Kurbağaların ve balıkların binlerce hücresinin her birinin özenli genomik analizleri, en ayrıntılı yol haritalarını ortaya çıkarmış durumda, hatta bir embriyonun tek bir hücreden tam teşekküllü bir organizmaya kadar olan yolculuğunu gösteriyor.
Sonuçlar, Boston Massachusetts’deki Harvard Tıp Fakültesi’nden biyolog Sean Megason’a göre, çoğu ders kitabında anlatılandan daha net bir resim çiziyor. “Olaylar farklı zamanlarda oluyor. Hatta bazen değerlendirdiğimizden daha hızlı bir şekilde gerçekleşebiliyor. Hücre evrelerinin sürekliliği daha sık görünüyor” diyor.
26 Nisan’da Science’da Megason ve arkadaşları tarafından üç makale ile tanıtılan çalışma, araştırmacıların otizm ve kanser gibi belirli hastalıklarda payı olan süreçleri ortaya çıkarmalarında ve önemli gelişim aşamalarını takip etmelerinde yardımcı olacak gibi görünüyor. Stockholm Karolinska Enstitüsü’nde bir nörobilimci olan Sten Linnarsson, tüm nörolojik hastalıkların üçte birinin ilkönce gelişim sırasında ortaya çıktığını söylüyor, “Ve muhtemelen oldukça erken meydana geliyorlar” diye ekliyor.
Araştırmacılar bazı gen gelişim haritaları oluşturmaya çalıştılar, ancak uzun bir süre sadece tek bir gen veya bir avuç hücre üzerinde durabildiler. DNA dizilemesinde ve bilgisayar algoritmalarındaki teknolojik ilerlemeler artık biliminsanlarının binlerce genin gelişimini tek bir hücre üzerinde analiz etmelerine izin veriyor. Bu durum, gelişim biyolojisindeki teknikleri uygulama konusunda büyük bir ilgi görmeye başladı. Örneğin, geçtiğimiz Temmuz ayında Seattle Washington merkezli bir araştırma girişimi olan Paul G. Allen Frontiers Group, bu tür yöntemleri hücresel gelişim haritaları oluşturmak için harcayan projelere dört yıl içinde 10 milyon ABD doları hibe edebileceğini açıkladı.
Harvard Tıp Fakültesi’nden sistem biyoloğu Allon Klein 2012 yılında tek bir hücre kullanarak RNA dizilimine yönelik yöntemleri ilk kez kullanmaya başladığında bu tür detaylı haritalar yapmak istedi. Ancak, o zamanlar bu durum imkânsız kabul edildi. Allon, “Durum gerçekten de başladığımız noktadan epeyce farklı görünüyor” diyor.
Esnek süreç
Son çalışmalarda, Harvard Tıp Fakültesi’nden Klein ve sistem biyoloğu Marc Kirschner liderliğindeki bir grup, 17 saatlik gelişim sürecini aşmış Batı pençeli kurbağa embriyolarından (Xenopus tropicalis) alınan yaklaşık 140.000 hücrenin her birinde gen ifadesini analiz ettiler. Klein ayrıca, bir gün boyunca, tek bir hücreden atan bir kalbi olan bir embriyoya kadar gelişmiş zebrabalığı (Danio rerio) embriyolarından toplanan 92.000 hücrede gen ifadesini haritalamak için Megason ve diğer çalışma arkadaşları ile birlikte çalıştı.
Cambridge Massachusetts’de bulunan MIT Broad Enstitüsü ve Harvard Üniversitesi’nden bilişimsel biyolog Aviv Regev ve Harvard Üniversitesi’nden Alexander Schier tarafından yönetilen üçüncü bir ekip, gelişimin ilk 12 saati boyunca zebrabalığı embriyolarından alınan 39.000 hücreyi analiz etti. Embriyoların takibi, araştırmacılara, özel roller üstlenmiş hücrelerin sinir dokuları veya cilde dönüştüklerini gözlemleme fırsatı verdi. Schier, bazen tek bir evreye hedeflenmiş gibi görünen hücrelerin, muhtemelen embriyodaki pozisyonlarından dolayı diğerine yöneldiğini söylüyor ve “Hücreler düşündüğümüzden daha plastik. Bu, hücrelerin bir yoldan aşağı inmesi ve ardından başka bir yoldan geçiş yapması için oldukça yaygın olabilir” diye ekliyor.
Dallanmak
Araştırmacılar, haritalarını, diğer araştırmacıların hangi genin nerede, nasıl ifade edildiğini ve gelişiminin hangi evresinde olduğunu bulmalarına yardımcı olabilmesi için veritabanlarına yüklediler. Kaliforniya Üniversitesi, Irvine’den gelen gelişimsel biyolog Thomas Schilling, bazı beyin hücreleri de dahil olmak üzere, birçok hücre türünün kökeni olan ve omurgalılarda bulunan bir yapı olan nöral kreştin (sinir ucu) gelişimi hakkında bilgi almak için verileri araştırmayı umuyor. Schilling, “Hücrelerin ne zaman farklı aşamalar için özelleştiğinin ve geçiş evrelerinin üzerinde duruyoruz” diyor. Laboratuvarının daha spesifik olarak nöral krest gelişimi üzerine odaklanmış benzer bir deney üzerinde çalışmayı düşünebileceğini de ekliyor.
Şimdilerde birçok teknik ve algoritma geliştirilmiş olduğundan, Klein, evrimin gelişimi nasıl şekillendirdiğini öğrenmek için bu yöntemleri çok çeşitli canlılara uygulamayı umuyor. Başlangıçta ekip olarak, insanlara evrimsel yakınlıklarından dolayı omurgalılara odaklanmışlardı. Fakat şimdilerde, araştırmacıların, omuriliğin evrimi hakkında bilgi sahibi olmak için, batrak ve meşe palamudu gibi omurgasızlar da dahil olmak üzere daha uzak akrabalar üzerinde çalışabilmesini umuyor. Klein, “Evrimin her yeni hücre tipini ve organını oluşturmak için gen gelişim dinamiklerinin nasıl değiştirdiğini anlamak büyüleyici olacaktır” diyor.
