Loading...

DNA çöllerinde RNA düşleri

*Dr. Uzay Sezen, Bitki Genom Haritalandırma Laboratuvarı, Georgia Üniversitesi

İnsanı biçimlendiren kalıtımsal özelliklerin evrimsel seyrini anlamamızı sağlayan İnsan Genom Projesi (İGP), 10 yaşında.

1990’da başlayan projenin ilk sonuçları 26 Haziran 2000’de yayınlandı. Bu tarihi proje 10 yıl içinde pek çok kalıtımsal hastalığın nedenini, insanlığın Afrika kıtasına kök salmış soyağacının 200 bin yılda nasıl dallanıp budaklandığını ve günümüz insanını biçimlendiren kalıtımsal özelliklerin evrimsel seyrini anlamamızı sağladı. Soyu tükenmiş Neandertal insanının kemiklerinden elde edilen bölük pörçük genom DNA’sını bütünleştirebilmeyi sağlayan da İGP. Kuşaktan kuşağa aktarılmalarına rağmen otizm, şizofreni, Alzheimer gibi Mendel kurallarına uymayan hastalıkların kalıtımsal temelini sorgulama gücünü de İGP’ye borçluyuz. 

İGP için düğmeye basıldığında insan genomunun 100 binden fazla geni olduğu sanılıyordu. Öyle ya, tek hücreli koli basilinin <i>(Escherichia coli)</i> bile 4 binin üzerinde geni vardı. Projenin ilk taslağının yayımlanmasıyla bilim dünyası büyük bir şaşkınlık yaşadı: İnsanın topu topu 24 bin geni vardı. Üstüne üstlük bu genler genomun en fazla yüzde ikisini oluşturuyordu. Genlerin “kromozom kıtaları üzerine yayılmış DNA çölleri içindeki vahalar” olduğu benzetmesi yapılmaya başladı. İlk bakışta kendini yüz binlerce kez yineleyen, işe yaramaz gibi görünen DNA dizilimlerine anlam ve işlev yükleyebilmek güçtü. Sonra, bir genin birden çok ürün (protein) kodlayabildiği anlaşıldı. Ardından araştırmacılar, ilgilerini vahalardan ayırıp çöl gibi görünen genom bölgelerine yönelttiler. Bu bölgelerin ayrıntılı dökümü çıkarıldıkça heyecan arttı. 

Genom çalışmalarının ilk aşamaları yoğun bir haritalandırma işleminden oluşur. Bulguları açıklarken kullanılan benzetmelerde yeryüzü biçimlerinden esinlenildiği görülebilir. Tıpkı Sahra’dan kalkan toz zerreciklerinin ayrı bir kıtada, tropikal Amazon ormanlarında yağmur yağdırması gibi, DNA çölünden üretilen binlerce kısacık RNA zincirinin hücre içinde dengeleyici ve yönlendirici görevler üstlendikleri yönünde sağlam ipuçları ortaya çıktı. Yakın zamana dek önemini kavrayamadığımız RNA zincirinin işlevlerini son dört yıldır laboratuvarlara giren yeni nesil dizilendirme teknolojisi yardımıyla öğrenmeye başladık. Böylece genom çalışmalarının üzerine RNA yazılımlarının incelendiği “transkriptom”, protein davranışının incelendiği “proteom”, hücre içi metabolizmasının işleyişini ele alan “metabolom”, insan bedeninde yaşayan tüm mikroorganizmaların genomlarının incelendiği “mikrobiom” gibi sonu “om” ile biten yeni araştırma konuları ortaya çıktı ve çıkmaya devam ediyor.  

Merkez dogma anlayışının çöküşü ve RNA’nın yükselişi
Geçen yüzyılın ikinci yarısında DNA bileşiğinin kimyasal yapısının çözülmesiyle, taşınan bilginin hücre tarafından nasıl kullanıldığı merak konusu oldu. DNA bilgisini proteine taşıyan bir başka bileşiğin varlığı 1940’lardan beri varsayımsal olarak biliniyordu. 1950’lerde gerçekleştirdikleri deneylerle Jacques Monod (1910-1976), François Jacob (1920- ) ve André Lwoff (1902-1994) bilgi iletimini sağlayan “muhabir RNA” (mRNA) bileşiğinin doğasını açığa çıkararak 1965‘te Nobel ödülünü aldılar. Heyhat, RNA bileşiğini İGP’nin getirdiği bilgi birikiminin ufkumuzu genişletmesine dek takdir edemedik. Bu durumun nedenlerinden biri, tek zincir yapılı RNA’nın çifte sarmal yapılı DNA’ya göre daha zayıf ve kararsız olmasından kaynaklanıyordu. Diğeri, DNA, RNA ve protein ilişkisinin biyolojinin merkez dogması olarak bilinen çizgisel, belirli ve tek yönlü olduğu görüşünün sonucuydu: DNA’dan RNA üretilir ve RNA da proteini üretir.

1983’te Nobel ödülüne kavuşan Barbara McClintock (1902-1992) merkez dogmayı bilimsel olarak sorgulayan en baskın kişiliklerden biridir. Bugün “sıçrayan genler” olarak bilinen transpozon birimlerini mısır bitkisinde 1951’de bilim topluluğuna tanıttığında döneme egemen olan merkez dogma anlayışı ile büyük çatışma içine girdi. McClintock, bir çeşit genom paraziti olan bu birimlerin davranışının çizgisel ve tek yönlü olmadığını gösterdi. İGP yıllar sonra DNA çölünün kumlarının büyük oranda transpozonlardan oluştuğunu doğrulayacaktı. İnsan genomunun yüzde 30’u milyonlarca yıl boyunca genom içinde sıçrarken uğradığı değişinimler (mutasyonlar) sonucunda kopyalama yeteneğini kaybetmiş, bir anlamda “fosilleşmiş” transpozonlardan oluşuyor. 

İGP’nin 24 bin geni içeren ilk sonuçlarının odağı, canlılığı merkez dogma doğrultusunda gören bilim topluluğunun genomu bir an önce “et ve kemiğe” büründürme hevesinden kaynaklanıyordu. 2003’te başlayan ENCODE (Kodlamayan DNA Birimlerinin Ansiklopedisi) projesi, insan genomu içindeki tüm işlevsel birimlerin dökümünü çıkarmayı amaçlıyordu. 2007’de genom çölünün yüzde birlik bölümünün ayrıntılı incelemesi yayımlandı. Bu yeni bölgeler genlerin yazılımını (mRNA üretimi) düzenleyen birimlerin yanısıra, kromozomların yapısal bütünlüğünü sağlayan ve hücre bölünmesi sırasında kromozomların kopyalanmasına aracılık eden birimleri içeriyordu. Bulgular yine şapka çıkartıcı nitelikteydi. Genomun birbirinden bağımsız ve düzen içindeki genlerden oluştuğu görüşü (merkez dogma) yerini bu genlerin birbiriyle çok karmaşık bir ilişki içinde olduğu, genlerin davranışını düzenleyen birimlerin çok büyük oranda birbiriyle örtüşen bir ağ yapı oluşturduğu görüşüne bıraktı. 

İGP’nin ardından gelen bireşim
Bugün RNA, DNA’yı aratmayacak muhteşem özellikleriyle keşfedilmeyi bekliyor. İGP öncesinde RNA’nın yalnızca mesaj taşıyan ve kullanıldıktan sonra bir kenara atılan aracı bir bileşik olduğu düşünülüyordu. DNA gibi bilgi taşıyabilen bu bileşiğin, çevik bir çoban köpeği gibi hücre içindeki protein sürülerini güdebildiğini, virüslere karşı koyarken aynı zamanda sıçrayan genlere karşı genomu savunabildiğini İGP’nin açılımları sayesinde artık biliyoruz. Dahası RNA, genlerin etkinliğini çevresel koşullara göre düzenleyebilen, gerekirse tümüyle susturabilen, kendi kendisini enzimlere gerek duymadan kesip biçebilen oldukça becerikli bir bileşik. Sonuç: Yeryüzündeki yaşamın başlangıcında RNA bileşiğinin merkezi bir rol oynadığını öne süren “RNA dünyası” varsayımı kuramlaşma yolunda ilerliyor. 

Geçen yüzyılda DNA’nın getirdiği heyecan dalgasının yerini şimdilerde RNA almış durumda. Bir dağı iki yanından kazan tünelcilerin ortada buluşmasına benzer biçimde, DNA temelinde yapay canlılığı araştıranlarla RNA temelinde yaşamın nasıl başladığını araştıranlar birbirlerine yakınlaşıyor. 20 Mayıs’ta duyurulan, ilk yapay genom taşıyan hücre haberini (*), yeryüzünde canlılığın ortaya çıkışını açıklayan en ilkel yaşam biçiminin yapay RNA yardımıyla oluşturulduğu haberinin izlemesi yakındır. Ünlü fizikçi Richard Feynman’ın (1918-1988) “inşa edemediğim bir şeyi anlayamam” sözünün ilk yapay canlının genomuna protein alfabesiyle yazılması, İGP sonrası bireşimin insanlık tarihindeki önemini vurgulamada anlamlıdır. 

(*) http://www.ted.com/talks/lang/tur/craig_venter_unveils_synthetic_life.html

*NTV Bilim'in Ağustos 2010 sayısında yayınlanmıştır.

Site çalışkanının notu: Yapay genom taşıyan hücre araştırmasını okurken ve izlerken, 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. Bilimsel bilgi tüm insanlığın süregelen uğraşları sonucu oluşmuştur ve tüm insanlığa aittir.