Yeni Biyosensörler CRISPR Gen Düzenlemesine Işık Tutuyor

Çıplak gözle ve ultraviyole el feneri ile organizmalarda CRISPR gen düzenleme araçlarının aktivitesini saptamak Energy's Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı'nda geliştirilen teknoloji kullanılarak artık mümkün. Bilim insanları bu gerçek zamanlı saptama araçlarını bitkilerde göstermiştir. Biyoteknoloji, biyogüvenlik, biyoenerji ve tarımdaki çeşitli uygulamalarda hayvan, bakteri ve mantarda da kullanımlarını öngörmektedirler.

CRISPR teknolojileri hızla biyomühendisliğin birincil araçları haline gelmiştir ve sürekli yeni sürümler geliştirilmektedir. Bir organizmanın CRISPR teknolojisi tarafından değiştirilip değiştirilmediğinin belirlenmesi daha önce karmaşık ve zaman alıcı bir süreçti. Biyoanalitik kimyacı ve ORNL'nin Güvenli Ekosistem Mühendisliği ve Tasarım Bilimi Odak Alanı başkanı Paul Abraham, ‘Bundan önce, genom mühendisliğinin olup olmadığını anlamanın tek yolu adli bir analiz yapmaktı. Başarılı olmak için, yeniden yazılmadan önce genomun nasıl göründüğünü bilmeniz gerekir. CRISPR etkinliğini proaktif olarak gözleyebileceğimiz bir platform tasarlamak istedik’ demiştir.

Araştırma ekibi, teknolojinin kendisini ortaya çıkarmasını tetiklemek için CRISPR'nin çalışma biçiminden yararlanan verimli bir kendini algılama çözümü geliştirmiştir. Normal koşullar altında, CRISPR kılavuz RNA olarak bilinen kısa bir RNA dizisine bağlanarak çalışmaktadır. Hedef DNA bulunduğunda, CRISPR, kullanılan CRISPR teknolojisinin tipine bağlı olarak DNA'nın bir veya her iki zincirini kesmek için küçük moleküler makaslar gibi davranarak DNA'yı değiştirmektedir.

Abraham, yöntemlerini iki bileşenli bir alarm sistemine benzetiyor: CRISPR aktivitesini yeniden yönlendiren bir biyosensör kılavuz RNA ve aktiviteyi işaretleyen bir raportör protein. Araştırmacılar, izleme sistemini etkinleştirmek için iki bileşeni bir organizmanın DNA'sına kodlamaktadır. Kendi kendini algılama sistemi yerindeyken, biyosensör kılavuzu RNA, CRISPR'yi yakalar, CRISPR'nin orijinal gen hedefine bağlanmasını önler ve CRISPR'yi, çalışmayan bir yeşil floresan proteini (GFP) kodlayan belirli bir DNA dizisine yeniden yönlendirir. CRISPR diziyi düzenlediğinde GFP üreten anahtarı çevirir ve böylece CRISPR'nin varlığını gösteren yeşil ışık yanmaktadır. GFP'den gelen parıltıyı görmek için floresan mikroskop gerekir; bu nedenle araştırmacılar GFP yerine ultraviyole ışık türü altında görülebilen ve YGFPuv adı verilen benzer bir raportör protein ile değiştirerek orijinal yöntemlerini geliştirmişlerdir.

Abraham, ‘Artık değerlendirdiğimiz organizmanın boyutu, şekli ve konumundan bağımsız olarak gerçek zamanlı olarak CRISPR aktivitesini görebiliriz. Bu esneklik, biyomühendislik sürecini hızlandırır ve biyosensörlerin laboratuvar ve saha uygulamalarında kullanımını genişletir’ demiştir.

CRISPR'nin etkin kullanım için her organizmaya göre uyarlanması gerektiğinden, CRISPR teknolojisinin belirli bir bitkide mi yoksa mikropta mı çalıştığını bilmek, kuraklığa dayanıklı biyoenerji bitkileri geliştirmek ve bitkileri verimli bir şekilde sürdürülebilir havacılık yakıtlarına dönüştürmek için bakteri mühendisliği yapmak gibi hedeflere doğru ilerlemeyi hızlandırabilmektedir.ORNL'nin Sentetik Biyoloji Grubu başkanı Carrie Eckert, ‘Bu araçlar, hedeflediğimiz istenen genetik değişikliklerle pozitif transformantları hızlı bir şekilde tanımlamamıza izin veriyor’ demiştir.

Biyosensörler ayrıca, istenen değişiklikler yürürlüğe girdikten sonra CRISPR'nin hala aktif olup olmadığını bilmek için etkili bir yöntem sağlar. ORNL bitki sentetik biyoloğu ve yardımcı yazar Xiaohan Yang, CRISPR'nin genom düzenleme etkinliğini faydalı bir ameliyatla karşılaştırıyor ve CRISPR aktivitesinin istenmeyen etkileri olabileceğinden ‘cerrahın makası geride bırakmasını istemezsiniz’ diye uyarıda bulunmaktadır. Yang, örneğin değiştirilmiş bitkilerin soyunu test edebilecek biyosensör uygulamaları yapılabileceğini öngörüyor. Bu teknoloji ile, tüm bir ekin alanını araştırmak mümkündür diye belirtmektedir.

Araştırma ekibi, Cas9 nükleaz, ana düzenleyici, temel düzenleyici ve CRISPRa dahil olmak üzere çeşitli CRISPR araçlarını saptamak için özel biyosensörler oluşturmuştur. Sensörleri, belirli bir CRISPR aracı türünün varlığına işaret eden her sensörle ayrı ayrı göstermişlerdir. Abraham ayrıca biyosensörleri bir araya getirme potansiyeli de görmektedir. Abraham, ‘Yeni nesil biyoteknolojilerin güvenliğini artırmak için bu biyosensörleri daha da geliştirmeye devam edeceğiz’ demiştir.