Nobel Ödülü, Alfred Nobel tarafından 27 Kasım 1895 tarihli olan ve 1896 yılında Stockholm’de açıklanan vasiyetnamesinin ardından kurulan derneğin verdiği prestijli bir ödüldür. İlk Nobel Ödülü’nün verildiği 1901 tarihinde bu yana, yüz yılı aşkın bir süredir insanlık adına hizmet veren kişilerin isimlerini ve onların yaptıkları çalışmaları bu ödül aracılığıyla öğrenmeye devam ediyoruz[1].

g.1

Bu yıl da bilime ve dünyaya yön veren isimler Nobel Ödülü’ne layık görüldü. Geçtiğimiz hafta çarşamba günü sahiplerini bulan 2020 Nobel Kimya Ödülü, bilim dünyasında oldukça ses getirirken bizlere de 2015 yılında bu ödüle layık görülen Aziz Sancar’ı hatırlattı.

2015 Nobel Kimya Ödülü , hücrelerin hasarlı DNA’yı nasıl onardığını ve genetik bilgiyi nasıl koruduğunu moleküler düzeyde haritalandıran Paul Modrich, Tomas Lindahl ve Aziz Sancar’a verildi[2].

Aziz Sancar ödülü, geliştirdiği “Maxicell Yöntemi” için almıştır. Bakteri hücresinde bulunan kromozomun UV ışınları etkisiyle yok edilip plazmidin sağlam ve tek başına hücre içinde bırakılmasını sağlamıştır. Bu yöntem, DNA onarımında görevli enzimleri saflaştırmak için geliştirilmiştir. Bunun yanında Aziz Sancar, “Fotoliyaz Enzimi ile ilgili Keşifler”, “Nükleotid Kesip Çıkarma Onarım Mekanizmasını Aydınlatması”, “Transkripsiyona Bağlı DNA Onarım Mekanizmasını Açıklaması”, “Protein-DNA Bağlanmasında Moleküler Arabulucuyu Keşfetmesi” ve ” Kriptokram ve Biyolojik Saat Konusundaki Keşifleri” ile bilim dünyasına çok önemli katkılarda bulunmuştur[2,3,4].

Nobel’de Kadının Gücü

100 yılda beri yapılan Nobel Ödülleri’nde bu yıl bir ilk yaşandı. 1901’den bu yana 57 bilim kadını Nobel Ödülü’ne layık görülse de ilk kez iki kadına birden bu ödül verildi. Bu zamana kadar ödül alan ekiplerde en az bir erkek bilim insanı bulunmasına rağmen Emmanuelle Charpentier ve Jennifer Doudna, gen biçimlendirme teknolojisindeki çalışmalarıyla 2020 Nobel Kimya Ödülünü paylaşan ilk kadınlar oldu[5].

Bu yıl kimya alanında seçilen konu hayatımızın kodlarıyla ilgili. Çünkü onları tekrardan yazmanın bir yolu bulundu, gen teknolojisinin en keskin araçlarından biri: CRISPR-Cas9 genetik makas. Araştırmacılar bu sayede hayvanların, bitkilerin ve mikroorganizmaların DNA’sını son derece yüksek bir hassasiyetle değiştirebilirler[6].

CRISPR Nedir?

CRISPR yani Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats (düzenli aralıklı kısa palindromik tekrarlar kümesi). CRISPR denildiğinde canlının DNA dizisi üzerinde, CRISPR lokusunu tanımlayan gen dizisinden bahsedilmektedir. Bu dizi Cas genleri, onu takip eden Guide (rehber) dizi, sonrasında gelen Repeat (tekrar) ve Spacer (aralık) dizilerinden oluşur . Repeat dizileri her canlıda aynı olmasına rağmen her tekrar arasındaki Aralık dizisi birbirinden farklılık göstermektedir. CRISPR sisteminin proteinleri yani Cas’lar bu RNA temelli bağışıklık sistemindeki temel fonksiyonları yürütür. Bu proteinler, CRISPR DNA dizilerinin üst bölgesinde yer alan genlerde kodlanır[7].

Kısaca, CRISPR sistemi konjugasyon veya enfeksiyon ile gelen işgalci DNA’dan prokaryot genomunu koruyan RNA temelli bir sistemdir. Eğer CRISPR bölgesinin spacer bölgesinden kaynaklanan küçük RNA molekülleri, gelen Komplementer DNA ile bağlanırsa Cas proteinleri oluşan nükleik asit çiftini yok eder[6,7].

CRISPR kümeleri 1980’lerden beri bilinse de canlının savunma mekanizmasındaki rolü yeni kanıtlanmış durumdadır[8].

CRISPR Nasıl Çalışır?

Bakteriyal kromozomda bulunan CRISPR bölgesi, uzun bir RNA molekülüne çevrilir. Sonrasında bazı Cas proteinlerince kısa segmentlere dönüştürülür. Spacer segmentlerinin her biri, yabancı DNA’daki karşılığı ile benzerdir. Eğer bu kısa ve Spacer’a benzeyen CRISPR RNA moleküllerinden biri konjugasyon veya transdüksiyon sonucu gelen yabancı DNA’yı tanır ve baz çifti eşleşmesi yaparsa, diğer Cas proteinleri yabancı DNA’yı yok eder[6,7,8].

[1]

CRISPR-Cas9 Sistemi

1953 yılında J.D. Watson ve F.H.C. Crick, DNA’nın moleküler yapısını bildirmişti. O zamandan sonra bilim insanları hücrenin genetik materyalini etkileyecek teknolojiler ve çalışmalar geliştirmeye başladılar. Bu sayede birçok hastalığın tedavisi için bilim insanlarının önü açıldı[6].

RNA kılavuzlu CRISPR-Cas9 sisteminin keşfedilmesiyle kolay ve etkili genetik mühendisliği yöntemi artık bir hayalden daha fazlası oldu. Bu teknolojinin gelişimi bilim adamlarının geniş bir hücre ve organizma yelpazesindeki DNA dizilerini değiştirmelerini sağladı[6].

Emmanuelle Charpentier’in insanlığa en çok zarar veren bakterilerden biri olan Streptococcus pyogenes ile ilgili çalışmaları sırasında, daha önce bilinmeyen bir molekül olan tracrRNA’yı keşfetti. Yapılan bu çalışmalar, tracrRNA’nın virüslerin DNA’larını parçalayarak etkisiz hale getiren eski bağışıklık sistemi CRISPR-Cas’ın bir parçası olduğunu gösterdi. Pek çok bilimsel keşifte olduğu gibi, bu genetik makaslar da beklenmedik bir keşifti[6,7]

Charpentier, bu keşfini 2011’de yayınladı. Aynı yıl içerisinde, RNA bilgisi oldukça geniş olan, deneyimli biyokimyacı Jennifer Doudna ile ortak bir çalışmaya başladı. İkili, bakterinin genetik makasını bir test tüpünde yeniden oluşturmayı ve makasın moleküler bileşenlerini basitleştirmeyi başardılar, böylece kullanımlarını kolaylaştırmış oldular[6,8].

Çığır açan bu deneyle, genetik makası yeniden programladılar. Makas, doğal haliyle DNA’yı virüslerden ayırt edebilirdi. Ancak Charpentier ve Doudna, bu makası önceden belirlenmiş bir bölgedeki herhangi bir DNA molekülünü kesebilmek için kontrol edilebileceklerini kanıtladı.
İkili, 2012’de CRISPR-Cas9 genetik makasını keşfettiklerinden beri pek çok alanda kullanımları arttı. Tıpta, kanser tedavilerinin klinik denemeleri devam ederken yeni yayımlanan çalışmalar genetik temelli hastalıkların tedavisinin mümkün olduğunu kanıtlar nitelikte[6]

Bu genetik makaslar temel bilimleri yeni bir çağa taşıdı ve birçok yönden insanlığa en büyük faydayı sağlamayı hedefliyor. 2013’ten beri CRISPR-Cas9 sistemini temele alan gen düzenleme teknolojisi, bugüne kadar insanlığın keşfetmiş olduğu en etkili, en hızlı, en başarılı genom değiştirme yöntemlerinden birisi olarak kabul görmektedir[6].


“My wish is that this will provide a positive message to the young girls who would like to follow the path of science, and to show them that women in science can also have an impact through the research that they are performing.”

2020 Nobel kimya ödülü sahibi
Laureate Emmanuelle Charpentier

Kaynakça

[1] “Alfred Nobel’s life”, Nobel Prize, (14.10.2020 tarihinde erişilmiştir.)
[2] “Aziz Sancar Facts”, Nobel Prize, (14.10.2020 tarihinde erişilmiştir.)
[3] “The Nobel Prize in Chemistry 2015”, Nobel Prize, (14.10.2020 tarihinde erişilmiştir.)
[4] Sezer, İ. , Ç. , Ak, Ö. (2015), “Nobel Ödülü’ne Uzanan Bir Azim Ve Kararlılık Öyküsü”, Tübitak Bilim ve Teknik, (14.10.2020 tarihinde erişilmiştir.)
[5] “Nobel Prize awarded women”, Nobel Prize, (14.10.2020 tarihinde erişilmiştir.)
[6] “The Nobel Prize in Chemistry 2020”, Nobel Prize, (14.10.2020 tarihinde erişilmiştir.)
[7] Madigan, M.T., Martinko, J.M., Bender, K.S, Buckley D.H., Stahl, D.A, “Brock Mikroorganizmaların Biyolojisi”, Palme Yayınevi: Ankara, 14. Baskıdan Çev., s. 311-312-313
[8] Wiedenheft, B. , Sternberg, S. , H. , Doudna, J. , A. (2012), “RNA-guided genetic silencing systems in bacteria and archaea”, Nature 482, 331–338 (2012). https://doi.org/10.1038/nature10886