Scientia, Fortitudo et Virtus (Bilgi, Cesaret ve Fazilet)
İnsan Genom Projesi etiketine sahip kayıtlar gösteriliyor. Tüm kayıtları göster
İnsan Genom Projesi etiketine sahip kayıtlar gösteriliyor. Tüm kayıtları göster

29 Mart 2016

İlk Yapay (Sentetik) Hücre: Tanrının Rolünü Oynamak mı?

Hiç sanmıyorum... Neden mi?

Buna birazdan döneceğim. Ancak, bu çalışmayı rapor eden grup hakkında önce biraz tarihçeye...

J. Graig Venter (JCV) bir biyolog ve aynı zamanda zengin bir iş adamı. O kadar zengin ki, kendi adına Maryland ve California'da iki araştırma enstitüsü (JCVI) ve Nobel Ödülü almış bir bilim adamını da içinde bulunduran 400'ün üzerinde çalışanı var.

Resim: (soldan sağa) J. Craig Venter. Hamilton O. Smith (Nobel Ödüllü), Dan Gibson, Lijie Sun, John Glass, Krishna Kannan, John Gill, and Clyde A. Hutchison III, . (Resim: J. Craig Venter Institute)

JCV ve grubunu aynı zamanda insan genom projesinden tanıyoruz. Bu konudaki bir yazımı burada okuyabilirsiniz.

Aynı grup 2010 yılında kimyasal olarak sentezlenmiş tüm bir bakteri (Mycoplasma mycoides) genomunu, genomu çıkarılmış boş bir bakteri (Mycoplasma capricolum) hücresine aktardıklarını rapor etmişti. Yeni oluşturdukları bu bakteriye "JCVI-syn1.0" adını veren grup, makalelerine cüretkar bir başlık atmışlardı: "ilk sentetik bakteri yaratıldı" (Science, 2010). (genom= hücredeki tüm DNA)

Aynı grup geçen hafta içinde minimum sayıda genle yaşamını devam ettirebilen ilk yapay bakteri genomunu "tasarlayıp sentezlediklerini" bildirdi (Science, 25 Mart 2106). Bu bakteriye de "JCVI-syn3.0" adını verdiklerini görüyoruz.

Grubun 2010'da kullandıkları provokatif "yaratmak" terimini, haklı bilimsel tepkiler sonucu yeni çalışmalarında "sentez" olarak yumuşattığını görüyoruz.

Neyse. konumuza dönelim.

Bakteri hücresi "yaratıldığı!" için bakteriden başlayalım...

Bakteri tek bir hücreden oluşur, fakat aynı zamanda bizim gibi trilyonlarca hücreden oluşan bir canlı gibi yer, içer, davranır. Yani, kısaca bir bakteri hem tek bir hücredir hem de bir organizmadır.

Bitki ve hayvanlara göre bakteriler çok daha basit organizmalardır. Yaşamak ve çoğalmak için de daha az şeye ihtiyaç duyarlar. Genomları küçük ve binden az geni olanları vardır. 

Grubun, 2010’da referans aldığı ve genomunu sentetik olarak kurduğu bakteri, genomu en küçük (yaklaşık 1 milyon harf) bakterilerdendi.

Bir karşılaştırma yaparsak: bir insan hücresinde yaklaşık 20 bin, tipik bir bakteri olan E. coli’de yaklaşık 5 bin gen (protein kodlayan) var. Genin ne olduğunu daha önce burada yazmıştım.

Grubun geçen hafta içinde rapor ettiği yapay bakteri (Syn3.0) “minimal” bir bakteri. Bu bakteri grubun daha önce oluşturduğu sentetik 516 gene sahip Syn2.0 bakterisinden 43 genin daha çıkarılması ile elde edildi. 

Resim:15 bin kez büyütülmüş EJCVI-Syn 3.0 hücrelerinin elektonmikrografı. 

Syn3.0 başka bir hücreye ihtiyaç duymadan tek başına serbest yaşayabilen genomu en küçük bakteri olmaya aday. Bu yapay bakteride sadece 473 gen var. Bunların 324’ü (3’te 2’si) hücrenin sadece yaşamını devam ettirmesi ile ilgili, diğer 149 genin ise foksiyonu tam bilinmiyor.

Bu sentetik bakteriden daha az gene sahip doğal bakteriler var. Ancak, bunlar serbest yaşayamıyor. Bir hücrenin içinde parazit gibi yaşamaya mahkumlar. 

Az sayıda gen bakımından rekor ise böcek hücreleri içinde yaşayan Nasuia. Bu bakterinin sadece 137 geni var.

Çalışmanın şunu gösterdiği ileri sürülüyor: Tüm canlılarda genlerin çoğu ihmal edilebilir. Yani bu genler aksesuar işlevi görüyor. Bunlar olsa da olmasa da canlı (veya hücre) yaşamını devam ettirebilir.

Peki böyle bir çalışmanın amacı ne? Para! Bir ürünü maksimum yapmak.

Şöyle bir düşünün. Hücrede 5000 gen olsun ve bu genleri kullanarak hücre 100 adet çeşitli endüstrilerde kullanımı olan ürün üretsin. Ancak, bu 100 ürün arasından sadece bir tanesi özel bir hastalık için ilaç ve siz sadece onu üretmek istiyorsunuz. Diğer tüm genleri kapatır, hücreyi rezervlerini bu ilaç için kullanmasını sağlarsanız istediğiniz ürünü 100 kat fazla elde edersiniz.

Sorulacak sorular ise, bu ihmal edilebilir genleri çıkarıp atarsanız canlının ne tür badirelerle karşılaşacağı. Özellikle bizim gibi karmaşık yapılı ve eşeyli üreme yapan canlılarda üreme sorunlarından tutun zekâ seviyesine ve sayısız hastalıklara kadar bir ton sorunla karşılaşılmayacağını kim garanti edebilir?

İnsan eli ile yapılmış hilkat garibesi canlıların uzun vadede dünyamızdaki doğal dengeleri nasıl etkileyebileceği etraflıca düşünülmediği görülüyor. Daha doğrusu, “ben para kazanayım da, benden sonrası tufan” mantığı…

Sadede, yani “yaratma”ya gelince…

Craig Venter ve ekibinin yarattığı aslında hiç bir şey yok. Olsa olsa bir Legonun parçaları ile yeni bir araç yapmışlar. Kullandıkları tüm malzeme (enzimler, vs) ve Legolar (DNA ve yapıtaşları) ise doğadan. Yani var olandan alınma.

Kısaca, “yaratma” kastini aşan bir ifade olurdu ve bu nedenledir ki ilk çalışmalarında kullandıkları bu kelimeyi, yeni çalışmada kullanmamışlar.

Hem bilimsel hem de dinsel olarak isabet etmişler.

20 Şubat 2016

İnsan Genetik Alfabesinin (Genom Dizisinin) Belirlenmesinin 15. Yaş Günü

İnsan Genomunun taslak dizisi 15 yıl önce, tamamı da 2003 yılında (yani 13 yıl önce) yayımlandı. Peki, kimine göre “yüzü astarından pahalıya mal olan” bu proje, parasına (3.3 miyar dolar) değdi mi?  

Bence değdi. Neden mi? 

Bir kere, para kâğıttan yapılmış. Öyle veya böyle harcanacak. Çoğu zaman da gereksiz yerlere. Ancak, bu projeye harcanan para en azından insanoğlunun merakını az da olsa bazı konularda giderdi. Buna yazımın sonunda değineceğim. 

Ancak 15. yılını kutladığımız İnsan Genom Projesinin ilk taslağı hakkında biraz tarihçeye girelim: 1980’lerin sonunda insan genom dizisinin belirlenmesi fikri ortaya atıldı. Fakat, birçok bilim adamı insan genomunun çoğunun “bir işlevi olmayan çöp DNA’dan meydana geldiğini” ileri sürerek, böyle bir projenin anlamsız olacağını savundu. Kaldı ki, sadece 10 insanın genom dizisi çıkarılacaktı ve bu bütün insanları nasıl temsil edecekti!

Buna rağmen, o zamanki teknoloji ile milyarlarca dolara mal olacak bu projenin başlatılmasına karar verildi.

Kimine göre, çoğu "çöp DNA” olsa bile, genomumuzda bu çöp DNA’nın orada ne iş yaptığının belirlenmesi bile bu projenin yapılması için yeterli sebepti. 

İnsan genomunu yapan harflerin belirlenmesi (biyologlar buna “genom dizisi” diyorlar) için 1990’ların başında iki farklı proje başlatıldı. 

(Kitaplık: Wellcome Trust İnsan Genom Dizisi arşivi. Toplam 4 harften (A,T,G,C) oluşan haploid genomumuzdaki (yani 23 kromozomdaki) harflerin sayısı ve dizilişi kataloglanmıştır. Örnek: en büyük kromozom 1. kromozomumuzdur. Dolayısı ile bu kromozomda harf sayısı ile her biri 1000 sayfa olan 9 cilt kitap dolmuştur).

İlki Amerika Birleşik Devletleri önderliğinde ve birkaç başka ülkenin dâhil olduğu kısa adı IGHP olan “devletler projesi”, diğer ise zengin bir biyolog olan Craig Venter’in şirketi tarafından başlatılan proje. 

Uluslararası İnsan Genom Projesi (IGHP), insan genomunun taslak dizisini Nature dergisinin 15 Ocak 2001 sayısında, özel bir kuruluş olan Celera Genomics ise kendi taslak dizisini bir gün sonra Science dergisinin 16, Şubat 2001 sayısında yayımladı. 

IGHP, beklendiği gibi insan genomunun %50’sinin tekrarlanmış dizilerden oluştuğunun rapor etti. Bu tekrarlanmış düzlerin %90’ı ise “sıçrayıcı” ya da diğer adı ile “hareketli” diziler olarak bilinen “transpozonlar”dan oluştuğu belirlendi. Makalelerinin 11 sayfasını bu tekrar dizileri ve onların evrimini anlatmaya ayırdılar. 

Çöp veya atık olarak bilinen bu yavan dizilerin esas olarak biyolojik olgu için bize çok şey ifade ettikleri ve paleontolojik olarak birçok ilginç olayı barındırdıkları bilim adamları tarafından zaten daha önce bilinmekte idi. 

İşin maliyetine gelince: gerçekten de yukarıda bahsettiğim taslakların ortaya çıkarılması için 3.3 milyar dolar kadar bir para harcandı. Genomumuzun (haploid yani annemizden ya da babamızdan gelen 23 kromozom) yaklaşık 3.3 milyar baz çiftinden oluştuğu biliniyor. 

Bu, şu anlama geliyor: her genetik harfimizin belirlenmesi için 1 dolar harcandı. Her halükarda büyük para! Bu nedenle, insan genom projesi birçok bilim adamı tarafından tepki aldı. 

Bu projenin ortaya koyduğu en önemli bulgulardan biri, gen sayımızla ilgili idi. Tüm canlılar âleminin en karmaşığı olarak düşünülen insanın, gen sayısı bakımından hiç de o kadar üstün olmadığı görüldü. Yaklaşık 25 bin genimiz vardı. Bu sayı basit bir toprak kurçuğunun (Caenorhabditis elegans) gen sayısından çok da fazla değildi. Hatta bir su piresi (dafnia) taşıdığı yaklaşık 30,000 genle bizden daha fazla gene sahipti. 

İnsan genomunda kaç gen bulunduğunu ve genin tarifini burada yazmıştım. Tekrar üzerinde durmayacağım. 

Tabi projenin bu en önemli bulgusu yine tepkilere neden oldu. Çünkü eğer insan genomu büyük oranda anlamsız veya çöp dediğimiz dizilerden oluşuyorsa, zaten gen sayısının da çok olmaması gerekirdi. Basit bir matematik hesap bunu ortaya koyabilirdi. 

Peki insanda bir çok hayvana (hatta bitkilere) nazaran az sayıda genin olduğunun keşfedilmesi, insanoğlunun büyüklük egosuna büyük bir darbe mi vuracaktı? Hayır… 

Farklılığımız başka bir yerde idi. Henüz sayısını bilmediğimiz protein çeşitlerinde. 

İnsanın diğer canlılara göre çok daha zengin bir protein profiline sahip olduğu düşünülmekte. Fakat bir sorun var. Genler proteinleri kodluyorsa, az sayıdaki genle nasıl böyle zengin bir protein çeşitliliğine sahip oluyoruz? Bu konuda ifade edilen dizilerin karması, alternatif ifade gibi bazı deliller bulunsa da, bunu anlamaktan şu anda çok uzağız. 

Her ne ise… İnsan Genom Projesi ve öncesi hakkında kronolojik bir açıklama aşağıdaki resimde yapılmıştır ve bu konu üzerinde daha fazla durmadan esas konumuz olan bu projenin sonuçlarına gelelim…
(Büyütmek veya indirmek için resmin üzerini tıklayınız)
Bu projenin sonuçlarını kullanan daha sonraki çalışmalarla bugün yaklaşık 2000 hastalığı gen seviyesinde biliyoruz ve çoğunu genetik testlerle belirleyebiliyoruz. 

Proje sayesinde günümüzde genom dizileme araçları gelişti ve değişti ve bir genomun dizisi neredeyse bugün 1 milyon kat daha ucuza mal olmakta (3300 dolar/genom). 

Yani, tüm genomunuzun dizisini belirlemek istiyorsanız, bunu damağınızdan kulak pamuğu ile alacağınız örnekten  yaklaşık 3000 dolar vererek yapabilirsiniz. Bu rakamın önümüzdeki birkaç yıl içinde 1000 dolar civarlarına düşeceği tahmin ediliyor. 

Bu meblağ bile sizin bütçenizi aşıyorsa, 300 TL (100 dolar) vererek genetik orijininizi (daha çok Asyalı mı, Avrupalı mı yoksa Afrikalı mısınız? Ya da hepsinin belli oranlardaki karışımı mı olduğunuzu) belirleyebilirsiniz. 

Önümüzdeki dönemde genomumuzun bilinmeyenlerine doğru yolculuğumuz son sürat devam edecektir. İnsan genom çeşitliliğini konu olan 2015 yılında biten benzer bir projede dünyanın 26 değişik toplumundan (ırklarından) 2500 bireyin genomu dizilendi. Referans insan genomu ile kıyaslandığında, bu 2500 kişinin genomu kişiden kişiye farklılık gösterse de 4 ila 5 milyon bölgede farklar olduğu görüldü. Bu farklar bizi biz yapan farklar. 

Bundan 5 yıl önce, yani insan genom dizisi belirlendikten 10 yıl sonra, değişik canlı türleri için dizilen genomların sayısı aşağıdaki resimde verilmiştir. Teknolojinin gelişmesi ve ucuzlaması ile bu konuda tam bir patlama yaşandığı görülecektir.
(Büyütmek veya indirmek için resmin üzerini tıklayınız)
Ancak, genomik çalışmalar sonucu ortaya konan bu kadar bilgi ve bulgunun anlamlandırılması (mana) gerekiyor. Bunun için, makineler değil insanların beyin gücüne daha çok ihtiyaç olacaktır.

16 Kasım 2015

Bağırsağımız Beynimizdir!

Son çalışmalar, bağırsak floramızın (bağırsaklarımızda yaşayan bakteri, virüs vd mikroorganizmalar) kişiliğimizi şekillendirme konusunda büyük pay sahibi olduğunu ortaya koymaktadır. Hatta bu görüşün en ileri haline göre, bizler bağırsaklarımızda yaşayan bu mikropların kölesiyiz: onalar bize neyi emrediyorsa onu düşünüyor ve yapıyoruz.

Örneğin, obezite, şeker hastalığı, kanser ve hatta günlük moralimizde bile bağırsaklarımızda yaşayan bu görünmeyen ortaklarımızın rollerinin olduğu düşünülmektedir. Her ne kadar bize görünmezlerse de, vücudumuzdaki bu küçük misafirlerinin kendi hücrelerimizin 10 katı olduğu saptanmıştır (ergin bir vucutta 200 trilyon hücre, 2 katirliyon mikrop bulunduğu hesaplanmaktadır). Dolayısı ile, bazılarına göre vücdümuzun esas ev sahipleri mikroplar, azınlık olan kendi hücrelerimiz ise misafir konumundadır.

Biyokimya konusunda çalışanlar bilirler. Vücudumuzun sağlıklı olması ve devam etmesi için gerekli 20 amino asitten (proteinlerin yapı taşları) ancak yarısını yapabiliyoruz. Vitaminlerin ise hiçbirini yapamayız. Dolayısı ile bu amino asit ve vitaminleri bağırsaklarımızda yaşayan bu faydalı mikroplar yapıp bize sunarlar ya da bunları dışarıdan besinle almamız gerekir. Dolayısı ile sağlıklı bir yaşam için, sağlıklı bir bağırsak florasına sahip olmak gerekir. Hafif bir soğuk algınlığı için hemen antibiyotiklere sarılıp, avuç avuç ilaç almak ve az sayıda raydan çıkmış kötü mikrop için bu faydalı mikropları da vücudumuzdan süpürüp atmak ileride bize pahalıya mal olabilir.

Günümüzde, sağlıklı insanların bağırsak florasındaki faydalı mikropları hasta insanlara nakleden tedaviler bile ortaya çıkmıştır. Probiyotik yoğurtları veya hapları tüketmemizin esas sebebi de bağırsak floramızı tekrar düzeltmektir.

Yazımın başlığı olan "Bağırsağımız Beynimizdir!"e gelince. Gerçekte, bazı virüsler hariç hiç bir mikrop kan-beyin bariyerini geçmez ve doğrudan beyinle temasa gelmezler. Ancak, bağırsaklarımızda yaşayan bu mikropların ürettiği maddeler kanla taşınarak beynimize gelir ve gelen maddenin çeşidine göre beynimizi, düşüncemizi, zekamızı, hafızamızı, hasılı sağlığımızı iyi veya kötü yönde etkiler.

Öreneğin, serotonin, dopa, dopamin gibi hormonların mutluluk, canlılık ve güçlü bir hafıza oluşmasında önemli rolleri var ve bunların iki ünemli üretim yeri var: beyin ve bağırsak. Bağırsak floramız tarafından da yapılan bu şuur şekillendiriciler kana verilir ve beynimize gelir ve orada etkilerini gösterirler. Yani kısaca sağlıklı bir bağırsak florasına sahip ol, mutlu ol.

Bu konuda sayısız örnekten biri de bu mikroplar tarafından "bütirat" yapılmasıdır.  Bir çeşit yağ asiti olan bütirat sinir hücreleri arasındaki bağlantıyı güçlendirerek, kan-beyin bariyerini kuvvetlendirerek sağlıklı bir sinyal transferi sağlar.

Kötü mikropların ise benzer şekilde yatıkları olumsuz ürünlerle agresiflikten tutun, olağan dışı her tür davaranışımızda rolleri olduğu sanılmaktadır.

İnsan Mikrobiom Projesi, genom projesi gibi insanın bağırsak sisteminde (mide dahil) bulunan tüm mikropların genomlarının aydınlatılmasını hedef alıyor. Ancak, "İnsan Genom Projesi"ne kıyasla, "İnsan Mikrobiom Projesi" çok daha zor görünüyor. İnsan Genom Projesinin sonuçları bizlerin genom seviyesinde %99.99 benzer olduğumuzu ortaya koydu. Ancak, mikroplarımızla biri birimize o kadar da benzemiyoruz. Diğer bir deyimle, kimsenin bağırsağındaki mikroplar kimseninkine benzemiyor!!!

Dolayısı ile sormadan edemiyor insan. Acaba fiziki ve davranışsal karakterlerimiz genlerimizden çok mikroplarımızla mı belirleniyor?