Viral Vektörlerde İn Vivo ve İn Vitro Gen Ulaştırma: Özellikler, Güvenlik ve Vektör Tipleri

Viral vektörlerin temel tanımı ve uygulama alanları

Viral vektör, moleküler biyologlar tarafından hücre içine genetik malzeme ulaştırmak için kullanılan bir araçtır. Bu işlem canlı organizmanın içinde (in vivo) veya hücre kültüründe (in vitro) yapılabilir. Virüsler, enfekte ettikleri hücrelerin içine genomlarını verimli şekilde taşımak için özelleşmiş moleküler mekanizmalar evrimleştirmiştir. Bir virüs tarafından genlerin aktarımı transdüksiyon olarak adlandırılır, bu yolla enfekte olmuş hücrelerin de transdüklenmiş olduğu söylenir. Moleküler biyologlar bu mekanizmayı ilk defa 1970’lerde kontrol altına almayı becermiştir. Paul Berg, bakteraj lambda DNA’sı içeren değiştirilmiş bir SV40 virüsü kullanarak kültürlenmiş maymun böbrek hücrelerini enfekte etmiştir.

Viral vektörün esas özellikleri

Viral vektörler kendi spesifik uygulamaları için tasarlanmış olurlar ama genelde bazı ortak özelliklere sahiptirler. Güvenlik açısından, viral vektörler bazen patojenik virüslerden yaratılmış olsalar da, bu virüsleri kullanmakla ilişkili riskleri en aza indirmek için modifiye edilirler. Bu, genelde viral genomun çoğalma için gerekli olan bir kısmının delesyonu ile yapılır. Böylesi bir virüs hücreleri verimli şekilde enfkte edebilir ama, yeni virion üretimi için bir yardımcı virüse gerek duyar.

Düşük toksisite, viral vektörün enfkte ettiği hücrenin fizyolojisi üzerinde asgari düzeyde etkisi olmalıdır. Stabilite açısından, bazı virüsler genetik olarak kararsızdır ve genomları hızla biçim değiştirebilir. Viral vektörün kullanılan deneylerin öngörülebilirliği ve tekrarlanabilirliği açısından bu sakıncalıdır, tasarımlarında bundan kaçınılır. Hücre tipi spesifisitesi ise, çoğu virüs vektörleri mümkün olduğunca çeşitli hücre tiplerini enfkte edebilecek şekilde tasarlanır. Ancak, bazen bunun aksi arzu edilir. Viral reseptör modifiye edilerek virüsün belli bir hücre tipine hedeflenmesi sağlanabilir.

Gen terapisi ve güvenlik sorunları

Gelecekte genetik bozuklukları tedavi etmenin bir yolu gen terapisi olabilir. Ciddi Kombine İmmün Yetmezlik, kistik fibrozis ve hatta hemofili A gibi hastalıklar belli genlerin DNA dizisinde mutasyonlardan meydana geldiği için, gen terapi denemelerinde hastanın vücudundaki hücrelerin içine mutasyonsuz gen kopyalarından götürmek amacıyla virüsler kullanılmıştır. Gen terapisi kullanılarak labortuvarda çok sayıda başarılar elde edilmiştir. Ancak, viral gen terapinin yaygın kullanılması için bazı önemli problemlerin çözülmesi gerekmektedir. Virüslere gösterilen bağışıklık tepkisi hedef hücrelere gen ulaştırılmasını engellemekle kalmaz, hasta için ciddi komplikasyonlara yol açar. 1999’da, ilk gen terapi denemlerinden birinde, adenoviral bir vektör ile tedavi edilmekte olan Jesse Gelsinger bu yüzden ölmüştür.

Bazı viral vektörler, örneğin lentivirüsler, konak kromozomlardan birinde genomlarını rastgele konumlara sokarlar, bu durum hücresel genlerin işlevlerini bozup kansere yol açabilir. 2002’de yapılan, Ciddi Kombine İmmün Yetmezlik için retroviral gen terapi denemesinde, hastalardan ikisi tedavinin sonu olarak lösemi geliştirdiler. Adeno-ilişkili virüs-temelli vektörler bu bakımdan çok daha güvenilirdirler çünkü insan genomunda hep aynı konumda entegre olurlar.

Retrovirüsler ve lentivirüsler

Retrovirüsler gen terapisi uygulamalarının ana konularından biridir. Moloney mürin lösemi virüsü gibi rekombinant retrovirüsler, konak genomun içine stabil şekilde entegre olabilirler. Taşıdıkları ters transkriptaz bu virüslerin konak genom ile bütünleşmesini sağlar. Retroviral vektörler ikileşim-yeterli veya ikileşim-kusurlu olabilirler. İkileşim kusurlu vektörler deneysel çalışmalar için en yaygın seçenektir çünkü viral ikileşme ve paketleme için gerekli genler çıkarılmış veya başka genlerle değiştirilmiştir.

Retrovirüslerin başlıca sakıncası, transdüksiyon olabilmesi için hücrelerin aktif olarak bölünüyor olma gereksinimidir. Bunun sonucu olarak, nöron gibi hücreler retrovirüs enfeksiyonu ve transdüksiyonuna çok dirençlidir. Ayrıca, ensersiyon mutagenezi bir endişe konusudur, çünkü konak genomunun içine entegrasyon kansere yol açabilir.

Lentivirüsler retrovirülerin bir alt grubudur. Bölünmeyen hücrelerin genomlarına entegre olma özellikleri onları diğer retrovirüslerden farklı kılar. Virüs hücre içine girdikten sonra, RNA’dan oluşan viral genom ters transkripsiyona uğrayıp DNA üretir, bu da viral bir entegraz enzimi sayesinde genom içinde rastgele bir yere girer. Provirüs, hücresel genlerin işlevini bozabilir ve kanser gelişimine yol açan onkogenlerin aktivasyonuna yol açabilir, bu yüzden lentivirüslerin gen terapisi için uygulanmalarına çekince getirebilir. Ancak, lentivirüslerin kansere yol açabilecek yerlere entegre olma eğilimlerinin daha düşük olduğu bulunmuştur, gama-retroviral vektörlere kıyasla. Kansere eğilimli bir fare suşu üzerinde yapılan bir çalışmada lentiviral vektörlerin tümör insidansının artmasına veya tümörlerin daha erken belirmesine olmadığı bulunmuştur. Üstelik, klinik denemelerde, HIV tedavisi için lentiviral vektörle gen terapisi yapıldığında mutagenik veya onkolojik olaylara rastlanmamıştır.

Adenovirüsler ve adeno-ilişkili virüsler

Lentivirüslerden farklı olarak adenoviral DNA genoma içine entegre olmaz ve hücre bölünmesi sırasında ikileşmez. Bu özellik onların temel araştırmada kullanılmasını sınırlar ama adenoviral vektörler bazen in vitro deneylerde kullanılırlar. Bunların başlıca uygulaması gen terapisi ve aşılamadır. Adenovirüsler solunum yolu, sindirim yolu ve göz enfeksiyonlarına yol açar. İnsanlar genelde adenovirüslerle sık sık karşılaştıkları için bu virüsler hızla immün tepkilere yol açar, bunun da potansiyel olarak tehlikeli sonuçları olabilir. Bu problemin üstesinden gelmek için bilim insanları hâlen insanların bağışıklığı olmayan adenovirüsler üzerinde araştırmalarını sürdürmektedir.

Adeno-ilişkili virüs (AİV) insan ve bazı primat türlerini enfkte edebilen küçük bir virüstür. AİV’nin bir hastalığa neden olduğuna dair bir bilgi yoktur ve dolayısıyla çok mülayim bir immün tepkiye neden olur. AİV hem bölünebilen hem de bölünmeyen hücreleri enfkte edebilir ve genomunu konak hücre içine entegre edebilir. Bu özellikler AİV’yi gen terapisinde kullanılacak viral vektör üretimi için cip bir aday kılmaktadır.

Bu açıklama Vikipedi kaynaklarından uyarlanmıştır ve şu lisans altında sunulur: CC BY-SA 4.0.