Ana sayfa 96. Sayı ‘Moleküler zaman yolculuğu’ kullanılarak karmaşıklığın evrimi tekrar yaratıldı

‘Moleküler zaman yolculuğu’ kullanılarak karmaşıklığın evrimi tekrar yaratıldı

25
PAYLAŞ

Hazırlayan: G. Pınar Gerçek

Canlı hücrelerin çoğunun yaptıkları işler “moleküler makineler”ce gerçekleştirilir. Bunlar biyolojik bir fonksiyonu yerine getirmek için birlikte çalışan özelleşmiş proteinlerin oluşturdukları fiziksel topluluklardır. Bu yapıların oluşumunu sağlayan evrim basamakları uzun zamandır bilim insanlarını şaşırtıyor ve yaratılışçıların da favori hedefleri oluyordu.

8 Ocak’ta Nature’da yayınlanan, Chicago ve Oregon Üniversiteleri’nden bir grup bilim insanı tarafından yapılan bir çalışma; günümüzden 800 milyon yıl önce, yalnızca birkaç küçük, yüksek olasılıklı mutasyonun nasıl bir moleküler makinenin karmaşıklığını artırdığını ortaya koydu. Eski genlerin biyokimyasal olarak “diriltilmesi” ve fonksiyonlarının modern organizmalarda test edilmesiyle, araştırmacılar makineye yeni bir bileşenin katılmasının arkasında yatan nedenin yeni yeteneklerin aniden belirmesinden ziyade seçilimli fonksiyon kaybı olduğunu gösterdiler.

Çalışmanın ilk ismi, Chicago Üniversitesi İnsan Genetiği ve Evrimsel Ekoloji ve Oregon Üniversitesi Biyoloji profesörü Joe Thornton şunları söylüyor: “Bizim stratejimiz ‘moleküler zaman yolculuğu’ yaparak, bu moleküler makinede yer alan tüm proteinlerin karmaşıklaşmalarından bir an öncesi ve bir an sonrasındaki hallerini yeniden yapılandırmak ve deneysel olarak karakterize etmek. Makinenin bileşenlerini çok eskide olduğu haliyle yeniden yapılandırarak, her proteinin fonksiyonunun zamanla tam olarak nasıl değiştiğini anlayabilecek ve makinenin daha ayrıntılı olmasını sağlayan özel genetik mutasyonları belirleyebilecektik.”

Thornton’ın moleküler evrim laboratuvarı ile Moleküler Biyoloji Enstitüsü üyesi, kimya profesörü Tom Stevens’ın Oregon Üniversitesi’ndeki biyokimya araştırma grubunun işbirliğinden doğan çalışma, V-ATPaz protein pompası denilen ve hücre içindeki bölümlerin uygun asiditeye sahip olmasını sağlayan moleküler kompleks üzerine odaklanmış bulunuyor.

Bu pompanın ana bileşenlerinden biri, hidrojen iyonlarının membranlar arasında geçişini sağlayan bir halka. Çoğu türde bu halka iki farklı proteinin toplamda altı kopyasından oluşuyor, fakat mantarlarda bu komplekse üçüncü bir tip protein katılmış durumda.

Halkanın karmaşıklaşması konusunu anlamak için Thornton ve meslektaşları üçüncü protein ünitesi katılmadan hemen önce ve edildikten hemen sonra halka proteinlerinin atasal versiyonlarını “dirilttiler”. Bunu yapmak için de, araştırmacılar 139 modern zamana ait halka proteininin gen dizilimlerini çözümlemek için büyük bilgisayar kümeleri kullandılar ve benzer atasal gen dizilimlerini bulmak adına evrimin izini geriye doğru sürdüler. Ardından bu atasal genleri sentezlemek için biyokimyasal yöntemler kullanıp, genlerin modern maya hücrelerinde ifade edilmelerini sağladılar (genlerin transkripsiyonla ürün vermeleri sağlandı).

Grup; mantarlardaki halkanın üçüncü bileşeninin, diğer iki eski halka proteininin alt birimlerinden birini kodlayan genin duplikasyonuna (kopyalama-ikileme) dayandığını ve ardından oluşan genlerin kendi evrimsel yollarında farklılaştıklarını buldu.

Duplikasyon-öncesi atanın kendi neslinden gelenlerin herhangi birinden daha çok yönlü (becerikli) olduğu ortaya çıktı: Modern mayayı atasal geni ifade etmek kurtardı, aksi olsaydı maya, ileriki nesillere ait halka protein genlerinin birinin veyahut her ikisinin de silinmiş olması dolayısıyla büyüyemeyecekti. Tam aksine, duplikasyon sonrasında her diriltilmiş gen sadece tek bir halka protein geninin kaybını telafi edebilecekti.

Böylece araştırmacılar, atasal proteinin işlevlerinin duplike edilmiş kopyalar arasında paylaşıldığı ve karmaşıklaşmadaki artışın, yeni işlevler kazanmaktan ziyade atasal işlevlerin tamamlayıcı kaybından ötürü olduğu sonucuna vardılar.

Araştırmacılar zekice işledikleri bir set atasal proteini özel oryantasyonlarda birbirlerine birleştirip, duplike olmuş proteinlerin diğer bazı halka proteinleriyle etkileşme özelliklerini kaybettiklerini gösterdiler. Duplikasyon-öncesi ata halkadaki altı olası pozisyondan beşini doldururken, duplike olmuş her gen bir diğeri tarafından doldurulmuş dilimlerin bazılarını doldurabilme yeteneğini kaybetmiş ve böylelikle iki gen de kompleksin işlev görmesi ve birleşmesi için zorunlu birer bileşen haline gelmiş.

Thornton diyor ki: “Bu beklenmeyen fakat basit bir şey: Karmaşıklaşma artıyor çünkü protein işlevleri kazanılmıyor, kaybediliyor. Bu durum aynı toplumdaki gibi: Bireyler ve kurumlar nasıl genelci olmayı unutunca karmaşıklık artar ve gittikçe daralan kapasiteye sahip özelcilere bağlı kalırlar…”

Araştırma ekibinin son amacı duplikasyon sonrası nesillerin işlevsel anlamda bozulmalarının sebebi olan özel genetik mutasyonları tanımlamaktı. Ekip, atasal proteini, duplikasyon sonrasında olan mutasyonlara tekrar uğratarak aynı özel işlevi bozmak ve üç- proteinli halkaya ihtiyacı doğurmak için her iki nesilde birer tekli mutasyonun gerçekleşmesinin yeterli olduğunu buldu.

“Karmaşıklaşmanın artışında yer alan mekanizmalar aslında inanılamayacak kadar basit ve genel oluşumlar” diyor Thornton. “Hücrelerde gen duplikasyonları sıklıkla gerçekleşir ve DNA’nın kopyalanması esnasında oluşan yanlışlıkların, bir proteinin belirli yapılarla etkileşmesini önlemeleri kolaydır. Ancak bu evrimin, karmaşık yeni işlevler yaratan bazı özel 100 mutasyonluk kombinasyonların üzerinde olması gerektiği gibi bir şey demek değildir”.

Thornton uzun zaman aralıkları boyunca basit ve bozucu özellikteki değişimlerin birikiminin, bugünkü organizmalarda bulunan çoğu kompleks moleküler makinelerin oluşumunun sebebi olabileceğini öne sürüyor. Bu tip bir mekanizma, bir akıllı tasarım konsepti olan ve moleküler makinelerin evrim boyunca adım adım oluşamayacak kadar karışık olduğunu iddia eden “indirgenemez karmaşıklık” fikrine karşı çıkıyor.

“Umuyorum ki bunun gibi daha çok çalışma yapıldıkça, moleküler komplekslerin evriminde başka benzer dinamikler de gözlemlenecek” diyor Thornton. “Bu moleküler kompleksler hiç de hassas geliştirilmiş makineler gibi değil. Bunlar tesadüfen birbirine yapışmış, evrim esnasında üstünkörü düzeltilerek, aşınarak, biraz da şansla kabaca birleşmiş ve de atalarımızın hayatta kalmalarına yardım ettikleri için korunmuş bir grup molekül!” diye ekliyor.

Kaynak: http://www.sciencedaily.com/releases/2012/01/120108143559.htm