Massachusetts Teknoloji Enstitüsü biyoloğu Kevin Esvelt, güdümlü evrim teknolojileri üzerinde çalışmalar yürütmektedir. Bu teknolojiler, laboratuvarda biyomolekülleri evrimleştirmek için sistemler oluşturmayı ve vahşi doğada türlerin evrimsel yörüngelerini şekillendirmek için teknikler geliştirmeyi amaçlamaktadır. Esvelt, bu teknolojilerin kötüye kullanılmasını önlemek için de yeni yollar aramaktadır.
Esvelt’in evrime olan ilgisi, çocukluğunda Galapagos adalarını ziyaret etmesiyle başladı. Doğal dünyadaki canlıların evrim süreci onu büyüledi ve Darwin’i okumasına ve genetik mühendislik üzerine meraklanmasına sebep oldu. Harvard Üniversitesi’nde David Liu’nun araştırma grubuna katıldığında, laboratuvarda evrimsel süreçlerin nasıl kullanılabileceğini ve karmaşık problemleri çözmek için arama stratejilerinin nasıl kullanılabileceğini öğrendi.
Esvelt’in amacı, bilim insanlarının yeni moleküler araçlar geliştirebilmeleri için evrimsel stratejilerden yararlanmalarını kolaylaştıracak bir sistem yaratmaktır. Evrende bulunan atom sayısından daha fazla sayıda olası protein olduğunu belirten Esvelt, evrimin bu işi yapabileceğini söylemektedir. İnsanların binlerce yıldır evrimsel stratejiler kullanarak yeni bitki ve hayvan türleri geliştirdiklerini ve istedikleri özelliklere sahip varlıkları seçtiklerini belirten Esvelt, moleküler düzeyde de bu stratejilerin kullanılabileceğini söylemektedir.
1970’lerde araştırmacılar, moleküler düzeyde evrimi yönlendirebilmek için çalışmalara başlamışlardır. Esvelt’in çalışmaları, güdümlü evrim teknolojilerinin potansiyelini ortaya koymaktadır. Ancak, bu teknolojilerin kötüye kullanılması riski de bulunmaktadır. Esvelt, bu riski önlemek için etik politikalar ve düzenlemelerin oluşturulması gerektiğini savunmaktadır.
Esvelt, proteinlerin kararlılığını veya aktivitesini değiştirmek için yenilikçi bir yöntem olan faj destekli sürekli evrim (PACE) sistemini kullanıyor. Bu sistemde, M13 fajları ve E. coli hücreleri kullanılıyor. Fajlar, istenen işlevi yerine getirebilmek için evrimleştirilmek istenen geni içeriyor. Ardından, enfekte eden fajın ilgili geninin işlevini belirlemek için pIII proteinini kodlayan gen siliniyor. Bu gen, E. coli hücrelerinin bir plazmidine yerleştiriliyor ve hücreler, ilgili faj geni tarafından üretilen proteinin görevini ne kadar iyi yerine getirdiğine bağlı olarak pIII üretiyor. Daha iyi performans gösteren fajlar, diğerlerini geride bırakarak evrimleşmeye devam ediyor. Kısa yaşam döngüsüne sahip fajlarla birleştiğinde, bu otomatik tarama, evrim deneylerinin hızını önemli ölçüde artırıyor. PACE sistemi, belirli protein hedeflerini parçalamayı başarmanın yanı sıra gen düzenleme araçları geliştirme gibi daha birçok alanda kullanılmıştır.
Burada resmedilen deniz iguanaları gibi Galápagos’un sıra dışı vahşi yaşamı, Kevin Esvelt’in evrime olan ilgisini ateşlemeye yardımcı oldu. Görsel kaynağı: the-scientist.com
Vahşi doğada CRISPR gen sürücüleri
CRISPR teknolojisi, hücrelerde, laboratuvar hayvanlarında ve gelecekte insanlarda kullanılabileceği bilinirken, Kevin Esvelt vahşi doğada kullanma fikriyle oynamaya başladı. İnsanlar uzun süredir diğer organizmalarda seçici baskılar uygulasalar da, bu genellikle vahşi doğada rekabet edemeyen türlerin ortaya çıkmasına neden oluyordu. Esvelt, genetik olarak düzenlenmiş bir organizmanın hayatta kalması ve yayılması için sadece istenen özelliğe sahip olması gerektiğini fark etti.
Normal kalıtım modellerine göre, düzenlenmiş bir geni olan bir organizma ve vahşi tip bir hayvanın çiftleşmesi durumunda, yavruların yüzde 50’sinin düzenlenmiş versiyonunu miras aldığı bilinmektedir. Ancak bu kalıplar, bir genin belirli bir versiyonunun yavrulara aktarılma olasılığını artıran ve organizmanın uygunluğunu artırmayan bir gen sürücüsü tarafından değiştirilebilir.
Genetikçi Austin Burt, 2003 yılında bencil genetik unsurları kullanarak böyle bir gen sürücüsü oluşturmanın mümkün olabileceğini öne süren bir makale yayınladı. Bu arada, dünya çapında birçok araştırma grubu, parazit taşıyan sivrisinekleri düzenleyerek sıtma hastalığını ortadan kaldırma hedefiyle böceklerde gen sürücüleri tasarlamak üzerinde çalışmıştır. Ancak CRISPR gen sürücüsü, daha kolay ve daha kararlı bir şekilde mühendislik yapabilecek diğer gen düzenleme stratejilerinden farklı olacaktır.
CRISPR gen sürücüsü oluşturmak için, bilim insanları bir organizmanın DNA’sını istenen gen ile birlikte kılavuz RNA ve Cas9 moleküler makasını kodlayan genleri içerecek şekilde tasarlar. Düzenlenmiş organizma, vahşi tip bir organizma ile çiftleştiğinde, her ikisi de yavruların her kromozomunun bir kopyasına katkıda bulunur. Ancak düzenlenmiş organizma, istenmeyen geni kesip atacak ve istenen gen ile kılavuz RNA ve Cas9’u yerleştirecek genetik talimatlara sahiptir; bu da tüm yavruların istenen gene sahip olmasını garanti eder.
Esvelt, CRISPR teknolojisinin potansiyeline heyecanlandığını fark etti, ancak kısa süre sonra bu güçlü teknolojinin getirebileceği sonuçlarla ilgili endişelere kapıldı. Teknolojiyi kötü amaçlarla kullanarak bir laboratuvar organizmasını düzenleyen bir kişinin tüm türü değiştirebileceğini ve bir sivrisineği hastalık taşımayacak şekilde tasarlayabildiğimizde, aynı zamanda sivrisineği her zaman hastalık taşıyacak şekilde de tasarlayabileceğimizi düşündü.
Kevin Esvelt, genetik düzenlemenin etkilerini açıklamadan önce George Church’a olan güvenini sorguladığını itiraf ediyor. Fakat daha sonra, gen düzenlemesi teknolojisinin üç nedenle savunulabileceğine karar veriyor. Bu teknolojinin yavaş hareket etmesi, sadece ebeveynlerden yavrulara yayılması, kolayca tespit edilebilir olması ve tehlikeli genetik materyale karşı başka bir sürücüyle karşılanabilmesi gibi nedenler bu teknolojiyi savunulabilir kılıyor. 2014 yılında, Esvelt ve meslektaşları CRISPR tabanlı bir gen düzenleme fikri yayınlarken, Kaliforniya Üniversitesi’nden başka bir grup da benzer bir teknolojinin üstünde çalışıyordu. Esvelt, gen düzenlemenin başarıyla kullanılması için kamu güveninin önemine vurgu yaparak, güvenli ve etik bir şekilde kullanılmasını savunuyor.
CRISPR ile Sivrisinek Kaynaklı Hastalıklarla Mücadele
San Diego’daki Kaliforniya Üniversitesi’nde sivrisinek genom mühendisliği üzerine çalışan Omar Akbari, gen sürücülerine dikkat çekerek güvenliği en önemli faktör olarak savunan isimlerden biridir. Akbari, evrimin etkileyici şeyler yaptığını belirterek seçici bir baskının kötü sonuçlara yol açabileceğini ve bu riskin nasıl ölçüleceğini ve kabul ettirileceğini sorgulamaktadır. Kevin Esvelt’in konuyu tartışarak Akbari’nin perspektifini şekillendirdiğini ve bu konuları düşünmeye başladığını ifade ediyor. 2015 yılında Akbari, Esvelt ve diğer araştırmacılar, gen sürücüleri taşıyan organizmaların yayılmasını önlemek için farklı öneriler sundu. Sonraki yıllarda, araştırmacılar, CRISPR tabanlı stratejiler kullanarak yerel popülasyonları etkileyebilen ancak küresel yayılma riski olmayan sistematiklere odaklanmıştır.
Kenelere Karşı Fareler ve Lyme hastalığına karşı bir topluluk
Sıtma ve diğer vektör kaynaklı hastalıklar üzerinde çalışan birçok bilim insanının aksine Esvelt, Amerika Birleşik Devletleri’nin kuzeydoğusunda giderek artan Lyme hastalığına odaklanmıştır. Esvelt, toplum güdümlü bir yaklaşım benimseyerek özellikle Lyme hastalığıyla uğraşmak istemiş ve ekoteknolojilerin etik ve iyi desteklenmiş bir şekilde nasıl geliştirilebileceğini bulmak istemiştir. Bu proje, toplulukların kullanıcılarının ihtiyaçlarına odaklanarak, teknoloji geliştirme sürecinde daha öncü bir rol almayı hedeflemektedir. Esvelt, Lyme hastalığının dünyanın en kötü hastalıklarından biri oluşundan dolayı değil, ekoteknolojilerin nasıl geliştirilebileceği konusunda rehberlik yapmak amacıyla bu projeyi seçtiğini belirtmiştir.
Soldan sağa: Sam Telford III, Joanna Buchthal ve Kevin Esvelt topluluk rehberliğinde ekoteknoloji geliştirme üzerinde çalışıyorlar. Görsel kaynağı: the-scientist.com
Araştırmacılar, genetik mühendislik kullanarak doğal olarak antikor üreten beyaz ayaklı fareler yaratmak istiyor. Ancak bu yöntemi kullanmadan önce, projenin ada sakinlerinin istekleriyle uyumlu olup olmadığını belirlemek için topluluklarla temasa geçtiler. Topluluk üyeleri, sadece diğer beyaz ayaklı farelerle tasarlanmış beyaz ayaklı fareleri tercih ettikleri bir cisgenik yaklaşımı tercih ettiler. Bu da araştırmacılar için zorlu bir durum yaratıyor çünkü CRISPR tabanlı bir gen sürücüsü kullanılamayacak. Bununla birlikte, araştırmacılar toplulukların isteklerini dikkate almak ve projeyi çevresel etkiler hakkında bilgilendirmek için çalışıyorlar. Araştırmacılar bu projede toplulukları dahil etmiş ve toplumun bilgilendirilmiş rızasını, çevrenin bilgilendirilmiş rızası olarak değerlendirmenin önemli olduğunu söylüyorlar. Bu yaklaşımın gerçek bir ilerleme olduğu ve Esvelt’in bunu başlatırken toplulukları dahil ettiği belirtiliyor.
Esvelt, Mice Against Ticks projesinin bir parçası olarak keneleri toplamak için beyaz bir kumaş parçası kullanıyor. Görsel kaynağı: the-scientist.com
Sentetik biyolojinin silah haline getirilmesi
Esvelt’in anti-Lyme projesi sürerken, ekibi CRISPR kullanarak transgenik beyaz ayaklı fareler yaratmayı planlamaktadır. Bunun yanında, Esvelt’in zihni geniş bir şekilde biyolojik savunmayı ele almaktadır. Esvelt, CRISPR teknolojisinin savunmayı destekleyebileceğini düşünmekte ancak laboratuvarda yaratılan patojenler konusunda endişeleri bulunmaktadır. COVID-19 pandemisi, insanların tasarlayabileceği patojenlerin etkilerinin sınırlı olduğunu göstermiştir. Esvelt, tüm savunmaların doğanın saldırılarına karşı evrimleştiğini ve bu nedenle her canlının donanımsal olarak güvensiz olduğunu belirtmektedir. Bu nedenle, doğada bulunmayan moleküler araçlar, teknikler ve yöntemler araştırılarak yeni savunma stratejileri bulunması gerekmektedir.
Pandemiler her zaman ortaya çıkabilir ve doğal patojenlerden farklı olarak insana zarar vermek için tasarlanmış patojenler olabilir. Aşılar ve maske kullanımı, SARS-CoV-2 enfeksiyonlarını ve ölümleri azaltmada yardımcı olsa da, yüksek oranda bulaşıcı mühendislik ürünü patojenleri durdurmak için yetersiz kalabilir ve yeni stratejiler gerekebilir. Biyolog Kevin Esvelt, teknolojiyle ilişkili riskleri azaltmak için çalışmalara öncülük ediyor ve gelecekteki tehditlerin tasarlanmış virüsler olduğunu belirtiyor. Ona göre, geçmişe odaklanan diğer biyolojik savunma araştırmacılarının aksine, Esvelt’in çalışması geleceğe yönelik ve veba gibi hastalıklardan ziyade tasarlanmış virüslere odaklanıyor.
Beyaz ayaklı fareler Lyme hastalığına neden olan bakterileri taşıyabilir. Görsel kaynağı: the-scientist.com
Esvelt, SecureBio’nun bir parçası olan SecureDNA projesi ile pandemi yeteneğine sahip patojenlerin DNA sentezlerini taramayı hedefliyor. Ayrıca Küresel Nükleik Asit Gözlemevi, atık suyun izlenmesiyle potansiyel pandemi ajanları için erken uyarı sistemi sağlayacak. Uzak UVC ışığının kullanımı, bilinen ve bilinmeyen patojen türlerini yok etmek için bir strateji olarak araştırılıyor.
Kaynaklar ve İleri Okuma
- H.Thomasy. CRISPR Gene Drives and the Future of Evolution. (15 Mart 2024). Alındığı Tarih: 30 Eylül 2024. Alındığı Yer: The-Scientist | Arşiv Bağlantısı
