Bilim ve teknolojinin gelişimine bağlı olarak, son yıllarda sıklıkla ön plana çıkan bir konudan yine basit ifadelerle bahsedeceğiz. Herkesin az çok fikir sahibi olduğu bir konuda ekstra başka neden söz edilir? Bu yazıyı neden paylaşma ihtiyacı hissettiğimize gelince. İlk sebep, konuyla ilgili bazı önemli kavramların karıştırılması ya da akıllarda yanlış ifadeler halinde olması. İkincisi de, bu bahaneyle konuyu ana hatlarıyla çizen bilgileri vermiş olmak. Bu sefer yazımız alt başlıklar içerecek. İlkiyle başlayalım.
Gen Terapisi Nedir?
En basit ifadeyle gen terapisi; genetik temelli hastalıkların nükleotid dizisi düzeyinde tedavi edilmesi olarak tanımlanabilir. Genetik temelli bir hastalığın tedavisine başlamanın ilk aşaması, hastalık sebebinin bilinmesidir. En etkin tedavi yönteminin belirlenebilmesi için, hastalığın genetik temelinin ne olduğunu anlamak gerekir. Aslında genetik hastalıkları temelde iki ana grupta toplayabiliriz. Buna göre genetik hastalıklar, canlının DNA’sındaki değişime bağlı olarak ya fonksiyon kaybı ya da gereksiz fonksiyon kazanımı ile meydana gelmektedir. Örnek olarak genetik temelli bir hastalık olan hemofili, kısaca pıhtılaşma fonksiyonunun kaybından kaynaklanırken; günümüz insanının korkulu rüyası kanser ise temelde hücrelerin gereksiz yere bölünme fonksiyonunu kazanmaları sonucu oluşur. Ancak belirtmek gerekir ki, kanser hastalığında hücrelerin gereksiz bölünme fonksiyonunu kazanmaları da; ya apoptoz (/apoptosis:programlanmış hücre ölümü) mekanizmasının fonksiyon kaybı veya mitoz inhibitörlerinin fonksiyon kaybı sonucu, ya da mitotik ajanlar olarak adlandırılan hücreleri bölünmeye sevk eden mekanizmaların gereksiz fonksiyon kazanımı sonucu meydana gelebilmektedir. Kısaca canlı sistemlerde her şey kararında olmalıdır, ne eksik ne de fazla.
Yukarıda bahsedilen sebeplerin bilinmesine bağlı olarak gen terapisinin yöntemi de belirlebilir. Gereksiz fonksiyon kazanımı durumunda, fonksiyonu baskılamayı amaçlayan ve kısaca “gene knockout” adı verilen yöntemler kullanılır. Gereksiz fonksiyon kaybı durumunda da tam tersi olan fonksiyonel genlerin veya mekanizmaların aktarımını sağlayan yöntemler öne çıkar. Gen terapisi başlığı altında sıklıkla bahsedilen yöntemlerin çoğunluğu ise, gen aktarımına yönelik olan yöntemlerdir. Gen aktarımı işlemi ex vivo ve in vivo olarak ayrı koşullarda gerçekleştirilebilir. Ex vivo (canlı dışında) kavramı, kısaca gen aktarımı veya terapisi işlemlerinin canlıdan alınan dokuların laboratuvar ortamında ve doku kültürü koşullarında olduğunu ifade etmektedir. In vivo (bütün bir canlının içinde) kavramı ise, kısaca tüm işlemlerin canlı organizma üzerinde uygulanmasını ifade eder. Gen aktarımı yöntemleri ise, aktarım yapılacak hücre, doku veya organizmaya bağlı olarak değişkenlik göstermekte ve buna göre tercih edilmektedir. Gen terapisi denildiğinde ilk akla (SMA gibi) insan genetik hastalıklarının tedavisi gelse de, genetik hastalıkların sadece insanlarda görülmediğini ve gen aktarımının farklı nedenlerle farklı organizmalara da yapılması gerekebileceğini unutmamak gerekir.
Gen Transferi/Aktarımı Kavramı
Canlıların genetik dizilerine müdahale etmeyi amaçlayan gen aktarım yöntemlerinde ilk aşama, müdahale için gerekli DNA dizileri veya mekanizmalarını hedef hücre içine transfer etmek yani aktarmaktır. Hücre içine transferde kullanılan yöntemler arasında; farklı biyolojik (viral veya bakteriyel) vektörlerin kullanıldığı gen aktarım yöntemleri (örneğin transfeksiyon), metal peletlerin kullanıldığı DNA tabancası/bombardımanı yöntemi, yine manyetik nanopartiküllerin kullanıldığı yöntemler (magnetofeksiyon), mikroenjeksiyon yöntemi, lipid keseciklerin (lipozomların) kullanımı, elektrik akımı kullanılan (elektroporasyon) yöntemler, özellikle bakterilerde yaygın kullanılan ısı+kalsiyum klorür ya da farklı tuzların kullanıldığı yöntemler, ses dalgalarının kullanıldığı (sonoporasyon) yöntemler ve en ilginci olan lazer ışınıyla hücre zarı porlarını açmayı sağlayan yöntemler bulunmaktadır.
Çoğu kişi “gen terapisinde gen aktarımı yöntemleri” denildiğinde; gen veya DNA dizilerinin konakçı (hedef hücre) içine aktarımı kavramı ile, konakçı genomu/DNA dizilerine aktarımı kavramlarını karıştırabilmektedir. Çünkü, genlere müdahale etme yöntemlerinde her zaman konakçı genomuna bir dizi eklemek gerekmeyebilir. Hedef hücre sitoplazmasına sadece bir DNA dizisi (örneğin bir plazmid) aktarmanın yeterli olduğu durumlar da iş görebilmektedir. Örneğin hedef hücre/lere, içinde baskılayıcı bir antisense iplik ya da RNA interferans (siRNA) sistemini transkribe edecek dizileri içeren bir plazmidin aktarıldığı yöntemler bulunmaktadır. Bu nedenle, böyle bir plazmidi hedef hücreye aktarmak da yeterli olabilecektir. Ancak, hücre içine aktarım ile hücre genomuna aktarım kavramları kesinlikle karıştırılmamalıdır.
Gen terapisi ya da farklı bir amaç için genetik müdahaleye yönelik DNA dizilerini hücreye transfer ettikten sonraki aşama, bu dizilerin konakçı DNA dizilerine (genomuna) eklenmesi ya da müdahale etme olayıdır. Bunun için homolog rekombinasyon temelli DNA dizilerinin yanında yine benzer stratejiyi de içeren transposible dizilerin kullanıldığı farklı yöntemler bulunmaktadır. Konakçı genomuna dizi eklemede bu yöntemler kullanılırken, diziye knockout amaçlı müdahale etmek için ise rehber (guide) nükleik asit dizileri (örneğin gRNA) kullanılmaktadır.
Son yılların popüler ve gözde tekniği haline gelen CRISPR/Cas yöntemi ise hem gRNA dizileri ile hedeflemeyi hem de homoloji dizilerini kullanmayı içerir. Yapılan işlem çok basittir. Hedef hücreniz olan konakçı genomunda hangi DNA dizisine müdahale etmek ya da kesmek istiyorsanız, o diziyi tanıyan (komplamenter/tamamlayıcısı) bir diziye sahip gRNA ve buna entegre hareket eden bir endonükleaz (örneğin cas-9 gibi DNA’yı iç bölgeden kesen bir enzim) kullanılır. Aslında enzimin kesim yapabilmesi için de yine basit bir homoloji gerektiğini eklemek gerekir. Özetle, CRISPR/Cas yönteminin iki uygulama şekli mevcuttur. İlkinde, yolladığınız cas-9 eğer hedef DNA’nın her iki ipliğini de kesiyorsa ve akabinde aradan nükleotid kaybına neden olabiliyorsa; o zaman bu dizide bir mutasyon oluşumuna ve ilgili dizi/genin fonksiyonunun kaybına neden (gene knockout) olmaktadır. İkincisinde ise, cas-9, hedef DNA’yı sadece tek iplikten kesip açılmasını sağlayarak oradaki homoloji dizilerini kullanıp gen aktarımı yapabilmek söz konusudur. İkinci yöntemde homolog rekombinasyonla hedef genomdaki fonksiyon kaybı olan bozuk (mutant) bir gen ile sağlam genin yer değiştirmesi sağlanacağı için, gen terapisi kavramını tam karşılayan bir durum söz konusudur.
Son yıllarda covid-19 için geliştirilen aşı teknolojileri içinde öne çıkan mRNA aşılarının sahip olduğu stratejinin gen terapisi amaçlı olarak da kullanılabileceği görülmüştür. Hatta son çalışmalara (2022 Haziran ayında yayınlanan haberlere) göre, pankreas kanserinin tedavisinde mRNA aşısı temelli gen terapi yönteminin başarı sonuçlar verdiği ilan edilmiştir. Halbuki mRNA aşısında kullanılan transfer yöntemi temelde daha önce de bahsedilen lipid vesiküllerinin (lipozomların) kullanıldığı yöntemdir. Ve aktarım nasıl olursa olsun, genetik dizilere müdahale ederken homolog dizilerin kullanılması temel prensiptir.
Gen terapisine (ya da genetik hastalıkların tedavisine) yönelik gen transferleri yapılabileceği gibi, canlılara yeni karakterler kazandırma, iyileştirme ve geliştirmeye yönelik genetik manipülasyonları içeren, gen ya da dizi transferleri yapılabilir. Bir canlıdan farklı karakter ve donanımlara sahip yeni canlı çeşitlerinin geliştirilmesi, gen aktarım yöntemleri ile mümkün olabilmektedir. Bu amaçla yapılan gen aktarımları sonucu elde edilen canlılara transgenik (gen transfer edilmiş) organizmalar denilmektedir. Günümüzde ağırlıklı olarak bitki transgenik organizmaları bulunmakta ve geliştirilmektedir. Bunun nedeni, bitkilerle çalışmanın daha kolay olmasıdır. Etik, genetik, metabolik ve fizyolojik vb. bir çok sebepten dolayı bitkiler üzerinde çalışmak, insan ve hayvanlarla çalışmaktan daha rahattır. Gen terapisi ya da transgenik organizma, hangi amaçla olursa olsun gen aktarımı için benzer temel yöntemler kullanılmaktadır. Bu alana ilgi duyanlar yada yeni başlayan öğrenci arkadaşlar için yukarıdaki kavramların iyi anlaşılması ve ayırt edilmesi önemli olacaktır.
Herkese gen terapisi gerektirmeyen günler…