlumatlısınız. Bildiyiniz kimi, bu tip xəstəliklərin bir hissəsində yoluxmadan sonra orqanizmimizdə immunitet əmələ gəlir və növbəti yoluxma zamanı törədici bizi xəstələndirə bilmir və ya xəstəlik dövrünü yüngül keçiririk. CRISPR/Cas sistemini də qazanılmış immun müdafiə mexanizminin bakteriya və arxeylər kimi canlılarda rast gəlinən bir analoq olduğunu fərz edin. İlk dəfə 1980-ci illərin sonlarına doğru E.coli bakteriyalarının genomlarında aşkar olunmuş bu sistem viruslar tərəfindən aktivləşdirilir4. Bəs bakteriyalar kimi sadə canlıların immun müdafiə mexanizmini başa düşmək CRISPR/Cas texnologiyasının anlaşılmasında necə rol oynayır? Ümid edirik ki, bu sualın cavabı qeyd olunan müdafiə sisteminin mexanizmi ilə tanış olduqdan sonra daha anlaşılır olacaq. 

CRISPR/Cas necə işləyir?

3 mərhələdən ibarət olan bu mexanizminin ilk mərhələsi adaptasiya adlanır. Bu pillədə virusun genetik materialı prokariot hüceyrəsinə daxil olduqdan sonra onun DNT – si Cas proteinləri vasitəsilə qısa fraqmentlərə ayrılır (İng.cə-spacers) və bu fraqmentlər bakteriya genomuna inteqrasiya olur5. İkinci mərhələ ekspressiya adlanır və bu mərhələdə CRISPR ardıcıllığı bakteriyanın RNT – polimeraza fermentləri vasitəsilə yuxarıda bəhs etdiyimiz qanunauyğunluq əsasında pre-crRNT – yə (prekursor -CRISPR- RNT), daha sonra isə Cas proteinlərinin köməyi ilə crRNT – yə transkripsiya olunur. Yəni artıq yoluxmuş bakteriyanın genomu üzərindəki CRISPR lokusunda bir virus DNT-si ilə eyni ardıcıllıq yaranır. Bu, o deməkdir ki, həmin bakteriya onu yoluxdurmuş patogenə qarşı immunitet qazandı. Bakteriya DNT-si üzərindəki CRISPR lokusu dedikdə Cas genləri (CRISPR associated genes), lider sıra, boşluq (spacer) və təkrarlar (İng.cə– repeats) sırasından ibarət olan gen ardıcıllığı nəzərdə tutulur (Fiqur 2). Unutmamaq lazımdır ki, hər bir crRNT müxtəlif keçmiş viral qarşılaşmalardan əldə edilən müdafiə elementlərini təmsil edir6. Sonuncu – müdaxilə mərhələsində isə, eyni virusla təkrar yoluxma zamanı CRISPR sistemi aktivləşir, Cas proteinləri crRNT-nin köməyi ilə viral genomu skan edir, əgər hər hansı bir uyğunluq (İng.cə– protospacer) tapılarsa, Cas proteinləri hədəf DNT – nin ikizəncirli quruluşunu həmin hissədə ayıraraq mümkün təhlükəni aradan qaldırır7 (Fiqur 1). 

Fiqur 1. CRISPR/Cas9 sistemi və müdafiə mexanizmini 3 mərhələdən ibarətdir. 1 – adaptasiya: virus DNT – si (və ya RNT – si) bakteriya genomuna inteqrasiya olunur; 2 – ekspressiya: inteqrə olunmuş fraqmentə uyğun crRNT yaranır; 3 – müdaxilə: növbəti dəfə eyni virusla qarşılaşma zamanı virus genomu skan olunduqdan sonra uyğun fraqment tapılarsa, Cas9 proteinlərinin köməyi ilə DNT həmin hissədə parçalanır. (Şəkil Passos et al., 2023-dən götürülmüşdür)                     

Bəs bu mexanizm genetik modifikasiyada necə köməyimizə çatır?

Nəhayət, müalicəsi hələ də mümkün olmayan bir sıra xəstəliklərin gələcəyi ilə bağlı bizi bu qədər həyəcanlandıran texnologiyanın əsaslandığı sistem haqqında təsəvvür qazandıq. Aşkar olunduğu gündən bu yana tədqiqatçılar bu sistemi prototip olaraq istifadə edərək bir çox xəstəliklərə qarşı doğuşdan immuninet yaratmağa nail olmaq və genetik mutasiyalarda defekti aradan qaldırmaq üçün model orqanizmlər üzərində çoxsaylı araşdırmalar həyata keçirirlər. Buradakı açar nöqtə mutasiyaya uğramış DNT hissəsinə qarşılıq olan kiçik (təxmini 20 nukleotid sırasından ibarət) bələdçi – RNT parçasıdır. Ən azından teoriyada həmin bələdçi – RNT Cas zülalını genomun yalnız hədəflənmiş hissəsinə apararaq zəncirin qırılmağını həyata keçirəcək. 

Qeyd edək ki, bu texnologiyanın geniş maraq doğurmasının müəyyən səbəbləri var. İlk olaraq CRISPR/Cas spesifik gen üzərində tam dəqiqliklə işləmə şansı yaradaraq8 bir çox genetik xəstəliklərin müalicəsində yeni yollar vəd edir. Onun istifadə imkanları da yetəri qədər genişdir, bakteriyalardan heyvanlara qədər müxtəlif canlılarda tətbiq etmək olar9. Bununla da biotibb, kənd təsərrüfatı, təbiət elmləri kimi müxtəlif sahələrdən olan şəxslərin diqqətini özünə yönəldir. Əlbəttə başqa gen mühəndislik texnologiyalarına nisbətdə qiymətinin yetəri qədər ucuz olması bir digər avantajdır10. Təəccüblü deyil ki, CRISPR texnologiyası dərman  şirkətlərinin də diqqət mərkəzindədir. 

Hal – hazırda insanlar üzərində aparılan klinik sınaqlarda kifayət qədər uğurlu nəticələrə imza atılır11,12. Oraqvari hüceyrə anemiyasının müalicəsi üçün inkişaf etdirilən və  CRISPR texnologiyasına əsaslanan 2 vasitə artıq Amerika Qida və Dərman Administrasiyası (FDA) tərəfindən 2023-cü ildə təsdiqlənib13

Bir digər araşdırma isə ürək – damar xəstəliklərindən biri olan ailəvi hiperxolesterinemiya sindromunun müalicəsinə fokuslanır14. Klinik sınaqların nəticəsi olduqca ümidvericidir. Sadəcə Amerika Qida və Dərman Administrasiyası heç bir halda yaranan dəyişikliklərin növbəti nəslə ötürülmədiyinə əmin olmağa çalışır. Elə məhz buna görə də insan embrionu üzərində aparılacaq mümkün araşdırmaların etik aspektləri sorğulanır. 

Misal olaraq yaxın keçmişdə (2018) həyata keçirilmiş təcrübəni göstərə bilərik. He Jiankui adlı çinli tədqiqatçı tərəfindən CRISPR texnologiyası ilə əkiz genləri üzərində aparılmış bu təcrübədə doğuşdan HIV virusuna qarşı dözümlülük yaradılmışdı15. Tədqiqatçının bu təcrübəsi qeyri-qanuni qiymətləndirildiyindən o, daha sonra 3 illik həbs cəzasına məhkum edilir.

Homo homini deus est

Bütün bunlar nəzərə alındıqda CRISPR möhtəşəm texnologiya kimi görünsə də, mənfi cəhətləri göz ardı ediləcək qədər az deyil. Bioloji orqanizmlərin iş prinsipi olduqca mürəkkəbdir. Çox zaman bir gen birdən çox prosesdə iştirak edir, yaxud müəyyən bir funksiyaya cavabdeh birdən çox gen olur16. Buna görə də, xüsusilə, insan orqanizmi kimi kompleks quruluşa malik canlının genomuna müdaxilələrin uzun müddətdə hansı nəticələr doğura biləcəyi hələlik müəmma olaraq qalır. Eyni zamanda model orqanizmlər üzərində aparılan araşdırmalar bu texnologiyanın istifadəsi zamanı hədəfdən kənarda bəzən həyati vacib genlərdə müxtəlif mutasiyaların yarandığını göstərir17. Elm adamlarının, əlbəttə, irəliləyən dönəmdə bu kimi problemlərə həll yolu tapması mümkündür. CRISPR/Cas texnologiyasının  istifadəsi ilə bağlı etik problemləri həll etmək isə, o qədər də asan görünmür18. Sizcə bu qədər effektiv bir vasitəni sadəcə genetik xəstəliklərin həllində, yaxud fluoresent işıq saçan balıqların hazırlanmasında istifadə etmək nə dərəcədə məntiqlidir? 

Abzasın başlığında da qeyd etdiyimiz “insan insan üçün tanrıdır” mənasına gələn bu ifadə müasir dünyada artıq özünü doğrultmaq üzrədir. İnsan embrionunda genetik defekti düzəldə bildiyimiz kimi onda olan digər əlamətləri də teorik olaraq dəyişə bilərik. Daha uzun boy, daha çox əzələ kütləsi, rəngli gözlər və hazırda təxəyyül edə bilməyəcəyimiz yüzlərlə başqa xüsusiyyət – bir sözlə Y.N. Hararinin ‘Homo Deus’ -u çox uzaqda görünmür. Bunlar ilk baxışda məsum istəklər kimi səslənsə də, böyük sosial problemlərlə üzləşməmiz qaçınılmazdır. İnsanoğlunun istəkləri sadəcə daha gözəl, daha sağlam olmaqla bitmir. CRISPR texnologiyasının bir diktatorun hakimiyyəti altında necə istifadə oluna biləcəyini də düşünmək lazımdır. Təəccüblü deyil ki, J. Doudna öz kitabında (“A crackle in creation”) yazır ki, yuxusunda A.Hitler ondan CRISPR haqqında daha geniş məlumat almaq istəyir. O, öz yuxusundan olduqca təsirləndiyini qeyd edir. 

Hələ 2000-ci illərin əvvəlinə qədər gen – modifikasiya texnologiyaları tərəfindən qüsursuz şəkildə dizayn olunan insan modellərindən bəhs edən elmi – fantastik filmlərdə belə diqqət mərkəzi olan əsas problem “tanrının övladı” adlandırılan (“Gattaca 1997”) alt təbəqənin genetik modifikasiya olunmuş üst təbəqə ilə mübarizədə cəmiyyətdə qarşılaşdıqları ayrıseçkilik olurdu.

Filmdə protagonist hətta anasının bəxtini niyə yerli genetiklər əvəzinə tanrının əlinə buraxdığını sorğulayırdı. Genetik mükəmməlliyətin diktator olduğu bu cəmiyyətdə doğulacaq uşağın fenotipik xüsusiyyətləri öncədən seçilir, eyni zamanda isə alkoqol aslılığı, ürək problemləri, şiddətə meyllilik, depresiya kimi müxtəlif problemləri modifikasiyaya uğrayaraq çıxdaş olunur. Lakin filmdə əsas nüans olaraq  “insan ruhunu kodlaşdıran genin olmadığı” vurğulanır.

İnsanlıq olaraq etdiyimiz hər yeni kəşf, hazırladığımız hər yeni texnologiya bizi daha sürətlə irəli aparır. Əlbəttə, qeyd etdiyimiz çətinliklər müxtəlif sferaları əhatə etdiyindən onların öhdəsindən gəlmək üçün elm adamları, sosioloqlar, filosoflar, siyasətçilər və digər mütəxəssislər birlikdə işləməlidir. Biz isə gələcəyin öz əlimizdə olduğunu bilməli, bakteriyaların bizə bəxş etdiyi bu texnologiyadan qorxmaq yerinə, onun dəyərinin fərqinə varmalı və beynəlxaq nizamnamələr əsasında onların ən doğru şəkildə istifadəsinə nail olmağa çalışmalıyıq. 

Yazarlar: Dilarə Hüseynova, Nərmin Nağıyeva

Rəyçilər: Elxan Yusifov, Cəmil Muradov

Elmi Ədəbiyyat:

(1) T Rohn, T.; Kim, N.; F Isho, N.; M Mack, J. The Potential of CRISPR/Cas9 Gene Editing as a Treatment Strategy for Alzheimer’s Disease. J. Alzheimer’s Dis. Park. 2018, 08 (03). https://doi.org/10.4172/2161-0460.1000439.

(2) Avery, O. T.; MacLeod, C. M.; McCarty, M. Studies on the Chemical Nature of the Substance Inducing Transformation of Pneumococcal Types: Induction of Transformation by a Desoxyribonucleic Acid Fraction Isolated from Pneumococcus Type III. In Die Entdeckung der Doppelhelix; Nickelsen, K., Ed.; Klassische Texte der Wissenschaft; Springer Berlin Heidelberg: Berlin, Heidelberg, 2017; pp 97–120. https://doi.org/10.1007/978-3-662-47150-0_2.

(3) Brenner, S. RNA, Ribosomes, and Protein Synthesis. Cold Spring Harb. Symp. Quant. Biol. 1961, 26 (0), 101–110. https://doi.org/10.1101/SQB.1961.026.01.015.

(4) Kick, L.; Kirchner, M.; Schneider, S. CRISPR-Cas9: From a Bacterial Immune System to Genome-Edited Human Cells in Clinical Trials. Bioengineered 2017, 8 (3), 280–286. https://doi.org/10.1080/21655979.2017.1299834.

(5) Makarova, K. S.; Haft, D. H.; Barrangou, R.; Brouns, S. J. J.; Charpentier, E.; Horvath, P.; Moineau, S.; Mojica, F. J. M.; Wolf, Y. I.; Yakunin, A. F.; Van Der Oost, J.; Koonin, E. V. Evolution and Classification of the CRISPR–Cas Systems. Nat. Rev. Microbiol. 2011, 9 (6), 467–477. https://doi.org/10.1038/nrmicro2577.

(6) Nasko, D. J.; Ferrell, B. D.; Moore, R. M.; Bhavsar, J. D.; Polson, S. W.; Wommack, K. E. CRISPR Spacers Indicate Preferential Matching of Specific Virioplankton Genes. mBio 2019, 10 (2), e02651-18. https://doi.org/10.1128/mBio.02651-18.

(7) Passos, G. A. Genome Editing in Biomedical Sciences; Springer Nature Switzerland AG: Cham, 2023.

(8) Jinek, M.; Chylinski, K.; Fonfara, I.; Hauer, M.; Doudna, J. A.; Charpentier, E. A Programmable Dual-RNA–Guided DNA Endonuclease in Adaptive Bacterial Immunity. Science 2012, 337 (6096), 816–821. https://doi.org/10.1126/science.1225829.

(9) Hsu, P. D.; Lander, E. S.; Zhang, F. Development and Applications of CRISPR-Cas9 for Genome Engineering. Cell 2014, 157 (6), 1262–1278. https://doi.org/10.1016/j.cell.2014.05.010.

(10) Pennisi, E. The CRISPR Craze. Science 2013, 341 (6148), 833–836. https://doi.org/10.1126/science.341.6148.833.

(11) Zhang, S.; Wang, Y.; Mao, D.; Wang, Y.; Zhang, H.; Pan, Y.; Wang, Y.; Teng, S.; Huang, P. Current Trends of Clinical Trials Involving CRISPR/Cas Systems. Front. Med. 2023, 10, 1292452. https://doi.org/10.3389/fmed.2023.1292452.

(12) Gillmore, J. D.; Gane, E.; Taubel, J.; Kao, J.; Fontana, M.; Maitland, M. L.; Seitzer, J.; O’Connell, D.; Walsh, K. R.; Wood, K.; Phillips, J.; Xu, Y.; Amaral, A.; Boyd, A. P.; Cehelsky, J. E.; McKee, M. D.; Schiermeier, A.; Harari, O.; Murphy, A.; Kyratsous, C. A.; Zambrowicz, B.; Soltys, R.; Gutstein, D. E.; Leonard, J.; Sepp-Lorenzino, L.; Lebwohl, D. CRISPR-Cas9 In Vivo Gene Editing for Transthyretin Amyloidosis. N. Engl. J. Med. 2021, 385 (6), 493–502. https://doi.org/10.1056/NEJMoa2107454.

(13) Parums, D. V. Editorial: First Regulatory Approvals for CRISPR-Cas9 Therapeutic Gene Editing for Sickle Cell Disease and Transfusion-Dependent β-Thalassemia. Med. Sci. Monit. 2024, 30. https://doi.org/10.12659/MSM.944204.

(14) https://ir.vervetx.com/news-releases/news-release-details/verve-therapeutics-announces-updates-its-pcsk9-program.

(15) Raposo, V. L. The First Chinese Edited Babies: A Leap of Faith in Science. JBRA Assist. Reprod. 2019. https://doi.org/10.5935/1518-0557.20190042.

(16) Goh, K.-I.; Cusick, M. E.; Valle, D.; Childs, B.; Vidal, M.; Barabási, A.-L. The Human Disease Network. Proc. Natl. Acad. Sci. 2007, 104 (21), 8685–8690. https://doi.org/10.1073/pnas.0701361104.

(17) Fu, Y.; Foden, J. A.; Khayter, C.; Maeder, M. L.; Reyon, D.; Joung, J. K.; Sander, J. D. High-Frequency off-Target Mutagenesis Induced by CRISPR-Cas Nucleases in Human Cells. Nat. Biotechnol. 2013, 31 (9), 822–826. https://doi.org/10.1038/nbt.2623.

(18) Baltimore, D.; Berg, P.; Botchan, M.; Carroll, D.; Charo, R. A.; Church, G.; Corn, J. E.; Daley, G. Q.; Doudna, J. A.; Fenner, M.; Greely, H. T.; Jinek, M.; Martin, G. S.; Penhoet, E.; Puck, J.; Sternberg, S. H.; Weissman, J. S.; Yamamoto, K. R. A Prudent Path Forward for Genomic Engineering and Germline Gene Modification. Science 2015, 348 (6230), 36–38. https://doi.org/10.1126/science.aab1028.

Leave a Comment

Your email address will not be published. Required fields are marked *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.

Scroll to Top