How CRISPR lets you edit DNA - Andrea M. Henle

Çeviri: Nevaz Mescioğlu Gözden geçirme: Can Boysan

From the smallest single-celled organism

Dünya üzerindeki en küçük tek hücreli organizmadan

to the largest creatures on earth,

en büyük canlıya kadar

every living thing is defined by its genes.

yaşayan her şey, genleri ile tanımlanır.

The DNA contained in our genes acts like an instruction manual for our cells.

Genlerimizdeki DNA, hücrelerimizin kullanma kılavuzu gibidir.

Four building blocks called bases are strung together in precise sequences,

Bazlar denilen dört yapı taşının kusursuz bir sıralamayla bağlanmasından oluşur.

which tell the cell how to behave

Bu sıralamalar, hücrelere nasıl davranacaklarını söyler

and form the basis for our every trait.

ve kişisel özelliklerimizin temellerinin oluşturur.

But with recent advancements in gene editing tools,

Ama gen düzenleme araçlarındaki son gelişmeler ile bilim insanları,

scientists can change an organism’s fundamental features in record time.

organizmaların temel özelliklerini çok kısa sürelerde değiştirebiliyorlar.

They can engineer drought-resistant crops

Kuraklığa dayanıklı mahsuller

and create apples that don’t brown.

ve kararmayan elmalar ürettiler.

They might even prevent the spread of infectious outbreaks

Salgınların yayılması bile önlenebilir

and develop cures for genetic diseases.

ve genetik hastalıklar için tedavi geliştirilebilir.

CRISPR is the fastest, easiest, and cheapest of the gene editing tools

Bu yeni bilim akımının çıkmasına yardımcı olan CRISPR

responsible for this new wave of science.

en hızlı, en kolay ve en ucuz gen düzenleme yöntemidir.

But where did this medical marvel come from?

Peki bu tıbbi mucize nereden geldi?

How does it work?

Nasıl çalışır ve neler yapabilir?

And what can it do?

Surprisingly, CRISPR is actually a natural process

Bakteriyel bağışıklık sisteminde uzun süredir yer alan CRISPR

that’s long functioned as a bacterial immune system.

şaşırtıcı da olsa aslında doğal bir süreçtir.

Originally found defending single-celled bacteria and archaea

Tek hücreli bakteriler ve arkeaları virüs istilasından korurken keşfedilen

against invading viruses,

CRISPR, doğal olarak oluşur

naturally occurring CRISPR uses two main components.

ve iki ana bileşenden meydana gelir.

The first are short snippets of repetitive DNA sequences

İlki, birbirini tekrar eden DNA dizilimlerinin ufak parçalarıdır.

called “clustered regularly interspaced short palindromic repeats,”

Bunlara "Düzenli aralıklarla bölünmüş palindromik tekrar kümeleri"

or simply, CRISPRs.

ya da kısaca CRISPR denilir.

The second are Cas,

İkincisi ise Cas

or “CRISPR-associated” proteins

ya da "CRISPR bağlantılı" proteinlerdir.

which chop up DNA like molecular scissors.

Bunlar da DNA'yı moleküler bir makas gibi keserler.

When a virus invades a bacterium,

Bir virüs, bakteriyi işgal ettiğinde

Cas proteins cut out a segment of the viral DNA

Cas proteinleri virüs DNA'sının bir bölümünü kesip çıkarır

to stitch into the bacterium’s CRISPR region,

ve bakterinin CRISPR bölgesine dikerek

capturing a chemical snapshot of the infection.

enfeksiyonun kimyasal fotoğrafını çeker.

Those viral codes are then copied into short pieces of RNA.

Sonra bu virüs kodları RNA parçalarına kopyalanır.

This molecule plays many roles in our cells,

Bu molekül hücrelerimizde pek çok rol üstlenir.

but in the case of CRISPR,

Fakat CRISPR durumunda

RNA binds to a special protein called Cas9.

RNA, Cas9 denilen özel bir proteine bağlanır.

The resulting complexes act like scouts,

Sonuçta oluşan bileşik, gözcü gibi hareket ederek

latching onto free-floating genetic material

serbest dolaşan genetik materyale yapışıp

and searching for a match to the virus.

virüs için bir eşleşme arar.

If the virus invades again, the scout complex recognizes it immediately,

Virüs tekrar işgal ederse gözcü bileşik hemen onu tanır

and Cas9 swiftly destroys the viral DNA.

ve Cas9 derhâl virüs DNA'sını yok eder.

Lots of bacteria have this type of defense mechanism.

Çoğu bakterinin benzer bir savunma mekanizması vardır.

But in 2012, scientists figured out how to hijack CRISPR

Fakat 2012'de bilim insanları CRISPR'ı yalnızca virüs DNA'sını değil

to target not just viral DNA,

aynı zamanda neredeyse her organizmadaki tüm DNA'ları

but any DNA in almost any organism.

hedef alması için yönlendirmeyi başardılar.

With the right tools,

Doğru araçlarla

this viral immune system becomes a precise gene-editing tool,

bu viral bağışıklık sistemi, mükemmel gen düzenleme aracı olup

which can alter DNA and change specific genes

neredeyse imla hatası düzeltmek kadar kolayca

almost as easily as fixing a typo.

DNA'yı ve belirli genleri değiştirebilir.

Here’s how it works in the lab:

Laboratuvarda şu şekilde işliyor:

scientists design a “guide” RNA to match the gene they want to edit,

Bilim insanları düzenlemek istedikleri genle eşleşecek

bir "kılavuz" RNA tasarlayıp bunu Cas9'a iliştiriyorlar.

and attach it to Cas9.

Like the viral RNA in the CRISPR immune system,

CRISPR bağışıklık sistemindeki viral RNA gibi kılavuz RNA da

the guide RNA directs Cas9 to the target gene,

Cas9'u hedef gene yönlendirir

and the protein’s molecular scissors snip the DNA.

ve proteinin molekül makası DNA'yı kırpar.

This is the key to CRISPR’s power:

CRISPR'ın gücünün anahtarı şudur:

just by injecting Cas9 bound to a short piece of custom guide RNA

tasarlanmış kılavuz RNA'nın kısa bir parçasına Cas9'u enjekte ederek

scientists can edit practically any gene in the genome.

bilim insanları genomdaki neredeyse her geni düzenleyebilir.

Once the DNA is cut,

DNA kesildikten sonra

the cell will try to repair it.

hücre bunu onarmaya çalışacaktır.

Typically, proteins called nucleases

Nükleaz denilen proteinler

trim the broken ends and join them back together.

genellikle kırık uçları kırpıp yeniden bir araya getirir.

But this type of repair process,

Fakat nonhomolog uç birleştirme denilen

called nonhomologous end joining,

bu tür bir onarım süreci

is prone to mistakes

hatalara yatkındır

and can lead to extra or missing bases.

ve fazla ya da eksik bazlara yol açabilir.

The resulting gene is often unusable and turned off.

Sonuçta oluşan gen genelde kullanılamaz ve kapatılır.

However, if scientists add a separate sequence of template DNA

Buna rağmen bilim insanları CRISPR kokteyllerine

ayrı bir DNA dizisi taslağı eklerlerse

to their CRISPR cocktail,

cellular proteins can perform a different DNA repair process,

hücre proteinleri, homoloji güdümlü onarım denilen

called homology directed repair.

farklı bir DNA onarım süreci gerçekleştirir.

This template DNA is used as a blueprint to guide the rebuilding process,

Bu DNA taslağı, yeniden inşa sürecini yönlendirmek,

repairing a defective gene

kusurlu bir geni onarmak

or even inserting a completely new one.

veya tamamen yeni bir tane iliştirmek için şablon olarak kullanılır.

The ability to fix DNA errors

DNA hatalarını düzeltebilme yeteneği

means that CRISPR could potentially create new treatments for diseases

CRISPR'ın potansiyel olarak kistik fibroz ya da orak hücre anemisi gibi

linked to specific genetic errors, like cystic fibrosis or sickle cell anemia.

genetik hatalara bağlı hastalıklar için yeni tedaviler yaratabilecek demektir.

And since it’s not limited to humans,

Üstelik insanlarla sınırlı olmadığı için

the applications are almost endless.

uygulamaları neredeyse sonsuzdur.

CRISPR could create plants that yield larger fruit,

CRISPR daha büyük meyveler veren bitkiler

mosquitoes that can’t transmit malaria,

ve sıtma yaymayan sivrisinekler yaratabilir

or even reprogram drug-resistant cancer cells.

veya ilaca dirençli kanser hücrelerini yeniden programlayabilir.

It’s also a powerful tool for studying the genome,

Aynı zamanda genomu incelemek için güçlü bir araçtır.

allowing scientists to watch what happens when genes are turned off

Bilim insanlarına bir organizmadaki genler kapatıldığında

or changed within an organism.

ya da değiştirildiğinde ne olduğunu izleme fırsatı verir.

CRISPR isn’t perfect yet.

CRISPR henüz mükemmel değil.

It doesn’t always make just the intended changes,

Her zaman yalnızca istenilen değişikliği yapmıyor

and since it’s difficult to predict the long-term implications of a CRISPR edit,

ve CRISPR düzenlemenin uzun vadede tahmini zor olduğu için

this technology raises big ethical questions.

bu teknoloji büyük ahlaki çelişkiler doğuruyor.

It’s up to us to decide the best course forward

CRISPR, tek hücreli organizmaları geride bırakıp laboratuvarlara,

as CRISPR leaves single-celled organisms behind

and heads into labs, farms, hospitals,

çiftliklere, hastanelere ve tüm dünyadaki organizmalara yönelirken

and organisms around the world.

ilerideki en iyi yola karar vermek bize kalıyor.