Loading...

Yapay Genomun Kısa Öyküsü

*Dr. Betül Kacar Arslan, Georgia Teknoloji Enstitusu, doktora sonrası araştırmacı

Geçtiğimiz ay J. Craig Venter Enstitüsü tarafından açıklanan, tamamen yapay olarak sentezlenmiş bir genom tarafından kontrol edilen ilk bakteri hücresi olan Synthia geleceğimizi değiştirebilir.

J. Craig Venter Enstitüsü 15 yılı aşkın süredir sentetik biyoloji alanında çalışıyor. Enstitü başkanı Dr. Craig Venter’ i bu sene onuncu yıldönümünü kutladığımız “ İnsan Genomu Projesi”nden tanıyoruz. Venter’ın işe genomlardan başlaması şaşırtıcı değil. Çünkü genomlar canlıları tanımlayan, hücrenin sahip olduğu kalıtsal bilgileri taşıyan yönetici yapılardir. Hücrelerimize ait bütün bilgiler,genom üzerine dizili genler tarafından kodlanir. Bu bağlamda genomu, bir rosetta taşına benzetebiliriz. Oyle ki, üzerinde bulunan gizemli kodlar hücreler tarafından manalı bir dile çevrilerek organizmanın kendi varlığını sürdürebilmesi için gerekli şekilde kullanılır. Dolayısıyla, bir bilgisayara girilen ve çıktısı alınan kodlar gibi işleyen hücrelerimize, sahip olmalarını istediğimiz kodlari genomları aracılığı ile girerek,istediğimiz sonucu elde etmemiz teorik olarak mümkün.

Synthia ile Tanışalım

Venter’ın Synthia adını verdiği ve yapay genomla varlığını sürdüren bakteri bu bağlamda büyük önem taşıyor. Eğer hücreler girdi/çıktı algoritması ile işlevlerini sürdürüyorsa, neden hücrenin kodlarını bir bakıma “hack”leyerek, istediğimiz reaksiyonları yürütecek bir organizmaya sahip olmayalım? Heyecan verici olduğu kadar ürkütücü olan yöntem, sınırların hayal gücü tarafından belirleneceği yapay yaşamın kapılarını açıyor.

15 sene önce “Genetik bilgiyi taşıyan DNA parçalarını nasıl birleştirip genom haline getirebiliriz? Bu materyali bir organizmadan diğer organizmaya nasıl aktarabiliriz?” sorularına cevap bulmak isteyen Venter, işe M. mycoides bakterisine ait, doğruluğundan emin olunan bir genom dizisi ile başladı. 1.080 baz çifti uzunluğunda, birbirleriyle örtüşebilen 1.078 DNA parçasını sentezleyen ekip üç aşamalı bir strateji belirledi. İlk aşamada 10 kaset kullanılarak 110 adet 10.000 baz çifti sentezlendi. İkinci aşamada bu 10.000 baz çiftlerinden 10’ar adet alınarak 11 adet 200.000 baz çifti uzunluğunda DNA parçası oluşturuldu. Son aşamadaysa 11 DNA parçası bir araya getirilerek maya hücrelerine aktarıldı. Bu şekilde maya hücresi, yapay bir genoma sahip oldu.

Daha sonra bakteri genomu taşıyan maya hücrelerinden izole edilen yapay genom, bu kez de M. capriculum adındaki alıcı bakteri hücresine aktarıldı. Bakteri, bu yapay genom üzerinde kodlu proteinleri üretmeye başladı. Sentetik genoma “JCVI buradaydi” filigran ibaresini yerleştiren araştırmacılar, iki günün sonunda sadece sentetik DNA taşıyan bakterilerin büyüdüğünü gözlemledi. Burada önemli nokta, genomu değiştirilen bakterinin davranışsal özelliklerinin de tamamen değişmesi. Şimdiye kadar kuramsal olarak bilinen genotipik özelliklerin fenotipik özelliklere etkisi, bu şekilde kanıtlanmış oldu.

------------------------------------------------------
2007
Mycoplasma mycoides bakterisinin genomu, Mycoplasma capricolum’a nakledildi. 

Neden önemli?
DNA’nın yazılım gibi çalıştığı ve hücrenin fenotip özelliklerini belirlediği gösterilmiş oldu.

2008
Mycoplasma genitalium JCVI-1.0 genomu kimyasal olarak sentezlendi ve maya hücrelerine klonlandı.

Neden önemli? 
Organizmalara ait genomların laboratuvar ortamında elde edilebileceği, başka organizmalara aktarılabileceği gösterildi.

2009
Maya hücresine ait modifiye edilmiş genom, bakteri hücrelerine aktarıldı.

Neden önemli? 
Bir canlıdan diğerine DNA aktarımı yapılabileceği bir kez daha kanıtlandı.

2010
Mycoplasma mycoides JCVI-syn1.0 genomu yapay olarak sentezlenip Mycoplasma capricolum hücresine aktarılarak kendi kendini yenileyebilen yeni bir bakteri oluşturuldu. 

Neden önemli? 
Bu calışma, kendini yenileyebilen yapay genomların alıcı hücreye aktarılıp yaşatılabileceğini gösteren ilk örnek. Bu şekilde, istediğimiz türde genom tasarlayıp, istediğimiz etkileşimleri gösteren bir organizmayı laboratuvar ortamında oluşturmak mümkün.
------------------------------------------------------

En Uzun Yoldaki İlk Adım   

Hücredeki bilgileri taşıyan, kısacası hücreyi hücre yapan genomu yapay olarak sentezleyerek, birbirinden farklı organizmalara aktarmak Venter’ın çalışmasındaki başarılardan sadece biri. Sentezlenen genom, aslında doğada var olan bir bakteriye ait. 
Bu araştırmadan elde edilenlerin çok daha ayrıntılı çalışılacağı ve farklı alanlarda uygulanacağına şüphe yok. 

Venter, işin en zor kısmı atlatmış ve bir yöntem oturtmuş durumda. Artık istediğimiz bir organizmanın milyonlarca büyüklükteki genomunu kimyasal olarak sentezleyebiliyor ve başka bir organizmaya aktarabiliyoruz. Canlıları “kendi kendini kopyalayabilen sistemler” olarak tanımlayan bilim, artık kendisine aktarılan herhangi bir genomu kopyalayarak fonksiyonunu sürdürebilen canlıları oluşturma noktasına geldiyse, bundan sonra sorulacak soru “ne tür bir genoma ve ne tür özelliklere sahip bir canlı yaratmak istiyoruz?” olacak.

Yapay Devrime Doğru

19. yüzyılın başında deney tüpünde kimyasal reaksiyon gerçekleştirmenin etik boyutları tartışılıyordu. Aynı yüzyılda Wöhler, amonyum siyanat kimyasalından üre sentezleyerek organik kimyayı sihir olmaktan çıkarmış, bir bilim dalına dönüştürmüştü. 

21. yüzyılın başında, benzer bir kırılma noktası olan yapay DNA var karşımızda. Henüz elli sene önce tanımlanan DNA’dan günümüze çok yol aldık. Sentetik DNA ile oluşturulan yapay organizmalar bu yoldaki bir dönüm noktasıdır. Yapay hayatın etik boyutu, çoğu insanın kafasını kurcalıyor. Modern fiziğin gelişimini atom bombasıyla taçlandıran bir geçmişe sahip insanlık için bu korkular yersiz değil. İnsanlığın sonunu getirecek bir başka ırkın üretileceğini düşünüp endişelenmek için henüz erkense de, yapay olarak tasarlanabilecek organizmaların uzun vadede sağlayacağı katkılar göz önüne alınırsa bunun devrimsel bir buluş olduğu ortada. Yapay canlılar, ilk aşamada biyoyakıtlarda, çevresel kirleticilerin ve atık suların bakteriler tarafından temizlenmesinde ve 24 saatten kısa sürede aşı hazırlanmasında kullanılabilir. Kanser gibi çok çeşitli ve yaygın bir hastalığa bir çözüm getirememiş olmamızın sebebi hücrelerde neler  olduğunu henüz tam olarak bilmiyor olmamız ise, kendi ellerimizle hazırladığımız, bir nevi ciğerini bildiğimiz bir hücrenin içerisinde olup bitenleri test etmek kanser tedavisi araştırmaları için yararlı olmayacak mıdır? Sentetik olarak kanserli bir organizma yaratıp, organizma içerisinde neler meydana geldiğini daha iyi gözlemlemek bizler için artık hayal değil. Insanoğlunun keşfetme ve öğrenme arzusu sayesinde sentetik biyoloji, diğer bütün bilim dalları gibi bilim kurgu ile gercek arasindaki farkı azaltıyorken bizlerin de şunu hiç bir zaman unutmaması gerekir: bilim en başta insanlık için vardır. 

------------------------------------------------------
Beş maddede yapay genom

1) Tasarım
Hazırda var olan bir genomun DNA dizilimleri elde edilir. Yapay genomun sahip olması istenen özellikler tasarlanır.

2) Sentez
Başka bir genom taslak olarak kullanılarak sentez gerçekleştirilir. Milyon baz çiftinden oluşan genom parçalara ayrılarak sentezlenir. 

3) Yapım  ve Aktarım
Kendisini kopyalayabilen canlı hücreler, cansız hücrelerden ayrıştırılır. DNA rekombinasyon teknolojisi kullanılarak yapay genom hedef organizmaya aktarılır.

4) Onay
Aktarımın gerçekleşip gerçekleşmediği test edilirken birinci basamakta yapay genoma yerleştirilen özgün dizilimler incelenir. Genom dizilimi, “genom sıralayıcı” cihazlarla onaylanır.

5) Tanım
Kendi kendini kopyalayıp coğalabilen bu yeni organizmanın özellikleri tanımlanır; hücre kullanıma hazırdır.

Kaynaklar:

C. Lartigue et al. Genome transplantation in bacteria: changing one species to another.Science, 2007 317(5838):632-8

D. Gibson et al. Complete chemical synthesis, assembly, and cloning of a Mycoplasma genitalium genome.
Science, 2008 319(5867):1215-2

C. Lartigue et al. Creating bacterial strains from genomes that have been cloned and engineered in yeast. Science, 2009 25;325(5948):1693-6

D. Gibson et al. Creation of a Bacterial Cell Controlled by a Chemically Synthesized Genome.Science Express, 2010

*NTV Bilim'in Temmuz 2010 sayısında yayınlanmıştır.

Site çalışkanının notu: Yapay genom taşıyan hücre araştırmasını okurken, bu konunun bir tarafında da yaşamın patentlenmesi arayışları olduğu atlanmamalıdır. Mehmet Somel ve Tutku Aykanat NTV Bilim'deki yazısından bir bölüm aktrararak bitirelim. "Craig Venter'in Celera Genomics şirketi 1990'ların sonunda insan genomunu dizilemek ve patentlemek için üniversitelerle yarışa girdi, ancak akademinin insan genomunu daha erken yayımlaması ve dönemin ABD başkanı Bill Clinton'ın DNA dizisinin patentlenemeyeceğini söylemesi üzerine, şirket hak iddialarını geri çekti. Craig Venter şu sıralar genomu laboratuvarda birleştirilmiş ilk canlı olan Mycobacterium laboratorium'un patentini almak için uğraşırken konuyu yeni bir boyuta taşıdı. Şirketler sadece genler üzerinde değil, canlılar üzerinde de hak iddia eder oldular. Oysa bilimsel bilginin üretimi ne bir kişinin tek başına sahiplenebileceği, ne de belli bir ulus ya da zümrenin hak iddia edebileceği bir uğraştır. Bİlimsel bilgi tüm insanlığın süregelen uğraşları sonucu oluşmuştur ve tüm insanlığa aittir.