Genetiği Değiştirilmiş Sivrisinekler kullanarak Sıtma ve Dang Ateşi Yayılması Önleme

Benim adım Anthony James. California Üniversitesi Irvine'de mikrobiyoloji ve moleküler biyoloji ile moleküler biyoloji ve biyokimya bölümlerinde ortak görev yapmaktayım. Laboratuvarım, vektörle bulaşan hastalıkların kontrolüne genetiğin bir katkısı olup olmadığına dair basit bir soruya yanıtlar geliştirmek için çalışmaktadır.

Bizim özel durumumuzda, sivrisineklerle bulaşan hastalıklar olan sıtma ve dengue ateşi ile ilgileniyoruz. Sıtma, insan ölümleri açısından en büyük vektör kaynaklı hastalıktır ve yıllık ortalamaya bakıldığında yaklaşık her 20 ila 30 saniyede bir kişiye mal olmaktadır. Dengue virüsü, insan ölümleri açısından bu kadar belirgin olmasa da, yılda yaklaşık 50.000 ila 100.000 vaka ile dünya nüfusunun neredeyse yarısını potansiyel olarak etkileyen önemli bir halk sağlığı sorunudur.

Tropikal bölgelerde, vektör kaynaklı hastalıkların, özellikle sıtma ve dengue virüslerinin kontrolüne yönelik mevcut yaklaşımlar; insektisit kullanımı veya larval habitatların, yani larva ve üreme alanlarının azaltılması yoluyla vektör kontrolüne odaklanmaktadır. Sıtma vakalarında ise tedavi edici ve profilaktik ilaçların kullanımı ile insanların sivrisineklerle temasını önleyen kontrol önlemleri uygulanmaktadır. Buna, sivrisineklerin insanlara erişimini engelleyen cibinlik kullanımı ve diğer kişisel koruyucu önlemler dahildir.

Belirttiğim üzere, genetiğin sunabileceği bir şeyler olup olmadığı sorusunu soruyoruz ve genetiği değerlendirdiğimiz iki alan bulunmaktadır. Bunlardan biri, sivrisinek popülasyonlarını azaltan genetik tekniklerin geliştirilmesidir. Bu yaklaşım, popülasyon azaltma olarak adlandırılmıştır.

İkinci alan ise popülasyon değişimidir. Buradaki temel fikir, belirli patojenlere karşı direnç sağlayan genleri almak ve bir şekilde bunları popülasyonlarda yüksek frekanslarda yaygın hale getirmektir. Biz buna popülasyon değişimi diyoruz.

Vektörle bulaşan hastalıkların kontrolünde genetiğin bir rolü olduğunu düşünmemizi sağlayan iki ilginç gözlem vardı. Birincisi, kanla beslenen keneler de dahil olmak üzere tüm böcekleri veya eklembacaklıları incelediğinizde, her kan emici eklembacaklının her hastalığı bulaştırmadığını görürsünüz. Bu durum, söz konusu patojenlerin bazı konak kısıtlamalarının olduğunu gösterir ve bunun doğru olduğu ortaya çıkmıştır.

Konak kısıtlamaları hakkında düşündüğünüzde, genetiği düşünmeye başlarsınız. İkinci gözlem, çok basit tekniklerle bulaşma sağlayan bir böcek popülasyonuna baktığınızda, bu böcek grubu içerisinde oldukça duyarlı olan bir popülasyon ile oldukça dirençli olan bir popülasyon seçebileceğiniz yönündeydi. Bunu yaptıktan sonra, basit genetik çaprazlamalar gerçekleştirerek kaç genin dahil olduğu, basit bir baskınlık veya çekiniklik ilişkisinin olup olmadığı gibi sorulara yanıt bulabilirsiniz.

Bu gözlemlerden yola çıkarak, belirli bir sivrisinek türünün belirli bir patojenin gelişimini desteklemesinde genetiğin önemli olduğuna dair çok net bir gösterge elde ettik. Buradaki fikir, direnç sağlayan bu genlerin tüm popülasyonlara yayılmasını bir şekilde sağlayabilseydik ne kadar harika olacağıydı. Bunun avantajları, doğrudan söz konusu patojeni hedef alacak olmamız ve böylece hedef dışı organizmalar üzerinde büyük etkisi olan insektisitlerin kullanımından veya üreme alanlarını azaltmaya yönelik olan ve çevre üzerinde derin etkileri olabilen çevresel yönetim yöntemlerinden kaçınacak olmamızdır.

İnsektisidlerin ve profilaktik ilaçların kullanımının aksine, bu sivrisineklerin veya sivrisineklerde yetiştirilen parazitlerin bunlara karşı herhangi bir direnç geliştirmesini beklemiyoruz. Buradaki fikir, tamamen hastalığa dirençli bir sivrisineğe sahip olduğunuz ve hedef dışı etkiler konusunda endişelenmenize gerek kalmayan bir strateji geliştirebilmektir. Doğal olarak tekrarlayan dirençleri incelediğimizde, dikkat çekici yaklaşım, bu doğal genlerin bazılarını nasıl elde edebileceğimizi ve bunların popülasyonlardaki frekanslarını nasıl artırabileceğimizi görerek, böylece hastalığa dirençli bir popülasyona sahip olabilmekti.

Ancak, en azından başlangıçta, bu genleri fiziksel olarak elde etmenin çok zor olduğu ortaya çıktı. Bu nedenle grubumuz ve diğer bazı gruplar, temel olarak direnç sağlayabilecek bir gen inşa etme fikrine dayanan tamamen sentetik bir yaklaşım benimsedik. Bu koşullar altında, geni iki basit bileşene ayırdık; bunlardan biri, belirli bir maddenin ne zaman, nerede ve ne kadar üretileceğini belirleyen bir kontrol bölümüydü.

Ardından, o gen tarafından üretilen ve direnç sağlayabilecek asıl ürün olan bir enfeksiyon efektör kısmı yer alır. Dolayısıyla, bu genleri nasıl oluşturacağımıza dair analizimizde, kontrol kısımlarının efektör molekülü, parazitlerin aslında bulunduğu sivrisinek bölgesine yerleştirmesinin önemli ve mantıklı olacağına karar verdik. Bu nedenle, bir şeyi doğru yere yerleştirmemize olanak sağlayacak, gelişimsel olarak düzenlenen genleri araştırıyorduk.

Ve bu şey, bir kez daha efektör molekülle ilgilidir; bu, gen tarafından sentezlenen ve doğrudan sıtma parazitleri veya virüslerle etkileşime giren molekülün asıl kısmıdır. Sıtma çalışması için, parazitlerin bağlanmasını engelleyen ve sivrisinek dokularını istila etme yeteneklerini bozan tek zincirli antikorlar olarak adlandırılan yapıları geliştirdik. Dengue virüsleri için ise, virüslerin sivisinek içinde replike olmaya çalışırken parçalanmasını sağlamak amacıyla sivrisineğin hücresel özelliklerini kullanan RNAi stratejisi denilen yöntemi geliştirdik.

Bu sentetik genleri yapmayı ilk düşündüğümüzde, problemi bileşenlerine ayırdık. İlk bileşen, laboratuvar ortamında, normalde bir patojeni bulaştırabilecek bir sivrisineği, bunu yapamayacak bir sivrisineğe dönüştürebileceğimizi kanıtlamaktı. Ve bunu yapabilmek için, daha önce değindiğim gibi, efektör molekülü eksprese edecek kontrol sekanslarına, bir efektör molekül sentezleme yeteneğine ve ardından bu yapay geni sivrisineğe aktarmamıza olanak tanıyacak bir transgenez teknolojisine ihtiyacımız vardı.

Böylece son on yıl civarında, üzerinde çalıştığımız ve şahsen benim çok ilgi duyduğum, meslektaşlarımın da ilgi gösterdiği bu konuda oldukça fazla ilerleme kaydettik. Ancak, bu sivrisinekleri laboratuvar ortamında geliştirdikten sonra, söz konusu geni laboratuvardan sahaya taşıyacak bir mekanizmaya ihtiyaç duyduk. Ayrıca, bu genin popülasyondaki frekansının, doğal seçilimle görülebilecek artış türlerinin ötesine geçmesini sağlayacak bir sürece ihtiyaç duyduk.

Bu tür mekanizmalara gen sürüleme sistemleri denir ve yaptıkları şey, ilgilendiğiniz geni taşıyan böcekleri seçmektir. Bir dizi özelliğe sahiptirler; ancak iki temel özellikleri, çiftleşme sonucunda gerçekleşmeleri ve bir gen frekansını, o gen üzerindeki herhangi bir seçici avantaj için doğal seçilim yoluyla beklenecekten çok daha yüksek bir oranda artırmalarıdır. Bu gen sürüleme sistemlerini geliştirmeyi düşündüğümüzde, açık ortama genetiği değiştirilmiş organizmaların aktarılmasından bahsettiğimizi hemen fark ettik. Pek şaşırtıcı olmayacak şekilde, genetik olarak mühendisliği yapılmış materyallerin doğaya salınmasıyla ilişkili ciddi endişeler ve kaygılar vardı.

Genetiği değiştirilmiş organizmaların kullanımına ilişkin hangi önemli endişelerin olduğunu belirlememiz ve ardından bunları, kullanımla ilgili sorunları azaltma çabasıyla sahip olduğumuz bilimsel verilerle ilişkilendirmemiz bizim için önemliydi. Bu nedenle, laboratuvar ortamında geliştirdiğimiz organizmaların biyolojik doğasının yanı sıra, insanların sahip olabileceği sosyolojik, kültürel ve diğer endişelerle ilişkili kriterleri de kapsayan tasarım kriterleri adını verdiğimiz bir yapı geliştirdik. Dolayısıyla bunlar, tasarım kriterlerini oluşturmaktadır.

Burada kısaca bahsedeceğim üç tanesi bu alanlarda örtüşüyor. Birincisi, bir gen sürücüsü sistemi açısından geliştirdiğimiz her ne olursa olsun, evrimsel bir zaman diliminde değil, insan zaman dilimi olarak adlandırabileceğiniz bir sürede çalışmalıdır. Yani bu, bir genin, sonucunda gerçekten bir şeylerin gerçekleştiğini görebileceğimiz kadar hızlı yayılması gereken bir durumdur.

Ve yaklaşık beş ila 10 yıl civarında bir süreyi öngörüyoruz. Bu, öncelikle Nora pki tarafından geliştirilen bir fikirdi; kendisi, biliyorsunuz, 10.000 yıl verilse bir şeyler yapılabileceğini ancak bahsettiğimiz gen sürüklendi sistemiyle çok daha insani bir zaman diliminde çalışılması gerektiğini fark etmişti. İkinci ve muhtemelen en büyük endişemiz ve kriterimiz ise, geliştirdiğimiz her ne olursa olsun sadece hedef organizma üzerinde çalışmasıdır; yani, hedef böceğimizin dışına çıkması durumunda böyle bir yeteneğe sahip olmaması veya bu yeteneğinin devre dışı kalmasıdır.

Ve bu önemlidir çünkü çoğu insanın endişesi, laboratuvarda bir şey üretmeniz ve bunun uygun olduğunu düşünmeleri, ancak bunun doğaya karışıp bir şekilde hedef dışı türlere yayılacağıdır. Bu nedenle, temel tasarım önceliklerimizden biri, yalnızca hedef türde işlev gören ve bir şekilde hedef türün dışına çıktığında etkisiz hale gelecek bir yapı oluşturmaktır. Tabii ki oldukça önemli olan üçüncü husus ise, bunun çalışıyor olmasıdır.

Çalışıyor olması, örneğin sadece bilimsel sonuçlar vermekten veya belirli türlerle sınırlı kalmaktan daha fazlasını ifade eder. Yöntemin maliyet etkin olması gerekir. Makul bir çerçevede gerçekten işe yarayan ve uygulanabilirliği ekonomik olarak karşılanabilecek bir yöntem olmalıdır.

Dolayısıyla bunlar, incelemiş olduğumuz tasarım kriterlerinden bazılarıdır. Hepsi değiller. Deneyimimiz arttıkça bazı kriterlerin değişeceğini tahmin ediyorum, ancak bu üçünün aynı kalacağını düşünüyorum.

Dolayısıyla tüm bu fikir ve uygulamalar hayata geçirilmeden önce bir dizi şeyin gerçekleşmesi gerekir. Şuna geri dönecek olursak, öncelikle sistemin çalışması gerekir. Geliştirdiğimiz böceklerin, hedeflediğimiz patojenlere karşı gerçekten dirençli olduğunu laboratuvar ortamında gösterebilmemiz gerekmektedir.

Ardından, gen sürücü mekanizmasının beklediğimiz şekilde çalıştığını gösterebilmemiz gerekiyor. Bunu yapmak için, genin hedef bölgedeki endojen bir sivisine geçmesini veya endojen sivisine türetilmesini önleyecek şekilde, kontrollü kafes deneyleri yapmayı planlıyoruz ve ardından bu mekanizmanın yayılma yeteneğine sahip olup olmadığını sorgulayacağız. Bu nedenle, bunu gerçekleştirmek bizim için önemli olacaktır.

Bununla birlikte, bir saha denemesinin uygulanması yönündeki tavsiyeyi benim gibi bir bilimcinin değil, başkalarının yapacağını fark etmenin kritik olduğunu düşünüyorum. Bu durum aslında, geliştirdikleri ve bizim sağladığımız parametreleri kullanan matematiksel modellemecilerin, geliştirdiğimiz şeyin maliyet etkin bir şekilde çalışıp çalışmayacağı konusunda bir halk sağlığı kurumuna güçlü bir fikir vermesinin bir sonucu olacaktır. Dolayısıyla tavsiyeler, aslında modelleme konusunda uzmanlığı olan halk sağlığı profesyonellerinden gelecek ve bir şeye onay verme veya vermeme kararını verebilecek olanlar da onlar olacaktır.

Benim gibi laboratuvar çalışanlarının, ham verileri modelcilerin kullanımına sunmaktan öte pek bir katkısının olacağını öngörmüyoruz. Bu çalışmaya ilk başladığımızda —burada "biz" derken meslektaşlarım ve benim bir ekip olarak çalıştığımızı kastediyorum— genetik olarak modifiye edilmiş organizmaların kullanımına ilişkin etik durumu ele almak adına neler yapmamız gerektiğini değerlendirmemize olanak sağlayacak mevcut yapıları araştırdık. Tarımsal kullanım ve bitkilerin kullanımı vb. konularda oldukça fazla veri bulunsa da, genetik olarak modifiye edilmiş böceklerin kullanımına dair yayınlanmış literatürde çok az bilgi vardı.

Böylece, ana projemizin bir parçası olarak, genetiği değiştirilmiş sivrisineklerin kullanımının etik, sosyal ve yasal yönlerini ele alan bir bileşen eklememiz gerekti. Bunun bir sonucu olarak, bunu gerçekten gerçekleştirmek için nelerin gerekli olduğu konusunda grubun her bir üyesini bilgilendirmek adına muazzam bir öğrenme süreci yaşadık. Size birkaç örnek vereyim.

Dünyada bu temel hastalıklara sahip olan çoğu ülkede, genetiği değiştirilmiş organizmaların kullanımına ilişkin kritik kararlar verebilecek düzenleyici yapılar mevcut değildir. Bu nedenle, kendilerine danışabileceğimiz ve etkileşim kurabileceğimiz, uygun bir düzenleyici altyapıya sahip ülkeleri belirlememiz son derece önemli hale geldi. Bu tür durumların geçmişine bakıldığında, ülkelerin genellikle yeniden genetiği değiştirilmiş bir organizmanın, çoğunlukla genetiği değiştirilmiş mısır, papaya veya pirinç gibi tarımsal türevli ürünlerinle girişimiyle karşı karşıya kaldıkları görülmüştür.

Ve bunu yönetebilecek düzenleyici yapıdan yoksun olan bir ülke, herhangi bir genetiği değiştirilmiş organizmanın girişini tamamen engelleyecek bir yasayı hızla kabul edecektir. Bunu politik bir açıdan düşünürseniz, yapılacak akıllıca bir iştir. Yani, eğer bununla başa çıkmaya hazır değilseniz, süreci durdurun ve kendinize bunu analiz etmek ve burada bir sorun olup olmadığına karar vermek için gerekli yapıyı geliştirme şansı tanıyın.

Ve bu gerçekleştiğinde, ülkeler uygun düzenleyici yapıyı kurar ve ardından yasaları tersine çevirerek genetiği değiştirilmiş organizma her neyse, onun en azından inceleme altına alınmasına ve belki de nihayetinde kullanılmasına izin vermeye başlar. Dolayısıyla çalışmamızı planlarken, düzenleyici altyapıyı geliştirmeleri için tetikleyici olay olacağımız bir ülke seçemezdik. Bu süreçlerden zaten geçmiş ve halihazırda sağlam bir düzenleyici sisteme sahip olan ülkeler bulmamız gerekiyordu.

Bunu yapmak istememizin nedeni, aslında tekrar tetikleyici olay olmak için yeterli zamanımızın olmayacak olmasıydı. Bunun yanı sıra, dikey olarak çok iyi entegre edilmiş bir halk sağlığı sisteminin olduğu bir ülkede bulunmak istedik; yani endişeleri hem yerel düzeyde hem de düzenleyici yapıdaki daha büyük belediye, bölge, eyalet veya federal dengi düzeylerde ele almak istedik. Ayrıca, örneğin ilerleme yönünde alınan kararların her düzeyde onaylandığından emin olmak istedik.

Bu, merkezi hükümetin veya federal hükümetin bir yerel yönetime dayatacağı bir şey değildi. Herkesin üzerinde anlaştığı bir şey olmasını istedik. Bu nedenle, aslında gerçekten iyi entegre edilmiş, dikey bir halk sağlığı sisteminin olduğu bir durumun içine girmemiz gerekiyordu.

Ardından, örneğin topluluk rızasının ne anlama geldiği gibi konuları ele alıyoruz. Bir topluluğu nasıl tanımlarsınız? Biz, topluluğu şu aşamada, yürüttüğümüz çalışmadan doğrudan etkilenen veya potansiyel olarak etkilenebilecek tüm insanlar olarak tanımlıyoruz.

Ancak bu dönüşlerin basit olmadığı ortaya çıkıyor; topluluk rızasının peşinde olduğunuz koşullar altında, gerçek anlamda topluluk rızasına sahip olmak ne anlama gelir? Tek bir olumsuz oy bunu durdurmak için yeterli midir? İşte bunlar, üzerinde çalışılması gereken konulardır.

Dolayısıyla bunlar, karşı karşıya olduğumuz etik sorunlardan bazılarıdır. Ancak bu çalışmadaki temel çabalarımızdan biri, saha alanındaki kişilerin müzakerelerimize ve çalışmalarımıza en başından itibaren tam katılımını sağlamaktır. Bunu gerçekleştirmek için örneğin, herkesin kolayca erişebileceği bir web sitemiz bulunmaktadır ve potansiyel iş birliği yapan laboratuvarlar ile saha alanındaki kişilerin tam katılımını sağlayarak onların planlama ve uygulama süreçlerinin bir parçası olmalarını sağlıyoruz.