Ayrıntıları Cell Host & Microbe dergisinde yayımlanan çalışma, bazı anti-CRISPR proteinlerinin doğada beklenenden daha yaygın olarak bulunduğuna işaret ediyor. Bu anti-CRISPR proteinleri, ileride CRISPR-Cas9 sistemlerinin etkinliğinin daha iyi denetlenmesinde kullanılma potansiyeli taşıyor.

CRISPR sistemleri, bakterinin kendisini enfekte eden virüslere (fajlara) karşı, hedefli bir şekilde savaşmasını sağlayan bakteriyel bağışıklık sistemleridir. Programlanabilir yapılarına bağlı olarak, CRISPR sistemleri, özellikle de Cas9, şu anda yaşam bilimleri endüstrisinde yaygın olarak görevlendiriliyor ve çığır açıcı gen tedavileri, yeni antibiyotikler ve sıtma tedavisi için umut vaad ediyor.

İlginçtir ki, virüsler ile bakteriler arasındaki evrimsel silahlanma yarışında, bakteriyel CRISPR sistemlerinin üstesinden gelmek için fajlar anti-CRISPR proteinleri geliştirmiştir. Bu proteinler, konak bakterinin savunma sistemini hızla dizginleyerek, bakteriyi enfeksiyona karşı savunmasız kılar. Bu biyolojik önemlerine rağmen, şimdiye dek çok az sayıda anti-CRISPR proteini keşfedilmiştir; o da bakterilerin belirli bir altkümesinde. Şu an bilinen anti-CRISPR proteinleri doğada pek bol değildir ve CRISPR-Cas9 barındıran bakterileri enfekte edebilen fajların DNA'sı incelenerek tanımlanmışlardır. Bu yöntem kullanılarak, içsel CRISPR-Cas9 sisteminin gözetlemesinden kaçınabilen ve enfekte edebilen fajlar belirlenebilir.

"DNA dizilim benzerliği yerine, anti-CRISPR işlevsel etkinliğine odaklanan farklı bir yaklaşım kullandık. Bu yaklaşım sayesinde, kültürlenmesi veya fajlarla enfekte edilmesi gerekmeyebilen bakterilerde anti-CRISPR proteinleri bulabildik. Sonuçlar gerçekten heyecan verici," diyor doktora sonrası araştırmacısı Ruben Vazquez Uribe.

Anti-CRISPR İçeren Dışkı Örnekleri

Araştırmacılar anti-CRISPR genlerini (anti-CRISPR proteinlerini kodlayan genleri), dört insan dışkısı örneğinden, iki toprak örneğinden, bir inek dışkısı örneğinden ve bir domuz dışkısı örneğinden çıkarılan DNA kullanarak belirledi. DNA küçük parçalara bölündü ve bir bakteriyel hücre içindeki bir plazmid üzerinde rastgele ifade edildi. Bu hücre, anti-CRISPR etkinliğinin seçimi için bir genetik devre içeriyordu.

Bunun anlamı kısaca şu: Potansiyel bir anti-CRISPR geni olan plazmid içeren hücreler, belirli bir antibiyotiğe dirençli hâle gelecektir. Öte yandan, içinde herhangi bir anti-CRISPR etkinliği sunmayan plazmid taşıyan hücreler ölecektir. Bu sistemle, araştırmacılar kolayca anti-CRISPR etkinlikli DNA'yı saptayıp seçebilir ve kökeninin izini sürebilir. Bu metagenomik kütüphane yaklaşımı kullanılarak, bilimciler Cas9 etkinliğini savuşturan 11 tane DNA parçası belirledi. Daha sonraki ileri karakterizasyon, 4 yeni anti-CRISPR etkinliğini doğruladı. Filogenetik çözümleme, dışkı örneklerinde belirlenen genlerin, çok sayıda ortamda bulunan bakterilerde mevcut olduğunu açığa çıkardı; örneğin böceklerin sindirim kanalında ve deniz suyunda yaşayan bakterilerde bulunabiliyor. Bu da yeni keşfedilen genlerin, canlılık ağacının çok sayıda bakteriyel dalına yayılmış olduğunu ve bazı durumlarda bu genlerin evrim sürecinde sayısız kez yatay aktarımının gerçekleştiğini gösteriyor.

"Keşfettiğimiz anti-CRISPR'ların doğada çok bol olduğu gerçeği, onların çok kullanışlı olduklarına ve biyolojik bakış açısından büyük önem taşıdıklarına işaret ediyor," diyor ekipten Morten Sommer. Elde edilen bulgular, anti-CRISPR'ların faj ile konak arası mücadelede sanılandan büyük bir rol oynadığını da sezdiriyor.

Genom Düzenleme İçin Kullanışlı Şalter

Bu alanda daha önce yapılan çalışmalar, laboratuvarda genom düzenleme yaparken anti-CRISPR proteinlerinin hataları azaltmak (DNA'nın hedef dışı yerden kesilmesi gibi) için kullanılabileceğini göstermişti. "Şu anda CRISPR-Cas9 kullanan çoğu araştırmacı, sistemi ve hedef dışı etkinliği kontrol etmede güçlük yaşıyor. Bu nedenle anti-CRISPR sistemler çok önemli çünkü etkinliği sınamak için sisteminizi açıp kapatabilmek istiyorsunuz. Dolayısıyla, bu yeni proteinler çok işe yarayabilir," diyor Sommer.

Ekip ayrıca buldukları dört anti-CRISPR proteininin farklı özelliklere sahipmiş gibi göründüğünü ve incelemelerine devam edeceklerini belirtiyor.