Novo Nordisk Vakfı Merkezi'nden (DTU) bilim adamları dört yeni anti CRISPR proteini keşfettiler. Proteinler farklı canlıların yaşam ortamlarında bulundu. Cell Host & Microbe'de yayımlanan çalışma, bazı anti CRISPR proteinlerinin doğada önceden tahmin edilenden daha yaygın olduğunu gösteriyor. Bu yeni CRISPR'lar, gelecekte potansiyel olarak CRISPR-Cas9 sistemlerine hedef almak için kullanılabilir.
CRISPR nedir?
CRISPR sistemleri, bakterinin vücuda enfekte olan virüslerle (fajlar) hedeflenen şekilde mücadele etmesini sağlayan bakteriyel bağışıklık sistemleridir.
Programlanabilir yapıları nedeniyle CRISPR sistemleri ve özellikle de Cas9, şu anda yaşam bilimi endüstrisinde, çığır açan gen tedavileri, yeni antibiyotikler ve sıtma tedavileri sunmak için yaygın şekilde kullanılmaktadır.
Fajlar ilginç bir şekilde, virüsler ve bakteriler arasındaki evrimsel silah yarışında, bakteriyel CRISPR sistemlerini alt etmek için anti CRISPR proteinlerini geliştirmişlerdir. Bu proteinler, konakçı bakterinin savunma sistemini hızlıca inhibe eder ve bakteriyi enfeksiyona karşı savunmasız bırakır.
Anti CRISPR proteini nasıl keşfedildi?
Biyolojik önemlerine rağmen, şimdiye kadar yalnızca birkaç anti CRISPR proteini çok spesifik bir bakteri grubunda keşfedilmiştir. Mevcut anti CRISPR proteinleri, doğada bol miktarda bulunur ve CRISPR-Cas9'u barındıran bakterileri enfekte edebilen fajların DNA'sı incelenerek keşfedilmiştir. Bu yöntemi kullanarak bakterleri kültürlemenin mümkün olduğu kabul edilir.
Bilim adamları, DNA dizisi benzerliğine bakmak yerine, CRISPR'a karşı fonksiyon göstermeyenleri tespit etmeye odaklanan farklı bir yaklaşımı denedi. Bu yaklaşım, bakterilerde kültürlenemeyen veya fajlarla enfekte edilemeyen anti CRISPR'larin bulunmasını sağladı. Sonuçlar ise gerçekten heyecan verici.
Yeni anti CRISPR'lara nerede rastlandı?
Araştırmacılar, anti CRISPR genlerini dört insan dışkı örneğinden, iki toprak örneğinden, bir inek dışkı örneğinden ve bir domuz dışkı örneğinden alınan DNA'ları kullanarak keşfettiler. Her DNA daha küçük parçalara bölündü ve rastgele bir bakterinin hücresindeki plazmid ile ekspres edildi. Potansiyel anti CRISPR genini içeren plazmide sahip hücreler belirli antibiyotiklere direnç gösterirler. Diğer taraftan, anti CRISPR özelliği olmayan plazmid hücreler ise ölürler.
Bu sistemle araştırmacılar, CRISPR özelliği olmayan DNA'yı kolayca tespit edip seçebildi ve kökenine kadar inebildi. Bu metagenomik kütüphane tekniği sayesinde, bilim adamları Cas9 aktivitesini çevreleyen 11 DNA parçasını tanımladılar.
Biraz karakterizasyon ile dört yeni anti CRISPR protein onaylanmış olacaktır. Filogenetik analiz, dışkı örneklerinden tanımlanan genlerin, böceklerin bağırsaklarında, deniz suyunda ve yemeklerinde yaşayan bakterilerde bulunduğunu ortaya koymuştur.
Elde edilen kanıtlar, yeni keşfedilen genlerin, yaşam ağacında birçok bakteri dalına yayıldığını ve bazı durumlarda bu genlerin bazılarının evrim sırasında yatay şekilde diğer bakterilere geçtiğini göstermektedir.
Genom düzenleme için kullanışlı bir anahtar
Bu alandaki çalışmalar, anti CRISPR proteinlerinin, laboratuvarda genom düzenlemesi yaparken DNA'nın istenmeyen yerlerinin kesilmesi gibi hataları azaltmak için kullanılabileceğini gösterdi.
Anti CRISPR sistemler oldukça önemlidir. Çünkü bir sistemin etkinliğini test etmek açıp kapatmanıza izin verir. Araştırmacılar aslında dört yeni anti CRISPR proteinin farklı özelliklere sahip olduğunu gördüler. Bu da araştırmanın heyecanını artırıyor.