Scientia, Fortitudo et Virtus (Bilgi, Cesaret ve Fazilet)
insandaki gen sayısı etiketine sahip kayıtlar gösteriliyor. Tüm kayıtları göster
insandaki gen sayısı 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.

15 Kasım 2015

Bilim Dünyasında Büyük Çatlak ve Çatışma: ENCODE Genom Sonuçları

Amerikan Ulusal Genom Araştırma Enstitüsü (NHGRI) tarafından desteklenen ve 2003'te başlatılan ENCODE Projesinin amacı, insan genom projesinden elde edilen bulguları da kullanarak, insan genomunun aktif tüm elementlerini ortaya koymak olarak verilebilir. Bu aktif elementler sadece protein kodlayan genlerle sınırlı olmayıp, aynı zamanda her çeşit RNA (ribozomlar RNAlar, kodlama yapmayan diğer birçok RNAlar) ve DNA'nın başka moleküllerle (RNA, protein, transkripsiyon faktörleri, diğer küçük moleküller) bağlanma bölgelerini de içeriyordu.

ENCODE'in ilk sonuçları 2010'da bir seri makale ile ünlü bilim dergisi Nature'de yayımlandı. Makaleler yayınlanır yayınlanmaz bilim dünyasında bir ŞOK yarattı lehte ve aleyhte birçok yazı ve makale çıktı. Bunun nedeni, ENCODE sonuçlarının insan genomu hakkında o güne kadar bildiklerimize ters sonuçlar ortaya koyması idi.

ENCODE sonuçlarından önce, tüm kitap ve makalelerde genomuzun büyük kısmının "çöp veya atık DNA" segmentleri ile dolu olduğu görüşü hakimdi. Bilgilerimize göre, genomumuzun sadece % 2'lik kısmı protein kodlamasında kullanılıyordu. Protein kodlamayan ve bazı işlevleri olan RNAları da hesaba katarsak, genomun işlevsel kısmının ancak % 10 kadar olabileceği, geri kalan % 90'lık kısmının ise çöp DNA fragmanları ile kaplanmış olduğu görüşü hakimdi.

Ancak, ENCODE sonuçları ile bilim dünyası tam anlamı ile ikiye bölündü. Çünkü bu projenin sonuçlarına göre genomumuzun % 80'den fazlasının bir işlevi vardı. ENCODE araştırmacılarına göre, genomumuzun %10'luk kısmı protein ve çeşitli RNAları kodlasa da, % 70'ten fazlasının sayısız çeşitte protein (örn. transkripsiyon faktörü vs.) ve RNA (örn., kodlama yapmayan mi-RNA'lar, si-RNAlar vs) için bağlanma bölgesi oluşturduğu ve bütün bunların genom aktivitesini etkilediğini ileri sürdüler.

Özellikle evrimsel biyolojiyi çalışan bilim adamları, ENCODE sonuçlarını büyük bir şüphe ile karşıladılar ve bu proje sahiplerinin bilimsel görüşe ters, yaratılışçı teoriyi ileri sürenlerin fikirleri doğrultusunda olduğunu, veri ve yorumlarının dayanaktan yoksun, kendi egolarını tatmin eden türden olduğunu ileri sürdüler. Çünkü, bilim camiasınında yaygın görüşe göre, genomuzun sadece küçük bir kısmı fonsiyonel ve geriye kalan büyük kısmı bize geçmişimizden (bakteri, virüs, vs) kalan mirastı.

Bilim dünyasında ortaya çıkan bu karmaşanın nereye varacağını ileride göreceğiz.

11 Kasım 2015

İnsanda kaç gen ve kaç çeşit protein var?

Genlerin birkaç farklı türü vardır. Kimisi proteinleri kodlar, bazısı tRNA ve ribozomal RNA gibi RNA'ları kodlar, bazısı ise küçük katalitik RNA'ları kodlar. Şimdi biliyoruz ki, bazı genler ise henüz fonksiyonu bilinmeyen çeşitli düzenleyici kodlama yapmayan RNA'lar (örn., lncRNA’lar) kodlar. Genomumuzda 21,000 kadar potansiyel fonksiyonel lncRNA varsa da, bunların biyolojik önemi henüz tam belli değildir.


Her ne kadar biyologlar genel olarak genlerle proteinleri bağdaştırırlarsa da, binlerce genin son ürünü “kodlama yapmayan” RNA’lardır. Örneğin, taşıyıcı ya da transfer RNA’lar adaptör RNA türleri olup, RNA’nın üçlü (triplet) baz kodunu proteinlerin amino asit koduna çeviriler (buna translasyon denir). Ribozomal RNA  (rRNA)’lar da translasyon düzeneğinin esas molekülleridir. Proteinlere kodlanan mesajcı RNA (mRNA)’ların, ribozomlarda bulunan rRNA’lar sayesinde oraya ribozomlara yerleştiklerini biliyoruz. Hatta, son çalışmalar ribozomlarda iki amino asit arasında kurulan peptid bağının protein yapıdaki enzimlerle değil, bir rRNA (katalitik RNA) türü ile kurulduğunu göstermektedir. Küçük nükleolar RNA (çekirdekçikteki küçük RNA) türleri çekirdekçikte rRNA işlemede ve baz modifikasyonunda görev alırlar. Küçük nüklear RNA’ların intron kesip çıkarmada görevi olan splaysozomda görev aldıkları bilinmektedir.


Diğer kodlama yapmayan RNA’lar içinde telomeraz RNA’sı ve 7SL sinyal tanıma partikülündeki RNA gibi biyokimyasal fonksiyonu bilenenler olduğu gibi, X kromozomu dozu ayarlamada rolü olan Xsit RNA’sı ve ribozomun neredeyse 3 katı büyüklüğü olan ancak işlevi bilinmeyen kubbeli ribonukleoprotein kompleksindeki küçük RNA’lar da bulunmaktadır.

Bundan dolayı, insan genomundaki genlerin sayısını tahmin etmek zordur. Geçen 20 yıl boyunca, insan genomundaki protein kodlayan genlerin sayısı yaklaşık 30,000’den 20,000’e kadar düştü. Güncel hesaplamalar, proteinler için yaklaşık 20,000 gen ve fonksiyonel RNA'lar için yaklaşık 5000 gen olduğunu göstermektedir. Kütle spektrometresi tekniği ve iyi açıklamalı genom dizilerinin varlığı sayesinde,  protein kodlayan genlerinin % 85’i çeşitli deneylerle tespit edilmiştir.

Yaklaşık 2,400 genin protein ürününün tüm hücrelerde bulunduğu belirlendi. Bunlara, "housekeeping" (hücreyi idame eden) genler denmektedir. Ancak bu genlerin sayılarının çok daha fazla olduğu (10,000 kadar) düşünülmektedir. Housekeeping genlerin transkripsiyon, translasyon, DNA replikasyonu, mitokondri oluşumu, temel metabolizma, zarda özel görevleri olan proteinleri yaptıkları bilinmektedir. 

Bazı genler ise sadece bazı dokuları yapan hücrelerde protein kodlar. Bu nedenle vücudumuzda yapı ve işlevi farklı olan yaklaşık 200 kadar hücre (örn. Sinir hücresi, kan hücreleri, deri hücresi, kas hücresi, vs) bulunur. Bazı genler, gelişme sırasında sınırlı bir zaman için ifade edilir. Bazı genler ise “yalancı genler"dir ve işlevsel bir protein yapmazlar. Bu genler protein kodlasa bile, o proteinin hücrede bir görevi yoktur. Diğer bir deyimle, genomumuzda nasıl ki “çöp ya da artık DNA varsa” benzer şekilde “çöp protein” de bulunabilir.
İnsan proteomu (bir hücredeki tüm protein çeşitleri), genoma göre oldukça büyük bir zenginliğe sahiptir. Genomumuz tüm hücre çeşitlerimizde stataik bir yapı gösterirken, proteom profilimiz hücre çeştleri arasında oldukça dinamik bir yapı göztermektedir. Bazı hücrelerimizde (örn. kırmızı kan hücreleri) protein çeşidi gen saysından bile azken, bazı hücrelerde (örn. karaciğer hücreleri) protein çeşitliliğinin milyonları bulabildiği tahmin edilmektedir.


Sonuç olarak, insan genomunda en az 17,000-18,000 protein kodlayan gen mevcut olup, bu sayının 20,000’den çok da büyük olduğu sanılmamaktadır. Ancak, genomun oldukça dinamik yapısı ve “alternatif ifade” ile hücrenin cinsine bağlı olarak protein sayısının bunun 5 katı bile olabileceği tahmin edilmektedir.