Ana sayfa 147. Sayı Tasarlanan yapay hücre, yaşam için temel genleri ortaya çıkarıyor

Tasarlanan yapay hücre, yaşam için temel genleri ortaya çıkarıyor

96
PAYLAŞ
Yaşamın yalın temellerini içeren JCVI-syn3.0 hücreleri

Çeviren: Yusuf Sürmeli

Yaşamı anlamaya hayal ettiğimizden daha yakınız. Gen eliminasyonu yöntemini kullanarak genlerin yavaş yavaş azaltılması ile dünyanın ilk minimal genomuna sahip en küçük canlı yapısı elde edildi. Craig Venter ve ekibinin bu çalışması, temel genlerin hemen hemen üçte birlik kısmını bilmediğimizi ileri sürüyor.

Minimal bir hücreden oluşan bir yaratık (doğada var olandan daha da basit bir yaratık), yaşamın temel işlevlerini çalışmaya yardımcı olabilecek ve canlılığı sağlayan her bir genin işlevini çözmemizi sağlayabilecek. Minimal genoma sahip bu yapay hücre, genlerin nasıl yeniden nasıl tasarlanabileceğine dair bir görü elde etmemize ve tıp, enerji, iklim değişikliği ile mücadele gibi çok çeşitli alanlardaki uygulamalar için sıfırdan genom tasarlamamıza izin verebilir.

Çalışmanın eş yürütücüsü Clyde Hutchison, “Yaptığımız şey, yaşayan bir canlının nasıl çalıştığını tamamen anlamaya dönük bir adım açısından önemlidir. Gerçekten hücrenin nasıl çalıştığını anlayabilirsek, sonrasında tıbbi ve diğer yararlı ürünlerin üretimi için hücreleri verimli bir şekilde tasarlayabileceğiz” açıklamasında bulunuyor.

473 genle yeni yaratılan minimal hücre JCVI-syn3.0, doğanın kayıt altında tuttuğu bağımsızca canlılığını sürdürebilen organizmalar arasında en küçük genoma sahip olandan (525 gene sahip Mycoplasma genitalium), yaklaşık 50 gen daha az gen bulunduruyor. Minimal hücrelerin, besin içeren bir laboratuvar tabağında küme oluşturarak yaşayabildiği, büyüyebildiği ve bölünebildiği gösterilmiş durumda.

Başarı, 2010’da Venter’in ekibi tarafından yapılan bir çalışma üzerine inşa edildi ve bu çalışma sonucunda JCVI-syn1.0 ilk kez oluşturuldu. JCVI-syn1.0, dizisi bilinen bir genomun sentetik kopyasına dayalı ilk canlı bakteri. Bu genom, oluşturulmadan ve hücre içerisine aktarılmadan önce bir bilgisayarda tasarlandı.

Venter ve Hutchison, yaşamını sürdürecek şekilde JCVI-syn1.0’daki 901 geni, minimuma doğru yavaş yavaş azaltarak, hangi durumda yaşamı destekleyip desteklemediğini araştırdı. Bu ekip, çalışmaya 2010’da sentetik JCVI-syn1.0 modelini oluşturarak başladı. Yaklaşık 900 gene sahip bir doğal bakteri olan Mycoplasma mycoides’in kendi genomu çıkarıldı ve bilgisayar yardımıyla 901 genden oluşan sentetik genomun bir kopyası içi boşaltılmış bakteri içerisine aktarıldı.

Ekip, transpozonlar yardımıyla, bakterinin hangi genler yokluğunda yaşayabildiğini test etti. “Sıçrayan genler” olarak da adlandırılan transpozonlar, DNA içerisine kendilerini ekleyerek genleri tek tek bozabilmektedir.

Ekip düşündükleri bazı genlerin temel olmadığının, ancak kritik öneme sahip olduklarının farkına vardılar. Venter’in ekibi bunun farkına vardıklarında, genomu yavaş yavaş daha doğru bir şekilde azalttı. Sonuçta, yapay hücre yaşamaya ve büyümeye devam etti.

Biyolojinin kara maddesi

Asıl sürpriz gelişme, temel genlerin yaklaşık yüzde 31’lik kısmının bilinmediğinin keşfiydi.

Hutchison, genlerin bazılarının hâlâ bilinmeyen temel biyolojik işlevlerinin keşfedilmesinin “heyecan verici bir olasılık” olduğunu ifade ediyor.

Edinburgh Üniversitesi’nden Alistair Elfick, “Bilinen bir işlevi olmaksızın böyle birçok genin bulunması, tedirgin edicidir. Ancak, hâlâ öğrenmemiz gereken çok şey olduğu bilgisi heyecan vericidir. Bu bir çeşit biyolojinin ‘kara maddesi’ gibi” diye belirtiyor. Venter’in ekibi, şu an bu gizli genlerin işlevlerini belirlemeyi istiyor.

Stanford Üniversitesi’nden Drew Endy, “Çalışma, yaşamın fark edilmemiş temeli hakkında birçok şeyi açıklıyor. Şu an denemeli ve bilgimiz dahilinde boşlukları kapatmalıyız. Basit bir şekilde, tek hücre (her atom ve her molekül) anlayışını sonlandırmak zorundayız. Bu bir bilim olarak biyolojinin en başta gelen önceliği olmak zorundadır” vurgusunu yapıyor.

Tanımlanmış bilinen temel genlerin çoğu, organizmanın yaşamı için olmazsa olmaz proteinleri yapmak ya da hücre bölündüğünde genom duplikasyonunun doğruluğunu kontrol etmek için DNA’yı okumaktadır. İşlevi bilinen tanımlanmış temel genlerin diğer ana grupları, hücre zarında çalışıp glikoz gibi, yaşamsal besinleri kabul eden, artık ürünlerin dışarı atılmasını sağlayan ya da organizmanın besinleri enerjiye dönüştürmesini mümkün kılan proteinleri yaparlar. Elfick, “Buna karşın, temel genlerin tanımı, bir organizmanın çevresine ya da yaşam tarzına bağlı olarak önemli derecede değişebilir” açıklamasında bulunuyor.

Venter’in yeni yaratığı, enerjice zengin glikozun bol miktarda olduğu, her türlü konforun sağlandığı bir bakteriyel cennette üretildi. Toprak ya da su gibi zorlu bir çevre olsaydı, bu canlılar aynı kaynaklar için rakipleri ile mücadele etmek zorunda kalacaktı ve kıt besinsel kaynaklardan yaşamsal molekülleri üretmek için ekstra genlere ihtiyaçları olacaktı. Elfick, temel genlerin önemlilik derecelerinin çevreye özgü olmasının olası olduğunu belirtiyor.