Efsanevi Amerikan country müzisyeni Johnny Cash, hit şarkısı Ring of Fire’da aşkı bir ateş çemberinin içinde olmaya benzetir: Yanan bir ateş çemberinin içerisine düştüm / alevler yükseldikçe aşağı, aşağı, aşağı indim / ve yanıyor, yanıyor, yanıyor / ateş çemberi, ateş çemberi (1)
Ateş Çemberi aynı zamanda Pasifik Okyanusu’nun etrafındaki okyanus çukurları ve yanardağlardan oluşan alanın adı.
Manidar bir zamanlama ile sevgililer gününde, bu çemberin tam içerisinde bulunan ve dünyanın en aktif yanardağlarından Kilauea’ya ev sahipliği yapan Hawaii adalarından Big Island’a (Büyük Ada) uçtum. “Oysa içimdeki bilim aşkıydı” diye bir cümle kurayım; hesaplamalı biyoloji (quantitative biology) konferansında bir konuşma yapacaktım. Zaten Ateş Çemberi tam bir çember de değil; 40.000 km büyüklüğünde bir at nalı. Pasifik Okyanusu’nun Asya, Amerika ve Okyanusya kıyılarını kapsıyor. Üzerindeki 452 yanardağı ile dünyanın hem en aktif hem de en uyuyan yanardağlarının yüzde 75’ini barındırıyor. Dünyadaki depremlerin yüzde 90’ı burada gerçekleşiyor. Yanardağların püskürttüğü sıcak lav kayalarından oluşan Hawaii Takımadası da okyanusun içinde, Amerika Kıtası’nın 3700 km batısında yer alıyor. (2)
Üzerinden 150 yıl kadar geçmiş olsa bile, Hawaii’nin ruhunu en iyi Mark Twain’in gezi yazıları anlatır. “İlk büyük Amerikan romanının yazarı” olarak tanınan Mark Twain, 1866’da adalarda 4 ay kadar dolaşmış. Benim kaldığım Büyük Ada’yı at üzerinde haftalarca gezmiş; Kilauea Yanardağı’nın tepesine çıkmış, sisli bir gece kraterin köşesinde ayakta durmuş ve yüzü lav ışığında parlarken krateri gözlemlemiş. (3) Günümüzde ise araba ile adanın önemli yerleri 2-3 günde görülebiliyor. Hatta yanardağa çıkan düz bir otoban da var. O sebeple Kilauea bazen “dünyanın araba ile servis yapılan tek yanardağı” olarak anılıyor.
Kilauea 1983’te tekrar lav püskürtmeye başlamış. Hawaii adaları da aktif yanardağlar sayesinde büyümeye devam ediyor. Bu aktivite bir asır daha sürebilir, yarın da durabilir. Akan lav kayalarını gündüz görmek zor, fakat geceleri parlak portakal rengi lav, yanardağın yamaçlarını ve üzerindeki bulutların rengini değiştiriyor.
Lavların içerisindeki mineraller sayesinde Hawaii dünyanın başka hiçbir yerinde görülmeyen bitki ve hayvanlara ev sahipliği yapıyor. Adanın çeşitli bölgelerinin yüzeyi de lav akışına göre değişken. Mesela lav aktıktan bir yıl kadar sonra hayat tekrar ortaya çıkıyor; tek tük yeşillikler lav kayalarının arasından filizleniyor. 10 yıl içerisinde ise yüzlerce canlı o bölgeye geri geliyor. Bir asır sonrasında ise ormanlar oluşuyor.
Çok yakında: Benekli zürafa?
Katıldığım konferans Hawaii Üniversitesi’nin katkılarıyla düzenlenmiş. Amaç dünyanın her yerinden biliminsanlarını Hawaii ile buluşturmak.
Konferansın görsel olarak en heyecan verici konuşmasını, Japonya’nın Osaka Üniversitesi’nden Shigeru Kondo, balık derisindeki desen oluşumu üzerine yaptı.
Kondo’nun çalışmasının temelleri büyük matematikçi Alan Turing’in yaşamının son günlerinde biyoloji ve kimya üzerine yayımladığı tek makalesine dayanıyor. Turing’e göre belli tip kimyasal reaksiyonlar doğada görülen pek çok deseni (paterni) açıklayabilmeliydi (çizgili, benekli, leopar desenleri mesela). Turing’in 1952’de yayımlanan ve “Şekil gelişimine yol açan biyolojik işlemlerin kimyasal temeli” (The Chemical Basis of Morphogenesis) diye çevirebileceğimiz makalesi, tamamen teori ağırlıklıydı; deneysel olarak kanıtlanmamıştı. Turing’in vefatından sonraki yıllarda, bu teorik çalışmasının pek çok biyolojik ve kimyasal olayı açıkladığı ortaya çıkmaya başladı. İlk olarak yemek takımlarındaki kimyasallarda, sonra da hayvanların parmak izlerinde Turing desenleri bulundu. Kimileri Turing paternlerinin ekosistemlere ve hatta galaksilere uzatılabileceğini iddia etti.
Kondo ve çalışma arkadaşları ise zebrabalığının (zebrafish) üzerindeki zebra desenli çizgilerin Turing modeline uyduğunu keşfetmiş. Bu desenler, yavru zebrabalığının derisinde birkaç noktada ortaya çıkıyor ve yetişkin balıklarda karışık motiflere dönüşüyor. 2008’de lazerle yavru zebrabalığı derisinde yara izleri açmışlar ve sonra bu desenlerin nasıl geliştiğini izlemişler. Desenler tümüyle Turing’in denklemlerine dayalı bilgisayar simülasyonlarının tahminlerine uygun şekilde gelişmiş.
Turing desen oluşumu için gerekli koşullar ise, deri üzerinde bölgesel pozitif geri bilgi akışı (feedback) ve uzun mesafeli negatif geri bilgi akışı. Bu mekanizmada rol alan genleri de belirleyen Kondo ve grubu, artık genleri manipüle edip istedikleri tür deseni balık derisinde yaratabiliyor. Hatta doğada bulunan çoğu hayvandaki pigment desenlerini cx418 isimli bir geni değiştirerek elde edebileceklerini iddia ediyorlar. Eğer kaynak bulabilirse Kondo, Afrika’da zürafaların paternlerini değiştiren deneyler yapmak istiyor! Konuşmasının sonunda ise başarılarını araştırma gurubunun yarattığı büyük benekli balık fotoğrafıyla kanıtlıyor.
İki yanlışın bir doğruya götürmesi: Tümörde yaşayan bakteriler
Çok enteresan diğer bir konuşma ise kanser teşhis ve tedavisinde bakteri kullanmayı amaçlayan post-doktora araştırmacısı Tal Danino tarafından sunuldu.
Dr. Danino Massachusetts Teknoloji Enstitüsü’nde Sangeeta Bhatia ile beraber yaptığı çalışmada, bakterileri vücut içerisinde özel ilaç taşıma kuryesi olarak programlamayı amaçlıyor. Bu amaçla bakterinin DNA dizilimini değiştirerek genleriyle oynuyorlar.
Mesela bakteriler tümör ortamında büyüyebiliyor. Aslında bu tamamen rastlantı eseri keşfedilmiş: Boynunda tümör bulunan bir kadın hastaya yanlışlıkla aynı yatakta kalan bir önceki hastanın bakterileri bulaşıyor. Tümörün içerisine giren bakteri tümörün büyümesini durduruyor. 1868’de ise Alman doktorlar Busch ve Fehleisen bilerek bir kanser hastasına bir deri iltihabı hastalığı olan yılancık (erysipelas) bulaştırıyor ve tümörün küçüldüğünü gözlemliyorlar. Fehleisen daha sonra, 1882’de bu tedaviyi tekrar uyguluyor ve sonrasına Streptococcus pyogenes bakterisinin yılancık hastalığının sebebi olduğunu keşfediyor. ABD’li cerrah W. B. Coley ise bu tedaviyi sistematik olarak kemik kanseri hastalarında uyguluyor.
Fehleisen’in deneylerinden beri, bakterinin tümöre girişinin moleküler mekanizmalarını anlamaya başladık. Bakteri tümöre girdiği zaman sadece tümörde büyüyor; vücudun başka bölgesinde büyümüyor. Bhatia grubunun amacı ise tümörün içine ilaç taşıyabilen bakteri üretmek. Bu sayede ilaç tümör hücrelerini öldürüp sağlıklı hücrelere en az zararı verecek. Bakteri tümöre damardan giriyor ve tümör ortamında büyümeyi sağlıklı ortamda büyümeye tercih ediyor. İlacı bakteri ile tümöre taşımak nanoparçacıklar ile tümöre taşımaktan daha avantajlı, çünkü bakterinin sayısı bir günde doğal çoğalmayla bir milyondan bir milyara çıkabiliyor.
Bhatia grubu özellikle karaciğer metastazında büyüyen tümörlerin teşhis ve tedavisi amaçlı deneylere odaklanmış. Kolon kanseri hücrelerini farelere aşıladıklarında karaciğerde metastaz oluyor. Bu metastazlı farelere E. coli Nissle probiotiği hapı vermişler. E. coli Nissle nedir derseniz, 1. Dünya Savaşı sırasında hiçbir mide ya da bağırsak hastalığına yakalanmamış olan bir askerden alınmış bir bakteri. Genellikle mide ve bağırsak rahatsızlıklarında tedavi amaçlı kullanılan bu bakteri de farelerin sağlıklı bölgeleri yerine karaciğer metastaz bölgesine yerleşip çoğalmayı tercih ediyor. Çoğalan bakterilerin çok sayıda ürettiği bir enzim idrarda belli bir molekülün miktarını arttırıyor. Bu artış da idrarda metastaz sinyali olarak kullanılabiliyor. Yani bu sayede kolon kanserinin metastaza yol açıp açmadığı, vücuda zarar vermeden sadece idrar tahliliyle bulunabilecek.
Hawaii’de Türk doktora öğrencileri
Konferansta iki Türk doktora öğrencisine rastladım: Oğuzhan Atay, Samsun Bafra’daki ailesinden küçük yaşta eğitim aşkı ile ayrılıp hem Koç Lisesi’nde yatılı burslu, hem de Princeton Üniversitesi’nde burslu lisans eğitimi almış. Şu anda Stanford Üniversitesi’nde lisansüstü eğitimine devam ediyor. Hüseyin Taş ise Bursa Fen Lisesi ve Sabancı Üniversiteleri’nin ikisini de burslu okuduktan sonra İllinois Üniversitesi’nin Urbana Champaign kampüsünde doktorasına devam ediyor. İkisi de konferansı ön sıralardan ilgiyle takip etti. Onlar araştırmalarını sunarlarken doğrusu gurur duydum.
Dipnotlar
1) İngilizce orijinali: I fell into a burning ring of fire / I went down, down, down, as the flames went higher / And it burns, burns, burns, The ring of fire, the ring of fire.
2) İstatistiksel coğrafi bilgileri, wikipedia websitesinden aldım.
3) Grove, D. A. (editör); Mark Twain’s Letters from Hawaii, Hawaii Ünv. Yayınları, 1989 (Mark Twain’in Sacramento Union gazetesinde yayımlanan 25 mektubunu içeriyor).
4) Grove, D. A. (editör); Mark Twain in Hawaii: Roughing it out in the Sandwich Islands: Hawaii in the 1860s, Mutual Yay., 1990.
5) Kondo S., Miura T. (2010); “Reaction-diffusion model as a framework for understanding biological pattern formation”, Sep 2 24; 329 (5999): 1616-20.
6) Turing, A. M. (1952), “The chemical basis of morphogenesis”, Philosophical Transactions of the Royal Society of London, 237 (641): 37-72.
7) Danino T., Li J., Prindle A., Hasty J., Bhatia S.N. (2012); “In vivo gene expression dynamics of tumor-targeted bacteria”, ACS Synthetic Biology. Oct 19; 1(10): 465-470.
