Anne ve babanızın size verdiği en önemli hediye genomunuzu oluşturan üç milyar harflik iki set DNA'dır. Ama üç milyar parçalı her şey gibi bu hediye de hassastır. Güneş ışığı, sigara, sağlıksız beslenme, hatta hücrelerinizin yaptığı spontane hatalar bile, genomunuzda değişikliğe sebep olur. DNA'daki en yaygın değişim türü tek bir harfin veya bazın takasıdır, mesela C'nin farklı bir harfle, mesela T, G veya A ile takası gibi. Herhangi bir günde vücudunuzdaki hücreler topluca bu tek harfli takasları biriktirir, buna "nokta mutasyonu" da denir. Bu nokta mutasyonlarının çoğu zararsızdır. Ama arada sırada, bir nokta mutasyonu bir hücredeki önemli bir yeteneği aksatır veya bir hücrenin zararlı şekilde yanlış davranmasına sebep olur. Eğer bu mutasyon ailenizden miras kaldıysa veya gelişiminizde yeterince erken meydana geldiyse, bunun sonucunda hücrelerinizin birçoğu veya hepsi bu zararlı mutasyonu içerir. Yüzlerce milyon insanda bir görülen genetik bir hastalığınız olur, orak hücre anemisi, progeria, kas distrofisi veya Tay-Sachs hastalığı gibi. Nokta mutasyonlardan kaynaklanan ağır genetik hastalıklar özellikle sinir bozucudur çünkü genelde biliriz ki hastalığa sebep olan o tek harf değişimi teoride onu tedavi edebilir. Milyonlarca insanda orak hücre anemisi var çünkü hemoglobin genlerinin her iki kopyasında da tek bir A'dan T'ye mutasyon var. Progeria hastası çocuklar genomlarında tek bir pozisyonda normalde C olan yerde bir T ile doğar, bunun sonucunda da bu muhteşem, parlak zekâlı çocuklar çok hızlı yaşlanır ve yaklaşık 14 yaşında hayatını kaybeder. Tıp tarihi boyunca, yaşayan sistemlerde etkili bir şekilde mutasyonları belirlemenin, hastalığa sebep olan T'yi tekrar C yapmanın bir yolu yoktu. Belki de şu ana kadar. Çünkü benim laboratuvarım bunu geliştirmeyi başardı, buna "baz düzenlemesi" diyoruz. Baz düzenlemesini başarmamızın hikâyesi aslında üç milyar yıl önce başlıyor. Bakterileri enfeksiyon kaynağı olarak düşünüyoruz ama bakterilerin kendisi de enfeksiyona yatkın, özellikle de virüslerden kaynaklananlara. Yaklaşık üç milyar yıl önce, bakteriler viral enfeksiyona karşı bir savunma mekanizması geliştirdi. Bu savunma mekanizması şimdi CRISPR olarak biliniyor. Ve CRISPR'ın savaş başlığı DNA'ya moleküler makas gibi davranan, çiftli helisi iki parçaya ayırarak onu kesen mor bir protein. Eğer CRISPR bakteriyel ve viral DNA'ları ayırt edemeseydi, çok da kullanışlı bir savunma mekanizması olmazdı. Ama CRISPR'ın en büyüleyici özelliği makasların sadece spesifik bir DNA dizisini aramak, bağlanmak ve kesmek üzere programlanabiliyor olması. Yani bir bakteri bir virüsle ilk kez karşılaştığında, o virüsün küçük bir parçasını saklayıp CRISPR makaslarını gelecekteki bir enfeksiyon sırasında o viral DNA dizisini kesmeye programlayabiliyor. Bir virüsün DNA'sını kesmek kesilen viral genin fonksiyonunu aksatır, dolayısıyla da virüsün yaşam süresini bozar. Emmanuelle Charpentier, George Church, Jennifer Doudna ve Feng Zhang gibi önemli araştırmacılar altı yıl önce CRISPR makaslarının bizim seçtiğimiz DNA dizilerini kesebildiğini gösterdiler, genomumuzdaki diziler de buna dâhil, bakterinin seçtiği viral DNA dizileri yerine. Ama sonuçlar aslında benzer. Genomunuzdaki bir DNA dizisini kesmek de genelde rastgele DNA harf karışımlarının kesilen yerde ve silinmesine yol açarak kesilen genin fonksiyonunu bozuyor. Genleri bozmak bazı uygulamalar için çok kullanışlı olabilir. Ama genetik hastalık yaratan çoğu nokta mutasyonu için, zaten değişmiş geni sadece kesmek hastaya fayda sağlamaz çünkü değişmiş genin fonksiyonu yeniden yüklenmeli, daha fazla bozulmamalı. Yani orak hücre anemisine sebep olan bu zaten değişmiş hemoglobin genini kesmek hastaların tekrar sağlıklı kırmızı kan hücreleri yapmasını sağlamayacak. Bazen kesilmiş bölgeyi saran DNA dizilimlerinin yerine koymak için hücrelerin içine yeni DNA dizileri uygulayabilsek de bu süreç, maalesef, çoğu hücre türünde işe yaramaz ve bozulmuş genin sonucu baskın gelmeye devam eder. Birçok bilim insanı gibi, insanlarda genetik hastalıkları tedavi edebileceğimiz hatta belki de tamamen iyileştirebileceğimiz bir gelecek hayal ettim. Ama çoğu genetik hastalığa yol açan sabit nokta mutasyonlarını onarmanın bir yolu olmamasını yolumuzda duran büyük bir sorun olarak gördüm. Bir kimyager olarak, öğrencilerimle direkt olarak tek bir DNA bazına kimya uygulamanın yollarını geliştirmek için çalışmaya başladım, genetik hastalığa sebep olan değişimleri bozmak yerine gerçekten onarmak için. Çabalarımızın sonucu "baz düzenleyici" dediğimiz moleküler makineler. CRISPR makaslarının programlanabilir arama yöntemini kullanıyorlar ama DNA'yı kesmek yerine, genin geri kalanını bozmadan direkt olarak bir bazı başka bir baza dönüştürüyorlar. Yani doğal oluşumlu CRISPR proteinlerini moleküler makaslar olarak düşünürseniz baz düzenleyicileri kalem olarak düşünün, aslında bir DNA bazının atomlarını yeniden düzenleyerek başka bir baz olmasını sağlamak için bir DNA harfini başka bir harf olarak direkt yeniden yazabilen kalemler. Baz düzenleyiciler doğada yok. Hatta, ilk baz düzenleyiciyi, burada görüyorsunuz, aynı organizmadan bile gelmeyen üç farklı proteinden oluşturduk. CRISPR makaslarını alıp DNA'yı kesme yeteneğini etkisiz kılarken programlanmış bir şekilde hedeflenen bir DNA dizisini bulup bağlama yetisini sürdürerek başladık. Mavi ile gösterilen etkisiz hâle getirilmiş CRISPR makaslarına ikinci bir kırmızı protein ekledik, bu da C DNA bazında kimyasal bir reaksiyon gösterip onu T gibi davranan bir baza dönüştürdü. Sonra, ilk iki proteine, değişmiş bazın hücre tarafından atılmasını engelleyen morla gösterilen proteini eklememiz gerekti. Açık sonuç, ilk kez genomlarda belirlenmiş konumlarda C'leri T'lere çevirmemizi sağlayan tasarlanmış üç parçalı bir protein. Ama bu noktada bile işimizin sadece yarısı bitmişti. Çünkü hücrelerde sabit olmak için, bir DNA çiftli helisin iki zinciri baz çiftleri oluşturmalı. Ve C sadece G ile, T de sadece A ile çiftleştiğinden, bir DNA zincirinde sadece bir C'yi bir T'ye çevirmek uyumsuzluk, iki DNA zinciri arasında hücrenin hangi zinciri yenileyeceğine karar vermesi gereken bir çatışma yaratır. Zinciri çentikleyerek, değişmemiş zinciri değişecek olan diye işaretlemek için bu üç kısımlı proteini düzenleyebileceğimizi fark ettik. Bu küçük çentik, hücreyi kandırıp çentiklenen zinciri yenilerken değişmemiş bir G yerine bir A koyduruyor, böylece eskiden bir C-G baz eşlemesi olan şeyin sabit bir A-T'ye dönüşümünü tamamlıyor. Laboratuvarda, eski bir doktora sonrası araştırmacısı olan Alexis Komor'ın liderliğinde birkaç yıllık sıkı çalışmadan sonra, bizim seçtiğimiz pozisyonlarda C'leri T'ye ve G'leri A'ya çeviren bu birinci sınıf baz düzenleyiciyi geliştirmeyi başardık. Bilinen 35.000'den fazla hastalıkla bağlantılı nokta mutasyonu arasında, bu ilk baz düzenleyicinin geri çevirebildiği iki tip mutasyon birlikte patojenik nokta mutasyonlarının yüzde 14'ünü veya 5000 tanesini oluşturur. Ama hastalığa yol açan nokta mutasyonlarının en büyük kesimini onarmak A'ları G'lere ve T'leri C'lere çevirebilen ikinci sınıf bir baz düzenleyiciyi geliştirmeyi gerektirir. Eski bir doktora sonrası araştırmacısı olan Nicole Gaudelli'nin liderliğinde bu ikinci sınıf baz düzenleyiciyi geliştirmeye başladık, bu, teoride patojenik nokta mutasyonlarını yarısına kadar düzeltebilecekti, hızlı yaşlanmaya sebep olan progeriaya yol açan mutasyon da dâhil. Bir kez daha CRISPR makaslarının hedef mekanizmasını ödünç alabileceğimizi ve yeni baz düzenleyiciyi genomdaki doğru alana getirebileceğimizi fark ettik. Ama hızla inanılmaz bir sorunla karşılaştık; yani, DNA'da A'yı G'ye veya T'yi C'ye çevirebilen bilinen bir protein yok. Bu kadar ciddi bir sorunla karşılaşınca, çoğu öğrenci muhtemelen başka bir proje arardı veya başka bir proje danışmanı. (Kahkaha) Ama Nicole, o zamanlar fazlasıyla iddialı görünen bir planla devam etmeyi uygun buldu. Gerekli kimyayı uygulayacak doğal oluşumlu proteinin eksikliği göz önünde bulundurulursa A'yı G gibi davranan bir baza çevirmek için laboratuvarda kendi proteinimizi geliştirmeye karar verdik ve RNA'ya ilişkili kimya uygulayan bir proteinden başladık. On milyonlarca protein değişkeni keşfeden ve sadece hayatta kalmak için gerekli olan kimyayı salgılayan o nadir değişkenlere izin veren güçlü olan hayatta kalsın tarzı Darvinci bir seçilim sistemi yaptık. Burada gösterilen protein ile sonuçlandı, DNA'daki A'yı, G'ye benzeyen bir baza dönüştürebilen ilk protein. Bu proteini mavi ile gösterilen etkisiz kalmış CRISPR makaslarına ekleyince, ikinci sınıf bir baz düzenleyici ürettik, bu da A'ları G'lere dönüştürüyor, sonra ilk baz düzenleyicide kullandığımız zincir çentikleme stratejisini kullanıp hücreye, çentiklenmiş zinciri yenilerken değişmemiş T'yi de bir C ile değiştirtiyor, böylece bir A-T baz ikilisinin G-C baz ikilisine dönüşümünü tamamlıyor. (Alkış) Teşekkürler. (Alkış) ABD'deki akademisyen bir bilim insanı olarak, lafımın alkışla bölünmesine alışkın değilim. (Kahkaha) Bu ilk iki sınıf baz düzenleyicilerden birini sadece üç, birini de bir buçuk yıl önce geliştirdik. Ama bu kısa zamanda bile, baz düzenleme, biyomedikal araştırma topluluğunda geniş çapta kullanıldı. Dünya çapında baz düzenleyicileri 6000 defadan fazla istekleri üzerine 1000'den fazla araştırmacıya gönderildi. Baz düzenleyiciler bakteriden bitkilere, farelerden primatlara tüm bu organizmalarda kullanılarak yüz araştırma makalesi yayınlandı bile. Baz düzenleyicileri, insanlar üzerindeki klinik deneylere girmek için henüz çok yeni olsa da bilim insanları baz düzenleyicileri insanlarda hastalığa neden olan nokta mutasyonlarını düzeltmek için hayvanlarda kullanarak bu amaca giden yolda ciddi bir dönüm noktasından geçti. Örneğin, laboratuvarımdaki iki diğer öğrenci Luke Koblan ve Jon Levy'nin başında olduğu bir bilim insanı grubu, ikinci sınıf bir baz düzenleyiciyi progeria hastası bir fareye vermek için bir virüs kullandı, hastalığa sebep olan T'yi tekrar bir C'ye çevirdi ve sonuçlarını DNA, RNA ve protein seviyesinde tersine çevirdi. Baz düzenleyiciler hayvanlarda hastalık sonuçlarını tersine çevirmek amacıyla da kullanıldı, mesela tirozinemi, beta talasemi, kas distrofisi, fenilketonüri, doğuştan sağırlık ve bir tür kalp damar hastalığı -- her durumda, hastalığa sebep olan veya katkı sağlayan nokta mutasyonunu direkt düzelterek. Bitkilerde, baz düzenleyicileri daha iyi ürünlere yol açacak tek DNA harfi değişimleri üretmek için kullanıldı. Biyologlar da baz düzenleyicileri, kanser gibi hastalıklarla ilişkili genlerde tek harflerin rolünü incelemek için kullandılar. Kurucu ortağı olduğum iki firma, Beam Therapeutics ve Pairwise Plants, baz düzenlemeyi, insanlardaki genetik hastalıkları tedavi etmek ve tarımı geliştirmek için kullanıyor. Baz düzenlemenin tüm bu uygulamaları son üç yıldan az bir sürede gerçekleşti: bilimin tarihsel zaman ölçeğinde, göz açıp kapayana kadar. Yapmamız gereken biraz daha çalışma var, baz düzenlemenin tam potansiyelini gerçekleştirerek genetik hastalıkları olan hastaların hayatlarını daha iyi hâle getirebilmesi için. Bu hastalıkların birçoğunun temeldeki mutasyonu düzelterek organdaki hücrelerin kesiti ile bile tedavi edilebileceği düşünülse de baz düzenleyiciler gibi moleküler makineleri insan hücrelerine sokmak zorlayıcı olabilir. Doğadaki virüslere, nezleye sebep olacak moleküller yerine baz düzenleyiciler verdirmek başarıyla uygulanmış birkaç umut verici stratejiden biri. Bir baz çiftini başka bir baz çiftine çevirebilmek için geri kalan şeyleri yapabilecek veya hedef dışı konumlardaki istenmeyen düzenlemeyi küçültecek yeni moleküler makineler geliştirmeye devam etmek çok önemli. Diğer bilim insanları, doktorlar, ahlak bilimciler ve devletlerle ilişkiler kurup baz düzenlemenin dikkatle, güvenli ve etiğe uygun kullanılması olasılığını arttırmak ciddi bir zorunluluk. Bu zorluklara rağmen, sadece beş yıl önce bana gelip tüm dünyadaki araştırmacıların laboratuvarda geliştirilmiş moleküler makineleri kullanarak insan genomunda belli bir konumdaki bir baz çiftini etkin bir şekilde ve diğer sonuçları minimumda tutarak direkt başka bir baz çiftine dönüştüreceğini söyleseydiniz, size şunu sorardım, "Hangi bilim kurgu kitabını okuyorsun?" Kendimiz tasarladığımız şeyi yapabilecek kadar yaratıcı ve yapamadığımız şeyi geliştirecek kadar cesur olan kararlı öğrencilerle, baz düzenleme bilim kurguyu andıran istekleri, bırakacağımız en önemli hediyenin sadece üç milyar harf DNA değil buna ek olarak onları koruma ve onarma yolları olduğu heyecanlı bir gerçekliğe dönüştürdük. Teşekkürler. (Alkış) Teşekkürler.