Ana sayfa 118. Sayı Sentetik Yaşam

Sentetik Yaşam

26
PAYLAŞ

Venter ve araştırma grubunun ulaştığı sonuç, hücresel yaşam süreçlerinin artık oldukça iyi anlaşıldığını ortaya koymaktadır. Bu bilim insanları, tamamıyla sentetik şekilde elde edilmiş bir DNA’ya sahip canlı hücre yaratmışlardır, fakat bu hücrenin “sadece” kromozomunun yapay olarak elde edilmiş olduğunun altını çizelim. Sanırız nihai amaç, bir hücrenin tümünün laboratuvar teknikleriyle yaratılmasıdır. Venter, bu amacın imkânlar dahilinde olacağını ifade etmektedir.

Haziran 1816 akşamı, Cenevre yakınlarında Cologny’deki Villa Diodati malikânesinde toplanmış olan Lord Byron, Mary Godwin, Percy Shelley ve John Polidori, Dr. Erasmus Darwin’in kitabına konu ettiği sıra dışı bir buluştan heyecanla bahsetmektedirler: Adına vorticella denilen mikroskobik bir organizmanın, bütünüyle kurumuş ve cansız haldeyken su ile ıslatıldığında tekrar hareket etme ve hayata geri dönebilme yeteneğine sahip olması. Polidori’nin bu akıl almaz olayı arkadaşlarına aktarması sohbetin yaşam, ölüm ve bu iki uç arasındaki o ince çizgi etrafında yoğunlaşmasına neden olur. Geniş bir hayal gücüne sahip olan bu genç insanların düşünceleri doğal olarak hayatı hayatsızdan yaratmak ve ölüyü diriltmek gibi konulara kayar. Dışarıda kopan fırtına ve rüzgârla camlara savrulan yağmurun yarattığı etki sohbetin derinleşmesine yabancı değildir elbette…

O gece geç vakit yattıktan sonra, Mary’nin düşünceleri benzer sorgulamalar ve fantazmalar arasında gidip gelir. Bir ara hayallerinde “Şer sanatlarının solgun yüzlü çırağının, yarattığı o şeyin yanına diz çöktüğünü” görür. “Uzanmış bir adamın iğrenç hayalini, ve akabinde güçlü bir cihazın çalışması üzerine, yaşam belirtisi vererek solucansı bir hareket ile kıpırdamaya başladığını” fark eder (1). Daha sonra şair Percy Shelley ile evlenerek Mary Shelley olacak olan Mary Godwin, Frankenstein adlı kitabını ileriki günlerde Villa Diodati’de kaleme almaya başlayacaktır.

Dört genç İngiliz’in tartıştığı konular insanoğlunun kadim zamanlardan beri hayallerini süsleyen konulardı aslında: Hayat nedir? Cansızı canlıya dönüştürmek veya insansı bir zekâ ile donatılmış alet ya da robot yaratmak mümkün müdür? Canlı olmak, tinsel bir esastan ibaret ve maddiyata indirgenemez bir unsurun tecellisi midir?

Venter’in canlılığı yaratma düşü

Bu tür sorulara bilimin dışında doğru cevap verebilmek zordur. Dolayısıyla canlı olmanın tanımına ve hayatın yapay olarak yaratılıp yaratılamayacağına dair fikir sahibi olmak istiyorsak, günümüz bilim dünyasında bu konularda ne gibi sonuçlara varıldığını inceleyebiliriz. İşte bu tür sorulara yanıt arayanlar, Amerikalı biyolog, girişimci ve işadamı Craig Venter’in Life at the Speed of Light (Işık Hızında Hayat) (2) başlıklı son kitabında bazı ipuçları yakalayacaklardır.

Craig Venter’i, 2000’li yılların başında insan genomunu ilk dizileyen bilim insanları arasında yer almış olmasıyla anımsıyoruz. Venter’in mesleki kariyeri, 1984 yılında ABD’nin Milli Sağlık Enstitüsü’ne katılmak, sonraları Celera Genomics firmasına geçmek ve 2006 yılında J. Craig Venter Enstitüsü’nü kurmak gibi önemli aşamalardan geçmiştir. Işık Hızında Hayat isimli yeni eserinde Venter, çalışanlarıyla birlikte, “dört şişe kimyasal madde ile bir bilgisayar kodu” kullanarak bir bakteri kromozomunun tümünü yıllar süren heyecan dolu ve meşakkatli araştırmaları sonucu nasıl sentetize ettiklerini ve bu yapay kromozomu canlı bir hücre içerisine yerleştirmek suretiyle, bölünüp çoğalabilme yeteneğine sahip yepyeni bir hücreyi ne şekilde yarattıklarını hikâye ediyor. Craig Venter’in kitabını okuduğumuzda, genomik biliminde son yıllarda kaydedilen dev ilerlemeleri ve yapay hayat yaratmak hedefine ne kadar yaklaşıldığını anlayabiliyoruz. Daha yakından bakalım.

Canlı olmak olayını salt fiziksel güçler veya kimyasal tepkileşimlerle değil, bunların ötesinde özel bir hayatiyet dürtüsü ile açıklayan dirimselciliğe (vitalizm) dayanan dünya görüşü, bilimin önünü tarih boyunca tıkamıştır. Antik çağlardan bu yana süregelen dirimselcilik öğretisine göre yaşam, “kendiliğinden üreme” denilen bir süreç sonucu ortaya çıkıyordu. Ancak 1665 yıllarında Robert Hooke’un mikroskop altında hücreyi ilk olarak gözlemlemesi, her canlının hücreden oluştuğu fikrini pekiştirdi ve dirimselcilik ilkesi bundan böyle çatlak vermeye başladı. Gerçi Charles Darwin’e kadar pek çok erken evrimci, türlerin kendiliğinden üremek gibi bir özelliğe sahip oldukları ve ortaya çıktıktan sonra bir yaşam gücünün güdümü altında nesilden nesle zamanla evrildikleri fikrini benimsemişti. Örneğin Lamarck bunlardan birisiydi. 19. yüzyılda Louis Pasteur’ün kendiliğinden üreme olayının gerçekdışı olduğunu deneysel olarak ispat etmesi dirimselcilik ilkesine bir darbe daha vurmuştu vurmasına ama Venter’a göre, günümüzde hâlâ takipçileri olan dirimselcilik, hücrenin moleküler bir yapı ötesinde birtakım tinsel özelliklerle de donatılmış olduğunu ileri sürerek modern yüzünü almıştır. Yaşam hakkındaki bilginin tümü DNA’da mı saklıdır, yoksa yaşamı tanımlayan tinsel unsurlar da mevcut mudur? Venter’in çalışmaları, bu sır perdesinin kalkmasına önemli katkılar sağlamıştır.

Canlı genomunun dizilenmesi

Genetik materyalin taşıyıcısının protein değil de DNA’nın olduğunu Oswald Avery 1944 yılında ortaya koymuştu, oysa ne ilginçtir ki bu buluş yetmemiş ve genetik bilginin DNA’da depolandığı gerçeği (James Watson ile Francis Crick’in 1953 yılında DNA’nın çift sarmallı yapısını ortaya koymalarının yardımıyla) ancak 1960’lı yıllarda kabul görmüştür. Bu yıllar, özellikle restriksiyon enziminin (DNA moleküllerinde belli dizilimleri tanıyan ve DNA zincirini kesen bir enzim türüdür) keşfedilmesiyle, moleküler biyoloji devriminin startını verdi. 1970’li yıllar, Venter’a göre bir tarım devrimi niteliğinde olan “gene splicing” (bir organizmanın geninin kesilip çıkarılması ve başka bir DNA zincirine yapıştırılması) teknolojisinin icat edildiği yıllardır. Yani artık DNA dizilimlerini kesmek veya DNA içerisine yeni dizilimler yerleştirmek mümkündü. Böylece genomik biliminin “takım çantası”ndaki “alet” sayısı bir taraftan artarken, diğer taraftan genetik kodun çözülmesi ve ribozomun bir protein üreticisi olarak rolünün tam açıklığa kavuşturulması gibi önemli buluşlar da yapılıyordu. Aynı dönemde yer alan ve biyoteknoloji devriminde büyük payı olacak olan bir diğer önemli olay ise Genentech firmasının kuruluşudur (örneğin ilk biyoteknoloji ürünü olan Humulin adlı rekombinant ensülin proteini Genentech’in Eli Lilly firmasıyla işbirliği sonucu ortaya çıkmıştır).

2000’li yılların başlarında başarıyla tamamlanan insan genomunun dizilenmesi, 1960 ve 1970’li yıllarda çok yavaş ilerliyordu. Uygulanan yöntemler o kadar ağır ve zahmetliydi ki, en iyi şartlarda bile ayda ancak birkaç DNA baz çifti okunabiliyordu. İnsan genomunun yaklaşık 3 milyar baz çiftine sahip olduğu anımsanırsa, tüm genomu okumanın o dönemde ne kadar uzak bir hayal olduğunu anlamak zor değildir. Ama aynı zamanda bu hayali, bilim camiasına yöneltilen fevkalade bir meydan okuma olarak görenler de vardı. Dolayısıyla 1980’li yıllarda Craig Venter bu önemli problemin çözümüne odaklanır. 1992’de kurduğu The Institute for Genomics Research (TIGR) firması, çok geçmeden 1995 yılında ilk başarısına imza atar: 1,8 milyon baz çifti ve 1760 gen içeren Haemophilus influenzae bakterisinin genomunun dizilenmesi. Bu, bir canlı organizmanın genomunun topyekûn tanımlanmasının ilk örneğidir. Aynı yıl, Mycoplasma genitalium bakterisi de tarihteki yerini alır: Yaklaşık 583 bin baz çiftinden oluşan ve 524 gen içeren (bilinen en küçük genoma sahip olan organizmadır) kromozomunun TIGR firması tarafından tanımlanması bu bakteriyi genomu topyekûn tanımlanmış ikinci organizma konumuna getirir. Venter ve arkadaşları yeni laboratuvar teknikleri ve matematiksel algoritmalar geliştirerek zamanla daha hızlı ve daha performanslı bir hale getirdikleri dizileme yöntemlerini bu sefer Methanococcus jannaschii adındaki üçüncü bir organizmaya uygularlar. Arkeler sahasına (tüm canlılar; ökaryotlar, bakteriler ve arkeler denilen üç ayrı saha olarak sınıflandırılırlar) ait olan bu canlının genomunun tanımlanması, uç çevresel koşullar altında yaşayabilen -örneğin okyanus tabanı hidrotermal çatlaklarının 245 atmosfere varan yüksek basıncına ve 85 derece Celsius sıcaklık koşullarına dayanıklı- bir türün gen yapısı hakkında önemli bilgiler vermiştir.

Bu örneklerden de görüldüğü gibi gen sayısı türden türe ciddi farklılık gösterebilen bir özelliktir. O vakit şu soru Venter için kaçınılmazdı: Yaşamın mümkün olması için en az kaç tane gene ihtiyaç vardı? Ve bunlar hangi genlerdi? Venter ve birlikte çalışanları yaşamın asgari gen kümesini tekrar M. genitalium’u ele alarak deneysel olarak belirlemeye çalışırlar. Toplam gen sayısının 524 olduğu bu bakterinin yaşam için elzem olan 265-350 arası gene sahip olduğunu ortaya koyabilmiş olsalar da, asgari gen sayısını kesinkes açıklığa kavuşturamazlar. Bu durumda Venter, eğer canlı bir organizmanın genomunu hepten sentetize edebilirlerse, bu sayıyı daha kolayca saptayabileceklerini ileri sürer. Zaten o yıllarda DNA sentezi bilim camiasının aşina olduğu bir teknolojiydi: DNA’daki genetik bilgiyi oluşturan A (Adenin), T (Timin), S (Sitozin) ve G (Guanin) bazlarını yapay olarak üretmek ve onları art arda monte etmek suretiyle bir DNA zincir parçası yaratmak adeta sıradan bir işlemdi. Ancak Venter ve takımının genom sentezinde karşılaşacağı ciddi bir zorluk, eldeki teknolojiyle üretilen ve adına oligonükleotit denilen DNA parçalarının ancak birkaç bin baz çifti uzunluğunda olabileceğinden kaynaklanıyordu, oysa üretmek istenilen kromozom uzunluğu bundan kat kat fazlaydı.

Venter ile iş arkadaşları, ilk olarak bir test projesi yürütmeye karar verirler: Boyu nispeten kısa olan (5’384 baz çiftinden oluşan) phi X 174 adını taşıyan virüsün genomunu sentetize etmek. 1997 yılında başlattıkları çalışmaları, oligonükleotit sentezi sırasında meydana gelen hatalardan dolayı ilk önce akamete uğrar. Ancak çok daha hassas bir şekilde üretilmiş ve hatadan arınmış baz dizilimleri elde edebildiklerinde çalışır bir genoma ulaşabilirler. Genomun gerçekten çalışır olduğunu, onu bir E. coli hücresi içerisine soktuklarında bu hücreyi enfekte etme yeteneğine sahip olmasıyla gösterirler. Bu çalışmalarıyla gösterdikleri bir diğer husus ise, baz dizilimlerinin içerdiği bilginin virüsü üretmek için gerekli ve yeterli olduğudur.

Venter ve araştırma grubu artık bir sonraki adım için hazırdı: Bu sefer amaç bir virüs değil, bir bakteri genomunun tümünü yaratmak. Ardından ilk sentetik hücrenin üretimine geçebilirlerdi. Bu teşebbüs tam yedi yıllarını alacak ve başarıları, dirimselciliğin tabutuna çakılan son çivi olacaktı.

Venter, sentetik hücre üretimini en etkin şekilde yürütebilmek için birkaç çalışma grubu oluşturmaya karar verir. Bunlardan biri sentetik DNA üretim teknolojisini geliştirmekle görevlendirilir. Bilinen en küçük genoma sahip olması nedeniyle M. genitalium’un genomunun yaratılmasına karar verilir. O zamana kadar üretilen en uzun DNA zinciri yaklaşık 32 bin baz çiftinden oluşuyordu oysa M. genitalium yaklaşık 583 bin baz çiftine sahipti. Sentez grubu, üretilen DNA zincirinin hatasız olmasını, ilk önce 5000 ile 7000 baz çifti uzunluğunda oligonükleotitler yaratıp sonrasında bunları uç uca eklemek yoluyla sağlayabilecekti. Bu teknolojiye hâkim olabilmek için çok sayıda teknik problemin üstesinden gelinmesi gerektiği şüphesiz. Sonuçta M. genitalium‘un çift sarmallı DNA zinciri Şubat 2008’de elde edilir.

Sentetik genomun canlıya nakli

Şimdi de bu ilk sentetik genomu canlı bir bakteri hücresi içerisine yerleştirmek ve işlevsel olup olmadığını test etmek gerekiyordu. Ancak o sıralar genom nakli iyi bilinen bir teknoloji olmadığından ilk önce ona hâkim olmak şarttı. Bu amaçla kurulan genom nakli çalışma grubu, yine pek çok teknik zorluğun üstesinden gelerek bir bakteriden (M. mycoides) alınan genomu bir diğer bakteri (M. capricolum) hücresinin içine yerleştirmeyi başarır. Kapsamlı kontrol ve tahlillerle, “ev sahibi” hücredeki proteinlerinin tümünün, nakledilmiş M. mycoides genomundan elde edilmiş proteinler olduğu kanıtlanınca, genom naklinin başarıya ulaşmış olduğu anlaşılır.

Artık son aşama kalmıştı: Bu sefer doğal bir genomu değil, sentetik bir genomu canlı bir hücrenin içerisine yerleştirmek. Venter ile takımı önceleri yarattıkları sentetik M. genitalium genomunu nakletmeyi deneseler de başarısız kalırlar. Bu durum karşısında Venter planlarını değiştirir: M. genitalium yerine başka bir hücre (M. mycoides, 1.1 milyon baz çifti, 886 gen) kullanacaklar, ve bu hücrenin DNA’sını sentetik olarak üretip bir M. capricolum hücresine aktaracaklardır. Bu teşebbüste de pek çok zorluklarla karşılaşılır fakat nihayetinde sentetik genomun tümünü nakledebilirler. Bir süre sonra, yaratılan hücrenin bölünüp yeni M. mycoides hücreleri ürettiği saptanınca projenin başarıya ulaştığını anlarlar. Sonuçları Mayıs 2010’da yayımlarlar.

“On beş yıl önce ancak ulaşılmaz bir rüya olarak görüneni gerçekleştirmiştik” diyor Venter. “Hücre içi DNA’dan başlayarak, DNA dizilimini hatasız okumayı öğrenmiştik. Dört harfli (A, T, S, G) kimyasal analojik kodu bilgisayarın dijital koduna (1’ler ve 0’lar) çevirerek biyolojiyi başarıyla sayısallaştırmıştık. Ve şimdi de başarıyla ters yöne gidebilmiştik: Bilgisayardaki dijital kod ile başlayıp DNA molekülünün kimyasal bilgisini tekrar üretmiş, sonra da, o ana kadar eşi görülmemiş, bir doğal tarihten yoksun canlı hücreler yaratmıştık.”

Venter ve araştırma grubunun ulaştığı sonuç, hücresel yaşam süreçlerinin artık oldukça iyi anlaşıldığını ortaya koymaktadır. Bu bilim insanları, tamamıyla sentetik şekilde elde edilmiş bir DNA’ya sahip canlı hücre yaratmışlardır, fakat bu hücrenin “sadece” kromozomunun yapay olarak elde edilmiş olduğunun altını çizelim. Sanırız nihai amaç, bir hücrenin tümünün laboratuvar teknikleriyle yaratılmasıdır. Venter, bu amacın imkânlar dahilinde olacağını ifade etmektedir.

Kitaba yerleştirilmiş önemli bir leitmotif, DNA’nın hayatın yazılımı, başka bir deyişle hayatın bilişim sistemi, hücrenin sair kısım ve parçalarının ise hayatın donanımı olduğudur: Böylece dijital yaşam çağına girilmiştir. Venter’in açıkladığı çalışmalar, çok önemli etik sorulara ve bunlarla birlikte toplumsal kaygılara da yol açmaktadır. Yazar belli aralıklarla bu sorulara yer verip, belli dönemlerde kendisinin de katkıda bulunduğu etik çalışmaların öneminin altını çizmektedir. Frankenstein’ın dijital şekli daha mı korkutucudur acaba?

Venter’in kitabı, biyolojinin terminolojisiyle aşina olmayan okura ara sıra zor gelebilir, fakat buna rağmen yaşam bilimlerine ve özellikle genomik alanına ilgi duyan ve yapılan son çalışmalardan haberdar olmak isteyen genel okurun şüphesiz beğenisini kazanacaktır. Şu gözlemi aktarmadan bitirmeyelim: Kitap boyunce Venter, genom teknolojisinin geçmişteki önemli dönüm noktalarının tarihçesini yaparken, Nobel Ödülü’yle şereflendirilmiş pek çok bilim insanının başarısını hikâye ediyor. Eserin yazılış tarzından da okuyucu, kendisine, “Acaba Venter de bir gün bu ödüle layık görülecek midir?” sorusunu sormadan edemiyor. Venter’in bu kitap ile Nobel Komitesi’ne bir göz kırpmak istemiş olması olasıdır.

Kaynaklar

1) Rebecca Stott, Darwin’s Ghosts, Bloomsbury Publishing, London, 2012.
2) J. Craig Venter, Life at the Speed of Light, Little, Brown, London, 2013.