18. yüzyılda Almanya’nın güneyindeki Ingolstadt şehrinde bir laboratuvarda “Artık Tanrı olmanın nasıl bir his olduğunu biliyorum.” sözleri yankılanır. Bu sözler yaratığını başarıyla canlandırmış olan Dr. Henry Frankenstein’a aittir. Yoktan var eden Frankenstein artık Tanrı’yı oynamaktadır.
Her ne kadar orijinal metinde Dr. Frankenstein bu cümleyi kurmamış olsa da eserin sinemaya ilk başarılı uyarlamasında, doktor bu cümleyi malikanesindeki her odadan duyulacak bir biçimde haykırmaktadır. Frankenstein cansız bir objeye can vererek Tanrı’nın kudretine erişmiştir. Döneminde sansüre uğramak zorunda kalan bu ifade günümüzde sık sık gördüğümüz “Tanrı’yı oynamak” ifadesinin yapı taşı olmuştur. Artık insan, küçük dünyasında sayısız organizmayı kendi arzularına göre yaratıp, yok edebilmektedir. İnsan, Tanrı’ya atfedilen yaratma gücüne yaklaşarak sınırları zorlamaktadır.
Dr. Frankenstein, malikanesinde yaratığını zapt etmeye çalışırken Avrupa’nın bir diğer ucunda dünyayı baştan sona değiştirecek bir gerçek doğuyordu: Sanayi Devrimi. Devrim, dünyadaki tüm kuralları baştan yazdı ve insanın doğaya müdahale gücünü artırdı. Ancak bu müdahale, doğanın dengesini alt üst etti ve şimdi, insanlığın yarattığı sorunları çözme yükü yine insanın omuzlarına yüklendi. Çare olabilecek bir teknoloji ise son zamanlarda kulağımıza çalınmaya başladı: CRISPR. İnsan hem çevresini özgürce kirletebilecek hem de birkaç organizmanın genetiğini değiştirerek o organizmaları kendi çöplerini temizleyebilecek köleler haline getirebilecek. Artık yok eden de var eden de insan.
CRISPR, genleri düzenlemeye yarayan bir biyoteknolojik devrim. Bakterilerin virüslere karşı savunma sistemi mekanizmasından yararlanılarak geliştirilen CRISPR, Cas9 enzimi ile birlikte kullanılarak DNA’daki belirli bölgelerin kesilmesini, silinmesini ve değiştirilmesini mümkün kılar. CRISPR, bugüne kadar geliştirilen bütün gen düzenleme teknolojilerinden daha basit, hızlı, ucuz ve güvenilir bir yöntem. Bu yöntemin bu kadar ulaşılabilir olması da oluşacak sonuçların da bir bu kadar hızlı elde edilmesine yol açacaktır. Sahip olduğu etik kaygıların minimum olmasından kaynaklı bitkiler, CRISPR çalışmalarında dikkat çekmektedir. Bitkilerle çok uzun süren bir seçilim geçmişimiz bulunsa da hiçbir zaman bu hıza ve imkana sahip değildik. Bu olanaklar da bize şu soruyu sorduruyor: Dünyaya verdiğimiz zararı bitkilerle temizleyebilir miyiz? Evet, fitoremediasyon ile.
Fitoremediasyon, bitkilerin toprakta birikmiş ağır metal ve gübre gibi kirleticileri temizleme işlemidir. Fakat bu yavaş ve uzun sürecek bitki yetiştirme bizim için yeterli olmayacaktır. Bitkilerin daha fazla kirleticiyi çok daha hızlı şekilde bünyesine almasını da o bitkinin genetiğini CRISPR ile değiştirerek sağlanabilir.
2022 yılında Frontiers in Plant Science dergisinde yayımlanan bir araştırmaya göre genetiği CRISPR ile değiştirilmiş tütün bitkisi, genetiği değiştirilmemiş tütüne göre köklerinde çok daha yüksek miktarda arsenik tutmayı başardı. Bu gıda olarak tüketilecek bitkilerde istemediğimiz bir sonuç iken, toprağı temizlemek için kullanacağımız bitkilerde ise tam tersine aradığımız bir özellik.
Tütün, laboratuvar ortamında kolaylıkla yetiştirilebilmesi, hızlı büyümesi, yüksek oranda ağır metal birikimi yapabilmesi gibi özellikleriyle bu çalışma için seçilebilecek en uygun model organizmalardan biridir. Çalışmada tütün bitkisinin hücre duvarlarından xyloglucan adı verilen polisakkaritin çıkarılması ve bunun arsenik alımı üzerine etkilerinin incelenmesi hedeflenmiştir.
İlk olarak bu polisakkaritin sentezinden sorumlu iki gen (NtXXT1 ve NtXXT2) belirlenmiş ve CRISPR-Cas9 ile bu genlerin mutasyonları oluşturulmuştur. CRISPR-Cas9 teknolojisinde belirlenen genleri düzenleyebilmek için single-guide RNA (sgRNA) ve Cas9 enzimi kullanılır. SgRNA’lar gen dizileri içindeki hedef bölgelere özgün 20 nükleotid uzunluğundaki rehber RNA’lardır ve Cas9 enzimine rehberlik ederek DNA'da hangi bölgenin kesileceğini belirler. Araştırmacılar belirlenen her gen için üçer tane olmak üzere toplam altı adet sgRNA tasarladılar. Her gen için birden fazla sgRNA tasarlanmasının sebebi olarak ise mutasyon veya bağlanamama gibi oluşabilecek aksiliklere karşın başarı riskini artırmak olduğu söylenebilir. Tasarlanan sgRNA dizileri Cas9 enzimini kodlayan bir gen içeren plazmit vektörlerine (pORE vektörü) aktarıldı. Plazmit vektörü, genetik mühendisliğinde kullanılan bir DNA molekülüdür. Bakterilerde doğal olarak bulunan plazmitler, bu çalışmada genetik materyali taşımak amacıyla kullanılmıştır. Hazırlanan vektörler Agrobacterium tumefaciens adlı bakteriye, bakteriden de bitkiye transformasyon ile aktarılmıştır. Agrobacterium tumefaciens, bitkilere genetik materyal aktarmada sıkça kullanılan verimli bir bakteridir. Transformasyon sonucunda elde edilen bitki hücrelerinden mutant tütünler büyütüldü.
Tütün, laboratuvar ortamında kolaylıkla yetiştirilebilmesi, hızlı büyümesi, yüksek oranda ağır metal birikimi yapabilmesi gibi özellikleriyle bu çalışma için seçilebilecek en uygun model organizmalardan biridir. Çalışmada tütün bitkisinin hücre duvarlarından xyloglucan adı verilen polisakkaritin çıkarılması ve bunun arsenik alımı üzerine etkilerinin incelenmesi hedeflenmiştir.
Araştırmada sadece NtXXT1 geni, sadece NtXXT2 geni ve iki geni de susturulmuş (çift mutant) olmak üzere 3 grup mutant tütün incelendi. Örnekler genetiği değiştirilmemiş K326 varyantı ile karşılaştırıldı. Araştırma sonucunda 3 mutant grubunda da hücre duvarlarında xyloglucan eksikliği görüldü. Tüm gruplarda arsenik kök hücre duvarlarında daha fazla birikti ve ayrıca yapraklara daha az arsenik taşındığı görüldü. Çift mutant örneklerinde ise kökteki arsenik birikimi en yüksek iken, yapraklara taşınan arsenik miktarı ise en düşük olarak görüldü. Translokasyon faktörü (arsenik konsantrasyonun kökten yapraklara oranı) tüm mutant örneklerinde azaldı. Bu durum xyloglucan eksikliğinin bitkide arsenik taşınmasını engellediğini ve bu nedenle arsenik elementinin bitkiye alındığı köklerde daha fazla birikmesine neden olduğunu gösterdi.
Mutant tütün bitkilerinde, büyüme ve gelişme açısından bazı farklılıklar gözlemlendi. Köklerin daha kısa ve daha az, yaprakların daha küçük ve genel bitki boyunun daha kısa kaldığı gözlemlendi fakat bu değişimler bitkinin hayatta kalmasını ciddi bir şekilde etkilemedi.
Tüm bu sonuçlar, xyloglucan eksikliği çeken tütün bitkilerinin gelişim açısından problemler yaşasa da arsenik gibi toksik elementleri kökteki hücre duvarlarında daha fazla biriktirebilmesi özelliği sayesinde fitoremediasyonda kullanılabileceğini gösterdi. Bu bitkiler, arsenik kirliliği olan topraklarda yetiştirilerek toprağın temizlenmesine önemli ölçüde katkı sağlayabilir. İleriki çalışmalarda, topraktaki ağır metallerin tamamını köklerinde biriktiren, yapraklarına ağır metalleri ulaştırmayan mutant bitkiler elde edilmesi mümkün olabilir. Bu da bitkilerin hem temizleyici olarak kullanılmasını hem de bitkinin yapraklarından elde edilen ürünlerin farklı amaçlarla kullanılmasını sağlayabilir. CRISPR teknolojisi, henüz Dr. Frankenstein’in canavarı gibi bir yaratık yaratmamıza olanak sağlamasa da doğaya müdahalemizi yepyeni bir boyuta taşıyor. Bugün bitkilerin arsenik alımını değiştirmemizi sağlayarak doğaya yardım eden bu araç ileride çok daha büyük etik problemlerle karşı karşıya kalmamıza neden olabilir.
