İnsanlık tarihi kadar eski olan tıp uygulamaları, biyolojinin doğmasını tetiklemiş, sonra da biyolojinin kapsamı içine girmiştir. 18.’ci yy.’da ortaya çıkmış olan biyoloji, etimolojik olarak yunanca βίος (bios) = yaşam, canlılık – λόγος (logos) = söz,akıl, düzen sözcüklerinden türemiştir ve yaşamın temel özelliklerini, çevreyle ilişkilerini, süreçlerini, canlıların tür, yapı, gelişim, evrimlerini araştıran bilim dalı olarak yerini almış, zaman içinde zooloji, botanik, mikrobiyoloji, ekoloji, moleküler biyoloji, genetik gibi alt dalları oluşmuştur. Genetik ise, Yunanca γένεσις (genesis) = doğuş, köken, oluşum anlamındadır ve kalıtımı inceleyen bilim dalıdır; canlıların kalıtsal özelliklerini, bu özelliklerin nesilden nesile nasıl aktarıldığını inceleyen bilimdir. DNA, gen, kromozom, mutasyon gibi kavramlarla ilgilenir, tıp, tarım, biyoteknoloji uygulama alanlarıdır. Kalıtım, genetik bilginin ebeveynden yavruya aktarılmasıdır.
Hipokrat’ın, hastalıkların nedeninin göksel olmayıp doğal olaylar olduğu savından sonra, tıp biliminin önü açılmış, tüm alt dallar ile birlikte genetik biliminde de bugün ulaşılmış olan noktaya gelinmiştir; kuşkusuz bu da son nokta değildir. Hücre, evrim teorileri, genetik, kalıtım, homeostazis günümüzde önem kazanmış alanlar olmuştur.
DNA’nın keşfi (1953), genetik mühendisliği, biyoteknoloji, gen aktarımı, CRISPR-Cas9 ile gen düzenlemeleri için ilk adım olmuş, genetik bilimi, birçok devrimsel dönüşümden sonra yaşama dair algımızı kökten değiştirmiştir. Bugünkü yazımda gen teknolojilerinde gelinmiş son noktayı ve gelecek beklentilerini irdelemeye çalışacağım.
Genetik çalışmaları 1866 yılında Avusturyalı rahip Mendel’in bezelye deneyleri ile başlamış, 1953 yılında DNA yapısının keşfi ve moleküler genetiğin doğuşu ile ilerlemiştir. 1860’lı yıllarda da Darwin evrim teorisini açıklarken Mendel’in kalıtım çalışmaları hakkında bilgisi yoktu; Mendel genetiği ile Darwin’in evrim kuramı birleşerek modern evrimsel biyolojinin temeli atılmış oldu.
1910’da Thomas Hunt Morgan kromozomu buldu, genlerin kromozomlar üzerinde taşındığını gösterdi, 1944’te Avery, Macleod ve McCarty, kalıtım materyelinin DNA olduğunu kanıtladı,1953’de Watson ve Crick, Rosalind Franklin DNA’nın çift sarmal yapısını açıkladılar. 1960’lı yıllarda, genetik kod çözüldü, 1967’de, öğrencisi olduğum İstanbul Üniversitesi tıp fakültesinde, biyofizik dersinde, bir Alman akademisyen tarafından DNA çift sarmalı bizlere anlatılmıştı. 1970’lerde Paul Berg, Herbert Boyer ve Stanley Cohen, DNA’yı kesip başka bir canlıya aktardılar. Bu gelişme ile genetik hastalıkların tanısı kolaylaştı, biyoteknoloji doğdu, insan kromozom haritası 1980’lerde tamamlamdı, genetik mühendisliği kavramı ortaya çıktı. 2003 yılında başlayan İnsan “Genom Projesi” 2022’de tamamlandı (3 milyar baz çifti + yaklaşık 20.000 gen), insan DNA’sı haritalandı. Bireysel genetik farklılıklar, hastalık eğilimleri, tedavi seçenekleri, kanser genetiği anlaşılmaya başlandı.
Genetik artık sadece geçmişi değil, geleceği okumaya natta oluşturmaya başladı. “Doğal Evrimin” yerini “Yapay Evrime” bırakma tehlikesi ortaya çıktı, bunun büyük etik sakıncaları olabileceği anlaşıldı. Kalıtsal hastalıklara artık genetik yöntemlerle tanı kondu ve bireye özel tedavi dönemi (akıllı olarak adlandırılmış ilaçlarla) “kişiselleştirilmiş tıp” ortaya çıkmış oldu. Darwin’in evrim kuramı, genetik keşiflerle yorumlanmaya başlandı.
CRISPR-Cas9 son nokta mı?
CRISPR-Cas9 (Clustered, Regularly, Interspaced, Short, Palindromic, Repeats – “Kümelenmiş, düzenli aralıklarla yerleşmiş, kısa palindromik tekrar dizileri”) 2012’de bulundu. Bu buluş ile Jennifer Doudna ve Emmanuelle Charpentier, 2020’de Nobel Kimya Ödülü aldılar. Bu teknoloji, bakterilerin karşılaştığı virüslerin, genetik izlerini taşıyan DNA bölgelerini virüslere karşı korunmak için kullandığı, doğal bağışıklık mekanizmasını geliştirmesinden esinlenilerek geliştirildi.
Bu paragraf, konuya genel ve popüler bilgi açısından bakanlar için sıkıcı gelebilir, ancak konunun özü olan can alıcı açıklamalar olduğundan, buraya almak zorunda kaldım. İşlem yapılırken öncelikle DNA üzerinde düzeltilmesi gereken gen bulunur, genin tam örneği olan rehber gRNA (guide RNA) ve Cas9 proteini laboratuvarda sentezlenir, hücreye verilir. Bunlar gen üzerindeki hasarlı noktanın yakınında bulunan PAM noktasına giderler, Cas proteini PAM noktasının hemen öncesinden DNA’nın iki ipliğini de keser (double-strand break). Bu, olay hücre için yaşamsal tehlike demektir, bu yüzden hemen onarım mekanizmalarını devreye sokar, kesilen bölgeyi onarır, oraya yeni bir doğru parça koyar veya hatalı kısmı tamamen siler (NHEJ). Acele edilerek hareket edilirse, hücre kendi onarımını yapmadan biyolog hücreye sağlıklı gen dizisini içeren DNA şablonu (donör DNA) verirse, bu şablon kesik bölgenin iki yanına benzer diziler taşıdığı için, hücre bu şablonu okur ve kendi enzimleriyle DNA’ya entegre eder, böylelikle hastalığa neden olan yanlış gen düzeltilmiş olur (HDR). İkinci yöntemin sonuçları daha doğru olur. BKZ.
Şema 1
NHEJ: Non-Homologous End Joining – (Homolojiye dayalı olmayan) Hızlı ama sıklıkla hatalı sonuç
HDR : Homology-Directed Repair (Homolojiye Dayalı Onarım) Daha yavaş ama daha doğru sonuç
ŞEMA 1 DNA üzerinde CRISPR-Cas9 uygulaması
Kullanım alanı genetik hastalıkların tedavisi, kanser araştırmaları ve tedavileri, kişiselleştirilmiş tıp, dayanıklı bitki geliştirmesi (GDO), gibi çalışmalardır. Orak hücreli anemi yöntemin en büyük dönüm noktasıdır; kemik iliği hücrelerinin alınarak CRISPR ile genin düzenlenip vücuda geri verilmesi esasına dayanmaktadır (resmi onay almış olan ilk CRISPR tedavisidir.) Bazı kanser türleri için CRISPR ile bağışıklık hücreleri güçlendirilmekte, nadir bazı genetik hastalıklarda hücreler vücut dışına alınıp, CRISPR-Cas9 uygulaması benzer şekilde yapılmakta, hücreye geri verilerek verilmektedir. Karaciğer, akciğer, kas, kan hücreleri gibi vücut hücrelerine CRISPR uygulandığında, sadece o hücre ve ondan türeyen hücreler düzelmektedir. Kemik iliğindeki kök hücreler CRISPR ile düzeltilirse, bu kök hücreler tüm kan hücrelerini ürettiği için düzelme bütün kan sistemine yayılır. Hatalı gen devre dışı bırakılır, bu yöntem kanser ve virüs genleri için kullanılır, sağlıklı gen ile sağlam DNA verilmiş olur, genetik hastalığın düzeltilmesi hedeflenir.
Bazı durumlarda gRNA’nın yanlış yere bağlanması, yanlış yerin kesilmesi (off-target) olabilmekte, bu durumlarda ya gen iptal olur, ya hücre kesilen bölgeyi onarır, ya oraya yeni bir doğru parça koyar veya hatalı kısmı tamamen siler. Diğer önemli sorun da istenmeyen mutasyon olabilmesidir.
CRISPR-Cas9 uygulaması hem umut, hem de korku vermektedir; umut, “genetik kader değiştirilebilir” duygusunu oluşturmakta, “tasarlanmış insan” endişesi ise korku vermektedir. Ayrıca yerleşmiş tarihsel sosyo-politik korku da vardır, çünkü insanlık nükleer enerjide, kimyada, biyolojide kötü örnekleri görmüştür.
Etik bakımından sperm, yumurta ya da döllenmiş yumurta üzerinde CRISPR yöntemi uygulanırsa döllenmiş yumurta bölündükçe tüm hücreler yeni DNA’yı taşımaya başlar. Böylece düzeltme bütün organizmaya yayılır ve sonraki nesillere aktarılmış olur, bu nedenle tüm dünyada insanlar için yasaklanmıştır. Bilimsel paradigmaların değişimi hukuk, etik, tarım anlayışımızı, insan doğasına dair inançlarımızı da dönüştürmüştür. İnsan embriyolarında değişiklik yapmanın etik olup olmadığı, tasarım bebek yapılma riski, genetik bilginin gizliliğinin korunması konuları büyük tartışmalara neden olmaktadır. Gelişmiş ülkeler ile gelişmekte olan ülkeler arasındaki biyo-teknolojik ve sosyo-ekonomik eşitsizlik gibi konular da hala yoğun tartışma konusudur. Genetik bu konuyu felsefi, etik ve hukuki bir alan haline getirmiştir. Doğal evrim dönüşümünün yerini yapay dönüşüm alabilme tehlikesinin bilincine varılmıştır.
“Yapılabiliyor olması, yapılması gerektiği anlamına gelmez.”
Çin’de, 2018 yılında, dünyada ilk kez insan embriyosunun DNA’sı, yumurtanın döllenmesinden hemen sonra yapılmış ve gebelik tüp bebek (IVF- BKZ Gelecek Yönetim sayı 15) yöntemiyle oluşturulmuştur. CRISPR-Cas9 ile CCR5 geni değiştirilmiş, Lulu ve Nana adlı ikiz kızlar dünyaya gelmiştir. Baba Aids hastası değildi ama HIV pozitif olduğundan bebekleri HIV’e dirençli bireyler yapmak amaçlanmaktaydı. Çocuklar bugün yedi yaşında ve hayattalar, yapılan işlemin HIV bakımından gereksizliği de ortaya çıkmış durumda. Çin devletinin gözetimi altında tutuluyorlar, sağlık durumlarıyla ilgili ayrıntılı tıbbi veriler kamuoyuna açıklanmıyor, uzun dönem etkiler bilinemediği için ömür boyu tıbbi izlem altında kalacakları düşünülüyor. Uygulayan biyolog üç yıl hapis ve para cezası aldı, akademiden men edildi. Dünyada insan embriyosunda CRISPR etik kırmızı çizgi olarak belirlendi.
Gelecekte CRISPR’ın tamamen yok olmasa da gölgede kalacağı beklenmektedir, DNA’yı kesmeden yapılacak teknolojiler bu yöntemin yerini alacaktır, ayrıca RNA düzenlemeleri ve YZ destekli uygulamalar diğer bazılarıdır. Bu yaklaşımlar, daha güvenli ve kontrollü, geri döndürülebilir gen girişimleri sunmayı hedeflemektedir. Hatalı geni düzeltmek yerine yeni gen eklemek, mRNA terapileri (CRISPR’sız gelecek) beklentilerdendir. Bu teknolojiler henüz “hiç risk yok” noktasında değildir, ameliyat, kemoterapi, organ nakli gibi “risk kabul edilebilir,” düzeyindedir, kaldı ki tıpta hiçbir şeyin %100 risksiz olmadığı bilinmektedir,20. yüzyıl “yapabilir miyiz?” sorusunu sordu, 21. yüzyıl “yapmalı mıyız?” sorusuyla yüzleşiyor, ayrıca yapılabiliyor olması, yapılması gerektiği anlamına gelmeyeceği bilinci yerleşmektedir.
CRISPR yöntemi genel kullanım için henüz erken olsa da bugün, yetişkin hücrelerde ve ağır hastalıklarda, kullanılabilecek bir noktaya ulaşmıştır ve ilk başarılı tedaviler gerçekleşmiştir. Ancak kalıtsal değişiklikler ve embriyo düzenleme hala ciddi riskler taşımakta ve etik değerler bakımından tartışılmaktadır. Toplumun CRISPR’a karşı hem umutlu hem korkulu olmasının nedeni, bu teknolojinin yalnızca hastalıkları değil, insanın kendisini de değiştirme potansiyeli taşımasındandır.
CRISPR-Cas9 teknolojileri ile uğraşmakta olan bilim insanları, YZ olmasaydı bunu zorlukla belki gerçekleştirebileceklerini savlamaktadırlar, bugünkü haliyle bile bu çözümleri sunabilen bir YZ’nın, bu hızlı gelişmesinin ilerleyen dönemlerinde, neler yapabileceğini düşünmek bile insana korku vermektedir. Dünyamızda çok konuda var olan “pan zehir“ kuşkusuz bu konuda da, zorda kalınırsa, büyük olasılıkla ortaya çıkar diye düşünüyorum. Evrende daima etkili olmuş olan “Homeostazis” (BKZ. Gelecek Yönetim sayı 39) bunu gerektirmektedir.
CRISPR-Cas9 yöntemi DNA üzerinde hassas ve hızlı değişiklik yapılmasını sağlayarak, insanlık tarihinde ilk kez genlerin doğrudan “yazılabildiği” bir dönemi başlatmıştır, bu uygulamanın Newton’un fiziği, Einstein’ın göreliliğiyle eşdeğer düzeyde bir “BİLİMSEL DEVRİM” olduğu onaylanmıştır.
Modern genetik, yalnızca bir bilim dalı değil, bir çağın ruhudur, bir devrimden fazlasıdır.
