İnsan genomunun yaklaşık % 45’inin retroviral bir kökene sahip olduğu tahmin ediliyor. Virüslerin bağışıklık sisteminin inşası, embriyo gelişimi ve beyin fizyolojisinde de önemli rollerinin olabileceği ifade ediliyor. Genlerimize kendi genetik materyallerini yerleştirmiş olan retrovirüsler beynin ve beyin hastalıklarının evriminde etkili olmuşlardır. Ayrıca insanlar ile şempanzeler arasındaki evrimsel dallanmadan sonra, çevresel değişikliklere uyum için moleküler düzeyde gerçekleşen değişimlerin yüzde 30’una virüslerin aracılık ettiği de ifade ediliyor.
İnsanlarda, diğer hayvanlarda, bitkilerde ve mikroorganizmalarda… Virüslerin yıkıcı etkilerini yaşam ağacının hemen hemen her bir üyesinde görebilmekteyiz. Yıkıcı etkiler virüslerin canlılarda hastalık meydana getirmeleriyle gözlenir. Bu noktada virüslerin mikroplara özgü davranışları öne çıkar: Enfekte edebilme yeteneği. Enfekte etmek, yaygın kullanımıyla enfeksiyon, hastalık etmeninin vücuda girmesi ve vücut içerisinde çoğalması anlamına gelir. Çoğalma işlemi sırasında hastalık yapıcı etkiler oluşmayabilir; ancak yüksek ateş, bölgesel kızarıklık veya hastalığa özgü başka belirtiler vücutta enfeksiyon başladığının işaretidir.
İstatistiksel çalışmalara göre, bakteri, virüs, çeşitli parazitler ve mantarlar tarafından gerçekleştirilen enfeksiyonlar canlılar arasında en sık rastlanan hastalık gruplarından biri konumundadır. Enfeksiyonlara neden olan ve etkileri yıkıcı boyutlara ulaşabilen virüsler ise, bir canlıdan diğer bir canlıya geçerek hem diğer türler hem de insan toplulukları içerisinde kolayca yayılabilmektedir. Dünya genelinde gözlenen salgınların birçoğunda ana faktör virüslerdir: “Bir virüs bir hücreye girer ve bir gün içerisinde bin virüs, kopyalanarak ortaya çıkabilir.”(1)
Bazı kaynaklarda virüsler, hastalık yapıcı etkiye sahip diğer enfeksiyöz ajanlar (bakteri, parazit, mantar,…) ile birlikte “mikrop” olarak adlandırılır. Virüslerin ise tüm bu mikroorganizmalardan ayrılan bir yönü vardır. Virüsler, ökaryotik canlılar (zarlı organel taşıyan ve genetik materyalin zarla çevrili çekirdek yapısı içerisinde yer aldığı canlılar) gibi organeller ve nukleus yapısı (çekirdek) taşımazlar. Ayrıca virüsler, prokaryotik canlılar (zarla çevrili organel taşımayan ve genetik materyalin hücre içerisinde serbest olduğu canlılar) gibi protein yapımında görevli yapılara sahip değildir. Bu nedenle hem çoğalamazlar hem de bizim anladığımız biçimde bir yaşam süremezler. Virüsler organellerin yanı sıra metabolik aktiviteleri için gerekli enerjiyi sağlayacak sistemleri de içermezler. Bu aktivitelerin gerçekleşebilmesi için canlılar ya enzim sistemlerine sahip olmalıdır ya da enzim sistemlerinin etken maddelerini dışarından sağlamalıdırlar. Virüsler için ilk durum söz konusu değildir, o nedenle bu türlerin “yaşam kazanabilmesi” ve kendilerini çoğaltabilmesi için yegâne seçenek bir konakçının varlığıdır. Ayrıca virüsler “zorunlu hücre içi paraziti” olarak adlandırılırlar. Bahsedilen kavram içerisindeki “zorunlu” ifadesi, virüslerin bir konakçı olmadan canlı formu taşıyamayacağını anlatır.
Enfeksiyöz ajanlar: Bakteriler, parazitler ve diğerleri
“Mikrobik hastalıkları düşünün. Grip, AIDS, kızamık, Ebola, kabakulak, kuduz, çiçek, verem, veba, kolera ve frengiyi düşünün. Bütün bu hastalıklar birbirinden farklı olmakla birlikte aynı örüntüye uyar. Hepsinin etkeni tek bir mikroptur: Hücrelerimizi enfekte eden, çoğalırken bize zarar veren ve öngörülebilir bir dizi belirtiyi tetikleyen bir virüs ya da bakteri. Bu etken saptanabilir, izole edilebilir, incelenebilir.”(2) Elbette geliştirilen gözlem araçlarının yardımıyla.
Enfeksiyöz ajanlar denildiğinde virüslerin yanı sıra pek çok türden söz etmemiz gerekir. Bakteriler, parazitler, mantarlar (fungal ajanlar),… Enfeksiyon yapıcı etkileri tanımlanmış olan bakteriler, farklı fonksiyonlarla da karşımıza çıkar. Yaklaşık 4 milyar yıldır gezegenimiz üzerinde bulunan bakteriler, hastalıklara neden olabildikleri gibi canlılar için fayda da sağlayabilir. Örneğin Lactobacillus ve Bifidobacterium cinsi bakterilerin probiyotik etkisi tanımlanmıştır. Probiyotik etki, bağışıklık sistemi üzerine çalışmalarıyla bilinen zoolog Élie Metchnikoff (Ilya Mechnikov) tarafından ortaya çıkarılmıştır. Metchnikoff, 1883 yılında bağışıklık sistemi hücrelerinin, vücuttaki enfeksiyon ajanlarını içlerine alarak parçalaması anlamına gelen fagositoz mekanizmasını ortaya çıkarmıştır. Önceleri onun bu keşfi göz ardı edildi, Metchnikoff fagositoz mekanizmasına ilişkin bulgularını açıklayabilmek ve teorisini kabul ettirebilmek için yıllarca mücadele etti. Metchnikoff, 1888 yılında Odessa’dan ayrılarak Paris’teki Pasteur Enstitüsü’ne gitti. Bu gidişteki ana amaç Pasteur ile bir görüşme gerçekleştirmekti. Ardından Pasteur, Metchnikoff’a Pasteur Enstitüsü’nde çalışmalarını yürütebileceği bir oda ve bir görev verdi. Metchnikoff, yaşamının geri kalan kısmını Pasteur Enstitüsü’nde çalışma yürüterek sürdürdü. Zamanla fagositoz mekanizmasına ilişkin çalışmaları dikkat çekti ve bu mekanizmanın varlığı kabul edildi. Metchnikoff’a fagositoz çalışmaları nedeniyle 1908 yılında Nobel Fizyoloji veya Tıp Ödülü verildi. Metchnikoff, bağışıklık sistemi üzerine yaptığı çalışmalar nedeniyle immünolojinin kurucularından sayılmaktadır. Élie Metchnikoff tarafından bağışıklık üzerine yapılan çalışmalar, bakterilerin bağırsaklar üzerindeki yararlı etkisinin fark edilmesine neden oldu. Bağırsaklarımızda yararlı bakterilerin var olduğu ve zararlı bakteriler ile sindirim sistemimiz için zararlı olan ürünlerin etkilerinin probiyotikler ile giderilebileceği ilk defa Metchnikoff tarafından önerildi.(3)(4)
Yararlı veya zararlı türlerinden söz edebildiğimiz bakteriler, mikro ölçekte görüntülenebilen oldukça küçük boyutlu, tek hücreli canlılardır. Bakterileri gözlemlemek için genellikle ışın mikroskopları kullanılır. Bakteriler, yaşam ağacının belki de ilk dallarından birini oluşturur. Güncel çalışmalar ışığında kabul edilen görüşe göre canlılık, son evrensel ortak atadan (LUCA) üç ana başlığa ayrılarak çeşitlenmiştir: Bacteria (Bakteriler), Archaea (Arkeler) ve Eukaryota (Ökaryotlar). Bu ayrımdan da açıkça anlaşılabileceği gibi bakteriler, ökaryot değildirler. Yani bakteriler, zarlı organel yapısı taşımazlar. Ayrıca sahip oldukları genetik materyal, nukleus (çekirdek) zarı ile çevrilmemiştir. Yani bakterilerin genetik materyali hücre içerisinde serbest durumdadır.
Günümüz bakterilerinin ataları, Dünya üzerinde ortaya çıkan ilk canlı formlarıydı. Bu nedenle bakterilerin tarihi söz konusu olduğunda yaklaşık 4 milyar yıllık bir süreçten söz etmek gerekir. Bu 4 milyar yıllık süreç içerisinde çeşitlenerek Dünya’nın hemen hemen her bölgesine yayılan bakterileri, hücrelerimizin içinden sıcak yeraltı suyu kaynaklarına, radyoaktif atıklardan yerkabuğunun derinliklerine kadar pek çok noktada görebilmekteyiz. Bakterilerin bulundukları alanlardan bazıları oldukça ilginç ve bir o kadar da önemlidir. Örneğin, hücrelerimizin içerisinde yer alan bazı organeller bakteri kökenlidir. Organeller, canlı hücrelerin içerisinde yer alan ve farklı görevlere sahip olan yapılardır. Genellikle tek veya çift zar tabakası taşıdıkları için prokaryot canlılarda bulunmazlar. Prokaryot canlılar, ya organellerde gerçekleşen kimyasal reaksiyonların etken maddelerini ya da organellerin zar yapısı taşımayan farklı formlarını bulundururlar. Hücrelerimizin enerji santrali olan mitokondri ile bitkilerin ışık enerjisini kullanarak fotosentez yapmasını sağlayan kloroplast, bakteri kökenli olan organellerdir.
Bazı organellerin bakterilerden köken almasını açıklayan Endosimbiyotik Teori, 1855-1921 yılları arasında yaşayan Rus botanikçi Konstantin Mereschkowsky tarafından ortaya atıldı. Mereschkowsky, 1905 yılında yazdığı bir makalede kloroplastın ve nukleus yapısının (hücre çekirdeği) kökenini tartıştı. Kloroplastın kökenine ilişkin olarak bakterileri işaret eden Mereschkowsky, bu teorisini kloroplastın hücre dışına çıkarıldığında da çoğalabiliyor olmasına ve diğer gözlemlerine dayandırdı. Mereschkowsky’nin bu görüşü, 20. yüzyılın ilk yirmi yılı boyunca ciddiyetle araştırıldı. Ancak Mereschkowsky’nin ölümünün ardından Endosimbiyotik Teori yaklaşık yarım yüzyıl sürecek bir karanlığa bırakıldı. Mereschkowsky kendi çalışmalarında kloroplast organeline ve nukleus yapısına odaklanmıştı.(5) Endosimbiyotik Teori’nin gelişmesinde katkıları bulunan Mereschkowsky, bilim dünyası içerisinde çalışmaları ve geliştirdiği teorilerle değil; pedofili ve tecavüz suçlamalarıyla süren davaları, ırkçılığı, milliyetçiliği ve öjenik (eugenics) olarak adlandırılan harekete desteği ile biliniyordu.(6)
Endosimbiyotik Teori yeniden ilgi görmeye başladığı dönemde çeşitli araştırmacılar bu teoriye mitokondri organelini de ekledi. Kelime kökenine bakılacak olursa simbiyoz, iki farklı türün de birlikte yaşamaktan karşılıklı yarar görmesiyle ortaya çıkan ortak yaşam biçimidir. İki organizmadan biri diğerinin içerisinde yaşarsa bu yaşam biçimi endosimbiyoz adını alır. Teoriye göre kloroplast organeli siyanobakterilerden (Cyanobacteria), mitokondri ise Rickettsiales bakterilerinden köken almıştı. Endosimbiyotik Teori, büyük bir hücrenin ve içerisine aldığı bakterilerin yaşamlarını devam ettirebilmek için birbirlerine nasıl bağımlı hale geldiklerini açıklar. Bu bağımlılık zamanla kalıcı bir ilişki ile sonuçlanmıştır.
Bakteriler hem hücrelerimizdeki enerji üretme, besin sentezleme (bitki hücreleri için kloroplast) gibi reaksiyonların gerçekleşmesinde hem de bazı sistemlerimizin çalışmasında (sindirim sistemi – probiyotik etki) etkin rol oynar. Ancak biliyoruz ki enfeksiyöz ajan terimi özellikle de virüslerin ve bakterilerin potansiyel yıkıcı etkilerini çok iyi açıklar. Bakteriler gibi hem yararlı hem zararlı türleri olan organizmaların dışında kimi enfeksiyon ajanları ise sadece zarar verir. Bunlar konakçı olarak belirledikleri hücrelerde veya dokularda (özel fonksiyonlar kazanmış hücre yığınları) yaşayan, konakçıya sadece zarar veren, konakçıdan beslenen ve onu tüketen parazit canlılardır. Parazitler, tek hücreli olabileceği gibi gelişmiş karmaşık sistemlere sahip canlılar da olabilmektedir. Hatta parazitler, bazı bakterileri, mantarları ve virüsleri de içermektedir.
Diğer enfeksiyöz ajanlar ise mantarlar ve prionlardır. Aslında mantarlar (Fungi), tek hücreli ve çok hücreli türlere sahip bir canlı âlemidir. Örneğin ekmek yapımında, turşu ve benzeri fermente gıdaların yapımında ve içki yapımında kullanılan mayalar da birer mantar türüdür. En önemli maya türlerinden biri olan ve fermente gıdaların üretiminde de kullanılan Saccharomyces cerevisiae türü mantarlar maya genetiği ve maya biyoteknolojisi gibi bilim alanlarında da kullanılmaktadır. Bakterilere benzer şekilde mantarların yararlı türleri de hastalık yapıcı etkilere sahip türleri de bulunur. Söz konusu etkilere sahip türler, mantarların enfeksiyöz ajanlardan biri olarak adlandırılmasına neden olmaktadır. Prionlar ise çok küçük yapıdaki enfeksiyöz ajanlardır. Prionlar proteinden oluşur ve genetik materyal taşımazlar. Prionlar, proteinlerin yapısının bozulması ve enfeksiyon yapma yeteneği kazanmalarıyla birlikte oluşur. Prionları kısaca yapısı bozulmuş protein olarak adlandırabiliriz. Genellikle sinir sistemi üzerinde etkili olan prionlar, geri döndürülemez hasarlar oluşturur. Bir dönem halk sağlığı açısından taşıdığı risk nedeniyle gündemimizde olan deli dana hastalığı (Bovin süngerimsi ensefalopati) da bozuk yapılı proteinlerden yani prionlardan kaynaklanan hastalıklardandı.
Virüsün yapısı ve genetik özellikleri
Enfeksiyonlar yoluyla canlı sağlığının tehdit edilmesi konusunda en maharetli türler virüslerdir. Çünkü virüsler doğrudan canlı yapı taşımadığı halde, konak hücre olarak seçtiği canlı hücreyi enfekte edip o canlının enzim sistemlerini ve çoğalma mekanizmasını kullanır. Virüsler söz konusu olduğunda bazı kavramlar karşımıza çıkar. Bu kavramlardan olan virion bir virüsün tüm yapılarını barındıran tam bir virüs parçacığına denir. Virüsün hücre dışı formu olarak da adlandırılabilir. Serbest durumdaki virüs partikülleri olan virionlar, tıpkı virüsler gibi kendi kendilerine çoğalamazlar. Virüsler (ve virionlar) üç temel yapıdan oluşurlar: Bunlar viral genom (virüsün DNA veya RNA olabilen genetik materyali), genetik materyali saran ve koruyan kapsid, bu yapıyı saran lipit (yağ molekülü) tabakalı zarf yapısı.
Virionun ana görevi, viral genomu konakçı hücreye iletmektir.(7) Dolayısıyla virionlar canlı dokuyu enfekte edebilme kabiliyeti taşıyan tam bir fonksiyonel virüstür. Virüsler, RNA veya DNA nükleik asitlerinden sadece birini taşır. Bu nedenle viral genom tek bir nükleik asit türü içerebilir. Canlılar üzerinden örneklendirecek olursak DNA, hücrelerimizin nukleusunda (çekirdek) bulunan ve hücrenin yönetimi ile diğer hücrelerle yapılacak ilişkilenmeleri düzenleyen ana nükleik asittir ve çift zincirli (veya iplikli) sarmal yapı taşır. RNA ise, çift zincirli DNA molekülündeki kod üzerinden sentezlenen tek zincirli bir nükleik asittir. Protein yapımı gibi önemli mekanizmalarda etkili olan RNA nükleik asiti, etkin olduğu mekanizmalardaki işlevine göre çeşitli türlere (mRNA, tRNA, rRNA,…) ayrılır. Diğer hücrelerin genom yapıları için çift iplikli DNA yapısından söz ederken, virüs genomu için bir istisnadan bahsetmeliyiz. Virüsler, çift iplikli DNA genomunun yanı sıra tek iplikli DNA genomu da taşıyabilirler. Aynı şekilde diğer hücre yapıları için tek iplikli RNA genomunun varlığından söz ederken, virüsler özelinde bir istisna daha gözümüze çarpar: Virüsler çift iplikli RNA genomu da taşıyabilirler.
Virüslerin sahip oldukları genom, kapsid adı verilen bir protein kılıf ile sarılıdır. Kapsid, viral genomu hem dış etkilerden korur hem de virüsün konakçının dış yüzeyine yapışmasını sağlar. Ayrıca virüslerin şeklinin belirlenmesi de kapsid yapısına bağlıdır. Kapsid, kapsomer adı verilen daha küçük yapılı boğumların bir araya gelmesiyle oluşur. Bu boğumların simetrik dizilimine göre ise virüsün şekli belirlenir. Virüsler için önemli olan bir diğer yapı ise sadece bazı virüslerin taşıdığı zarftır. Viral zarf, virüs genomunu koruyan kapsid yapısını çevreler. Böylelikle kapsid yapısı ve viral genom daha güçlü bir biçimde korunmuş olur. Viral zarf glikoprotein ve lipit (yağ) yapıdadır. Glikoproteinler, karbonhidrat ve protein moleküllerinin hammaddelerinden (monosakkaritler ve aminoasitler) oluşan moleküllerdir. Bu moleküller hücre membranında (hücre zarı) bulunur ve hücrelerin özgüllüğünü sağlar. Bu özgüllük sayesinde hücreler birbirleriyle iletişim kurabilir, madde alışverişi denetlenebilir ve dış etkiler fark edilebilir. Tüm bunlar glikoproteinlerin etkinliğinde gerçekleşir. Viral zarf yapısında yer alan glikoproteinler ise virüsler için avantaj sağlar. Viral zarf kendisini taşıyan virüs türlerinde kapsidin de dışında bulunur, bu nedenle konakçıya tutunmayı viral zarf gerçekleştirir. Viral zarfta da, virüsün konakçı olarak seçtiği hücrede de glikoprotein yapısı bulunur. Dolayısıyla virüs bir konakçıya tutunduğunda yabancı olarak algılanmaz; kolaylıkla konakçı hücrenin membranı (hücre zarı) ile virüsün zarf yapısı kaynaşabilir ve virüsün genetik materyali hızlı bir biçimde konak hücre içerisine girebilir. Zarf taşıyan virüsler bağışıklık sistemi tarafından doğrudan fark edilmeyebilir. Viral zarfın virüslerin etkinliğini artıran bir özellik olduğunu vurgulamak gereklidir. Çiçek hastalığı ile ilişkili, ışık mikroskobunda görülebilecek kadar büyük bir yapıya sahip olan Poxvirüsler (200 nm boyutunda), suçiçeği ve zona ile ilişkili Herpesvirüsler, grip hastalığı ile ilişkili olan Influenza virüsleri viral zarf taşıyan virüs türlerindendir.
Bazı virüsler viral zarf üzerinde yine glikoproteinden oluşmuş sivri uçlar bulundurur. Bu uçlar, konakçı hücreye tutunmayı kolaylaştırır. Çin’in Wuhan kentinde ortaya çıkan, dünya geneline yayılmaya başlayarak salgına dönüşen ve can kayıplarına neden olan koronavirüsün içerisinde bulunduğu Coronaviridae ailesi de viral zarf taşıyan virüslerden oluşur. SARS-CoV-2 olarak adlandırılan Wuhan koronavirüsünün yayılımının görece daha kolay olmasının nedenlerinden biri de zarf yapısı üzerinde taşıdıkları sivri uçlardır.
Virüsler genellikle 20-300 nm arasında değişen büyüklüklere sahiptir. 1 nanometrenin 1 metrenin milyarda biri olduğu göz önünde bulundurulacak olursa, virüslerin ne kadar küçük boyutlu oldukları daha iyi anlaşılabilir. Bazı istisnai virüsler haricinde kalan virüsler taşıdıkları bu küçük yapı nedeniyle bakterilerin gözlemlendiği ışık mikroskobunda gözlemlenemezler. Optik mikroskop veya yaygın kullanımdaki adıyla ışık mikroskobu, bakterilerin ve daha büyük ölçekli hücrelerin, dokuların ve laboratuvar örneklerinin incelenmesi için kullanılır. Virüsler ise elektron mikroskobu ve virüslere özgü gözlem araçları vasıtasıyla görüntülenebilir. Yine X-ışını difraksiyonu, krioelektron mikroskopi ve boyama tekniklerinin kullanımı ile virüsleri gözlemleyebilmekteyiz.
Virüslerin sınıflandırılması
Virüsler taşıdıkları viral genom üzerinden kabaca yedi gruba ayrılabilirler: Çift iplikli DNA virüsleri (dsDNA virüsleri), tek iplikli DNA virüsleri (ssDNA virüsleri), çift iplikli RNA virüsleri (dsRNA virüsleri), pozitif yönelimli tek iplikli RNA virüsleri ((+)ssRNA), negatif yönelimli tek iplikli RNA virüsleri ((−)ssRNA), ters transkripsiyon özelliği taşıyan RNA virüsleri (ssRNA-RT), ters transkripsiyon özelliği taşıyan DNA virüsleri (dsDNA-RT). Bu sınıflandırma Amerikalı mikrobiyolog David Baltimore tarafından yapılmıştır. Baltimore, 1971 yılında Amerikan Mikrobiyoloji Derneği tarafından yayınlanan Bacteriological Reviews dergisinin 35. cildinin 3. bölümünde yer alan “Expression of Animal Virus Genomes”(8) başlıklı yazıda bu sınıflandırmaya yer vermiş ve sınıflandırmada yer alan virüsleri detaylı bir biçimde açıklamıştı. Baltimore’un çalışmalarının odaklandığı bir başka alan olan mRNA’lar ve mRNA’ların viral genom üzerindeki etkisi de bu yayında konu edilmişti. (mRNA’lar, DNA’daki kod üzerinden protein sentezinde görevli olan moleküllerdir.) Baltimore bu yayında her bir virüsün taşıdığı genetik bilgiyi bir nesilden diğerine aktarmak için farklı bir tarza sahip olduğunu ve virüslerin bu tarzlar üzerinden sınıflandırılabileceklerini ifade etmiştir.
Baltimore’a göre virüslerde esas olarak iki süreç öne çıkar: Genetik materyalin çoğaltılması ve genetik materyale özgü bilgilerin kontrollü bir biçimde ifade edilmesi. Baltimore, bu noktada viral genetik sistem kavramına da odaklanır; viral genetik sistemi, belirli bir virüsün replikasyon (genetik materyalin kendi kopyasını oluşturması) ve transkripsiyon (protein sentezi sırasında gerçekleşen işlemlerden biri) işlemlerini gerçekleştirmek için kullandığı özel mekanizmalar olarak tanımlar. Viral genetik sistemin ürünlerine de bu yayında dikkat çekilir. Virüslerin taşıdıkları genetik materyalin ve bu materyal aracılığıyla oluşan sistemin iki son ürünü vardır: Yeni bir genetik materyal ve mRNA.(9) 1971 yılında çıkan bu yayınla tanımlanan Baltimore sınıflandırması, virüslerin mRNA sentezleme mekanizmasındaki farklılıklara dayalıdır.
Baltimore sınıflandırması, ICTV (International Committee on Taxonomy of Viruses / Ulusal Virüs Sınıflandırması Komitesi) tarafından yapılmış olan sınıflandırma ile birlikte kullanılır. Komite tarafından yapılan sınıflandırmada, canlıları sınıflandırırken kullandığımız taksonomik birimlerin dışında realm ve subrealm taksonomik birimleri bulunur. Bu iki terim virüs sınıflandırmasına özgüdür. Realm, virüs sınıflandırmasında kullanılan en üst sınıflandırma birimidir. Şimdiye kadar realm sınıflandırma biriminde yalnızca bir takson tanımlanmıştır. Riboviria taksonu 15 Ekim 2018 günü önerildi, ardından Mart 2019’da realm sınıflandırma birimi olarak kabul edildi.
Realm taksonomik biriminin ardından subrealm taksonomik birimi gelmektedir ancak şimdiye kadar bu taksonomik birim içerisinde tanımlanmış herhangi bir takson olmamıştır. Bu noktada virüslerin sınıflandırılmasındaki kritik bir noktayı vurgulamak gerekir. Canlıların sınıflandırılmasında sadece benzer özelliklere odaklanılmaz, aynı zamanda canlılar arasındaki evrimsel ilişkiler de irdelenir. Böylelikle oluşturulan filogenetik ağaçlar, aynı zamanda canlıların özellik kazanımlarını, türleşmelerini ve dolayısıyla da evrimlerini incelebileceğimiz bir hattı sunar bize. Ancak virüslerin sınıflandırılması için aynı durum sadece bir ölçüde geçerlidir. Örneğin realm taksonomik birimi, en üst sınıflandırma birimi olarak kabul edilse bile, bütün virüs türlerini, virüs ailelerini ve virüs takımlarını içermez. Realm sadece belirli ortak özellikler çevresinde toplanmış virüsleri içerir. Bunun dışında virüs sınıflandırması içerisinde çok sayıda takım, aile ve henüz tanımlanmamış türler bulunmaktadır.
Biliminsanları tarafından Riboviria isimli bir realm taksonomik biriminin oluşturulması önerisi, belirli virüslerin ortak özelliklerine ve yapılarına odaklanan çalışmaların ardından geldi. Riboviria’da kendini çoğaltabilmek için aynı türden enzime (RNA’ya bağımlı RNA polimeraz – RdRps) ihtiyaç duyan RNA virüsleri toplandı. Önerideki temel hedef, virüs taksonomisinin geliştirilmesi ve belirli özellikleri ortak olan virüslerin ortak bir sınıflandırma altında toplanmasıydı. Riboviria isminin ön eki olan “ribo-” ise bu sınıflandırma birimi altında toplanan virüslerin taşıdıkları genetik materyalin RNA molekülü olmasından kaynaklanır. Riboviria sınıflandırma birimi altında Baltimore sınıflandırmasında yer alan üç virüs grubu bulunur. Bu virüslerin enfekte edebildikleri konakçılar büyük ölçekli bir çeşitliliğe sahiptir. Henüz oldukça yeni olan bu sınıflandırmayı yapan biliminsanları, önerileri ile birlikte ICTV’ye sundukları raporda virüs çeşitliliği ve viral evrim konusundaki bakış açımız geliştikçe, Riboviria’nın bileşimi ve belki de adlandırılmasında güncellemeler yapılabileceğini belirtmiştir.(10)
Virüslerin sınıflandırılması, canlıların sınıflandırılmasından farklı bir hat izler. Canlılar için kullandığımız pek çok sınıflandırma birimi, virüsler için henüz kullanılabilir değildir. Bu nedenle bazı sınıflandırma basamakları boş kalır, ICTV tarafından sunulan sınıflandırmada doldurulamaz durumda olan sınıflandırma basamakları atlanmıştır. Aynı şekilde bazı virüslerin bulundukları ortak bir aile, takım veya sınıfın varlığından söz edebiliyorken, bu virüsler için daha üst taksonomik birimlerinin kullanımıyla bir sınıflandırma yapamayız. Çünkü bazı virüsler ortak özellikleri nedeniyle aynı birim içinde bulunsa bile birlikte bir üst sınıflandırma basamağını oluşturabilecekleri başka virüsler yoksa, bir üst sınıflandırma birimi oluşturulamayabilir. Bu durum da virüs sınıflandırmasında karşılaşılan boşluklu yapının oluşma nedenlerinden biridir.
Riboviria realm sınıflandırma basamağı, Negarnaviricota isimli şubeyi içerir. Söz konusu şube, bu realm içerisindeki tek şubedir. Negarnaviricota, negatif yönelimli tek iplikli RNA virüslerini içerir. Şubenin içerisinde çok sayıda virüs sınıfı, takımı, ailesi ve türü bulunur. Bu şubenin yanı sıra Riboviria içerisinde Nidovirales, Picornavirales, Tymovirales takımları yer alır. Bahsedilen takımların içerisinde de çok sayıda virüs ailesi bulunmaktadır. Riboviria içerisinde bu takımların haricinde çok sayıda virüs ailesi ve bu ailelerden bağımsız olan çok sayıda virüs cinsi yer almaktadır. Aynı şekilde Riboviria realm sınıflandırma biriminin dışında, bu sınıflandırma biriminden tamamen bağımsız olarak, dört ayrı virüs takımı, 46 farklı virüs ailesi ve üç ayrı virüs cinsi bulunmaktadır.(11) Virüslerin sınıflandırılması, canlıların sınıflandırılması ile kıyaslandığında karmaşık gibi görülebilir. Ancak bu sınıflandırma sistemi, sadece konakçı olarak seçtikleri hücreler vasıtasıyla “canlı” form taşıyabilen virüslerin çeşitliliğinin ve türleşmesinin ne boyutlarda olduğunun anlaşılması açısından oldukça yararlıdır.
Bakterileri enfekte eden virüsler: Bakteriyofaj
Virüsler içerisinde bazı türler enfekte ettikleri canlı grubuna göre gruplandırılmıştır. Bu gruplardan bir tanesi olan bakteriyofajlar bilimsel çalışmalardaki kullanımlarıyla öne çıkar. Bakterileri enfekte eden virüsler bakteriyofaj veya kısaca faj olarak isimlendirilir. Felix d’Herelle tarafından keşfedilen bakteriyofajların aslında oldukça ilginç bir hikâyesi var. Birinci Dünya Savaşı sırasında askerler yığınlar halinde ölmeye başlamıştı. Ölümlerin bir nedeni savaş, diğer bir nedeni ise salgın halinde yayılan hastalıktı. Henüz antibiyotikler keşfedilmemişti ve bakteri kökenli olan salgın hastalığa kesin bir çözüm geliştirilemiyordu. Felix d’Herelle 1917 yılındaki bu ölümleri araştırdığı sırada “bakterileri ortadan kaldıran güçlü bir madde” keşfetti. Ancak bu madde, antibiyotik benzeri bir ilaç ya da bir ilacın etken maddesi değildi. Felix d’Herelle, “antibiyotik yerine, daha önce kimsenin hayal etmediği bir şey keşfetmişti: İnsanlara ya da diğer hayvanlara ya da bitkilere saldırmayan bir virüs”(1); Herelle, bahsedilen virüs türünün bakterileri konakçı olarak seçtiğini ifade ediyordu. Dizanteri salgınına ilişkin araştırmaları sırasında hasta kişilerden elde ettiği örnekleri analiz eden ve dizanteriye neden olan bakterileri virüslerle muamele eden Herelle, bir süre sonra virüslerin bakterileri öldürdükleri ve geride bakterilerin yarı saydam ölü bedenlerini bıraktıkları sonucuna vardı. Analizin gerçekleştiği ortamı ise “bakteri savaş alanı” olarak tanımladı. “Herelle, keşfettiği virüslerin kendilerine özel bir ismi hak edecek kadar esaslı olduğuna inanıyordu. Onlara ‘bakteri yiyiciler’ anlamına gelen bakteriyofaj adını taktı.”(1)
Bakteriyofajlar, yani bakterileri enfekte eden virüsler, taşıdıkları glikoprotein uçlarla enfekte edecekleri bakteriye tutunur. Bir bakteri aynı anda 300 kadar faj tarafından enfekte edilebilir. Bakterilerin yüzey yapısı türe özgü olarak değişim gösterir, bu nedenle fajlar da genellikle bakteri türüne özgüdür. Aslında çeşitli canlılar üzerinde yayılım gösterseler de virüsler genellikle belirli bir konakçı üzerinde etkili olurlar. Örneğin tütün mozaik virüsü, tütün bitkisi üzerinde etkilidir. Diğer mozaik virüsleri, başka bitkiler üzerinde etkili olsa da, hayvan hücreleri içeren canlılarda, örneğin insanlarda, etkili olmazlar. Bakteriyofajların her biri de hücre yüzey yapısına bağlı olarak farklı bakteri hücrelerini enfekte ederler: “… bakteri öldüren sıvı ile E.coli’yi (bakteri) karıştırıp mikroskopların altına koyduklarında, bakterilere fajlar tarafından saldırıldığını gördüler. Fajların, içerisinde, örümceğin bacakları gibi görünen bir kümenin tepesine oturarak sarmalanmış genlerin bulunduğu, kutu benzeri kabukları vardı. Fajlar, aya ayak basan biri gibi E. coli’nin yüzeyine indiler ve sonra da DNA’larını fışkırtarak mikrobun içine girdiler.”(1)
Faj, bakterinin yüzeyine tutunduktan sonra diğer aşamaya geçilir. Bu aşamada bakteriyofajın kuyruk kısmı bakterinin hücre duvarına girer, burada açılan boşluktan fajın genetik materyali bakteri içerisine aktarılır. Bakteri hücresi hücre duvarında açılan boşluğu fark eder ve tamir mekanizmasını harekete geçirir. Bakteri kendi hücre duvarını tamir eder ancak virüsün (fajın) genetik materyali çoktan bakteri içerisine girmiştir. Bu sırada bakteriyofaja ait olan kuyruk ve kapsid yapısı bakterinin dışında kalır. Bazı fajlar, genetik materyalleri ile birlikte sahip oldukları bazı proteinleri de bakteri içerisine aktarabilir. Tütün mozaik virüsü gibi bazı bitki virüsleri, sahip oldukları kapsid yapısını da bakteri içerisine aktarabilmektedir: “… her farklı faj türü kendi ev sahibine farklı bir şekilde davranır. Herelle, çoğalırken kendi ev sahibini öldüren, hücreleri eriten kötü bir faj formu bulmuştu. Bordet, ılımlı bir faj olarak anılan daha yardımsever bir virüs türü bulmuştu.”(1)
Konakçı (bakteri) içerisine girişin ardından gelişim dönemine geçilir. Bu evrede konakçı bakterinin enzim sistemleri kullanılır. Enzim sistemleri konusunda istisna olan bazı virüsler hariç tüm bakteriyofajlar, bakterinin genetik bilgisini kullanarak kendini çoğaltır. Fajın sahip olması gereken kapsid, kuyruk, genetik materyal gibi yapıların hepsi bakteri içerisinde sentezlenir. Yeni fajlar yeterli sayıya ulaştıklarında bakteri hücresini patlatarak serbest hale geçer. Bu bazı faj türlerinin tercih etmediği bir yoldur.
İkinci yol ise, virüs kaynaklı enfeksiyonlara karşı direnç gelişimine ve evrime açılır. “Ilımlı fajlar” olarak adlandırılan bu faj grubu, bakterilere zarar vermez; ya enfekte ettikleri bakterilerin içerisinde yaşamlarını sürdürür ya da faja ait genetik materyal bakterinin genetik materyaline entegre edilir. Bakterilerin içerisinde yaşamlarını sürdüren fajlar, bakterilerin çoğalmasıyla birlikte oluşan yeni hücrelere de aktarılır. Bakterinin genetik materyaline entegre olan fajlar ise bu genetik materyalde “yaşar”: “Bir ılımlı faj, ev sahibi mikroba hastalık bulaştırdığında, ev sahibi yeni fajlarla ortaya çıkmaz. Bunun yerine, ılımlı hücrenin genleri, ev sahibinin kendi DNA’sına dahil olur ve ev sahibi büyümeye ve bölünmeye devam eder. Bu sanki virüsün ve ev sahibinin tek yürek haline gelmesi gibidir.”(1)
VİRÜSLER VE İNSAN EVRİMİ
‘BİZLER ASLINDA KISMEN VİRÜSÜZ’
İnsan evrimine ilişkin çalışmaların çoğu, insanlar ve onların Hominid ataları üzerinde yoğunlaşmıştır. Genellikle insan evriminin konu edildiği çalışmalarda, insanların aynı alanda bir arada yaşadığı diğer türlere dikkat çekilmemiştir. Ancak bir popülasyonda, özellikle de insan popülasyonunun oluşturduğu toplumlarda, hayatta kalmak ve tür devamlılığını sağlamak için diğer organizmalarla (veya türlerle) etkileşim halinde olmak kaçınılmazdır. Tüketilen gıdalar, etrafta bulunan diğer canlılar, bulaşıcı hastalık ajanları… tüm bunlar insanın evriminde oldukça büyük bir rol oynamıştır.(12) Moleküler biyolog Salvador Edward Luria, 1945 yılında yaptığı bir çalışmada bakteriyofajlara odaklandı: Bakterileri enfekte edebilen ve bakterilerin çoğalma mekanizmasını kullanarak kendi kopyalarını üretebilen bu virüslerin kendi genetik materyallerini bakteri genomuna nasıl aktardıklarını inceledi. Biyofizik ve moleküler biyoloji üzerine çalışmalarıyla bilinen Max Delbrück(13) ile bakteriyofajların bakteriler içerisinde nasıl çoğaldıklarına ilişkin ilk çalışmaları yaptı.
1940’lı yıllarda virüslerin genetik yapısı hakkındaki çalışmalarını sürdüren Luria, UV ışık ile öldürülen bir bakteriyofajın, aynı konakçıyla temas ettiğinde kendini yeniden oluşturabildiğini raporladı. Benzeri çalışmalara konu ile ilgilenen diğer biliminsanları da imza atmıştı. Luria bu çalışmasında, UV ışık ile hasar alan viral genlerin aynı konakçıyı enfekte etme durumunda genlerinin hasarlı bölgelerini değiştirerek kendilerini çoğaltmaya devam edebileceklerini kaydetmişti. Virüsler, belirli koşullar altında UV ışık ile hiç temas etmemiş gibi tekrar eski yapılarına dönebiliyordu.
Virüslerin çoğalma mekanizmalarına ve genetik yapılarına ilişkin araştırmalarına devam eden Salvador Luria, konakçıların yapılarından kaynaklı olarak bakteriyofaj genomunda meydana gelen değişimleri inceledi. Analizleri sırasında oldukça ilginç bir durum dikkatini çekti: Bakteriyofajların şiddetli istilasına rağmen bakteriler kendilerini korumak için çeşitli sistemlere sahipti. Yani bazı bakteriler, viral enfeksiyonlara karşı diğerlerinden daha dirençliydi. Salvador Luria, Mary Human gibi biliminsanlarının deneysel çalışmaları ve araştırmaları bakterilerin sahip olduğu direnci ortaya çıkarmıştı. Ancak bu direnci sağlayan ana mekanizma 1960’lı yıllarda Werner Arber ve Stuart Linn tarafından aydınlatıldı. Arber, dirençli bakterileri enfekte eden bakteriyofajın genetik materyalinde dramatik bir değişim yaşandığını gözlemledi. Fajın genetik materyali ayrışmaya başlıyordu ve parçalara ayrılıyordu. Arber bu gözleminin ardından dirençli bakterilerin kendilerini istila eden bakteriyofajların genetik materyalini parçalamak için bir enzim kullandıklarını ileri sürdü. Arber’in bu tahmini 1960’ların sonunda Stuart Linn ile birlikte yaptıkları çalışmayla doğrulandı.(14) Bakterilerin geliştirdiği direnç Restriksiyon enzimi (Restriksiyon endonükleazı) olarak bilinen bir enzim grubu ile sağlanıyordu. Keşfedilmelerinin ardından Restriksiyon enzimleri, genetik mühendisliğinde sıklıkla kullanılan araçlar halini aldı.
Fajlara karşı direnç geliştiren bakterileri ilk gözlemleyen biliminsanlarından olan Salvador Luria, virüslerin çoğalma mekanizması ve genetik yapısı ile ilgili çalışmaları dolayısıyla 1969 Nobel Fizyoloji veya Tıp Ödülü aldı.(15)
Salvador Luria’nın “moleküler genetik açıdan parazit”(12) olarak nitelendirdiği virüsler konakçı canlıların evrimlerine çok güçlü etkilerde bulunur. “En küçük mikroptan en büyük memeliye kadar bütün türler, virüslerin eylemlerinden etkilenirler. Evrim sırasında, her bir hayvanın, bitkinin ve mikrobun nasıl şekillendiğini düşündüğümüzde, bunda diğer türlerle bu gezegeni paylaşan ufacık ve güçlü virüslerin de etkin bir rol oynadığını gözden kaçırmamalıyız.”(1) Bakterilerin kendilerini enfekte eden bakteriyofajlardan korunmak için kullandıkları enzim grubu da virüslerin evrime etkilerine bir örnektir. Virüslerin canlı evrimine etkisi özellikle de bitkiler üzerinde süren çalışmalar yoluyla bilinen bir durumdu. Biyoistatistik, genetik ve evrimsel biyoloji alanlarında çalışma yürüten John Burdon Sanderson Haldane, 1949 tarihli bir yayınında bulaşıcı hastalıklara ve enfeksiyonlara karşı mücadelenin önemli bir evrimsel süreç olduğunu öne süren ilk biliminsanlarından biriydi. Haldane yayınlarında enfeksiyöz ajanların canlıların evrimindeki olası etkilerini de anlatmıştır. Örneğin canlıların üreme sistemlerinde enfeksiyona neden olarak tür devamlılığını etkileyen bir hastalık etkeni, evrimleşmede etkili olan seçici bir enfeksiyöz ajandır. Dolayısıyla özellikle de başka türler ile rekabet halinde olan bir tür açısından bakıldığında, bu enfeksiyöz ajan tarafından enfekte edilme durumunda türün ortadan kalkması bile mümkündür.(12) 1950’li yıllarda virüsler üzerine çalışma yürüten biliminsanları, virüslerin mekanizmalarına ilişkin çok az bilgiye sahiptiler. İnsanları hasta eden virüslerin çalışma mekanizması hakkında çok az veri vardı. “Örneğin, papilloma virüsünün neden tavşanlarda boynuz gelişimine sebep olduğunu ve neden her yıl yüz binlerce rahim ağzı kanseri vakasını ortaya çıkardığını bilmiyorlardı.”(1) Biliminsanları bu dönemde virüslerin ev sahibi konumundaki hücrenin savunma mekanizmasını nasıl etkisiz hale getirdiklerini henüz aydınlatamamışlardı. Yanıtlanamayan bir başka soru ise, virüslerin gezegen üzerindeki herhangi bir türden daha hızlı evrimleşmelerine neden olan mekanizma hakkındaydı. Yine “1950’lerde, daha sonra HIV virüsü olarak adlandırılacak bir virüsün, şempanzelerden insan türüne zaten sıçramış olduğunu ve 30 yıl sonra, tarihteki en ünlü katillerden biri olacağı”(1) bilinmiyordu.
Başka bir açıdan bakacak olursak enfeksiyonlar canlılar için yararlı da olabilir. Bazı türlerde yeni özellikler veya enfeksiyon ajanına karşı direnç mekanizmaları gelişebilir. Hastalıklara karşı direnç mekanizmalarına bakıldığında geniş ölçekli bir genetik çeşitlilikle karşılaşırız. Enfeksiyöz ajanların evrimleşme hızları göz önünde bulundurulduğunda, tür içindeki bireylerin direnç mekanizmalarında genetik çeşitliliğin sağlanması türün devamlılığı açısından yararlıdır.(12) Haldane’a göre, direnç mekanizmasındaki çeşitlilik, coğrafi izolasyon (canlıların coğrafi şartların etkisiyle birbirlerinden ayrılması / coğrafi yalıtım) ile birleşirse konakçı konumundaki canlılarda yeni özellik kazanımları ve türleşme meydana gelebilirdi.
Virüsler ve etkilerine ilişkin çalışmalarda insan evriminin odak noktasına alınması çok geç evrelerde gerçekleşti, enfeksiyonların insan evrimi üzerindeki etkisi geçmiş dönemlerde hak ettiği değeri görememişti. Ancak 1990’lardan bu yana, insanları enfekte eden virüsler üzerine süren moleküler genetik çalışmalarında, virüslerin eski insanlardan günümüze evrim sürecindeki etkisine odaklanılıyor.(12)
Viral enfeksiyonlar ve direnç araştırmalarında kullanılan hemen hemen her hayvanda şaşırtıcı bir biyokimyasal çeşitlilik gözleniyordu. Moleküler genetik alanında çalışan biliminsanları son yarım yüzyıldır söz konusu biyokimyasal çeşitliliğin genetik arka planını araştırıyorlar. Bazı biliminsanları konakçı ve enfeksiyon ajanı arasındaki “direnç yarışı” sırasında genetik çeşitliliğe duyulan ihtiyacın tür devamlılığında bile etkili olduğunu ifade ediyor. Bu noktada vurgulanması gereken kavramlardan biri olan polimorfizm, genetik materyalimizde meydana gelen dizi değişimleriyle birlikte farklı özelliklerin ortaya çıkması olarak tanımlanır. Polimorfizm, genetik çeşitliliğin esas noktalarından biridir.(16) Enfeksiyöz ajanların, konakçı genomu üzerindeki baskısı, hücre membranımız (hücre zarı) üzerinde yer alan glikoproteinleri kodlayan gen bölgelerindeki yoğun polimorfizmin temel nedeni olarak kabul edilir. Söz konusu polimorfizm (MHC), şempanzeler ile insanlar arasındaki ayrışmadan önce ortaya çıkmıştır.(12) Büyük doku uygunluk kompleksi (MHC) genleri, omurgalıların genomunda bulunan en polimorfik genler olarak bilinmektedir. MHC molekülleri, bağışıklık sisteminin hücrelerinden olan lökositler (akyuvar) ile hücrelerimiz arasındaki ilişkilenmede işlev görür. Organ nakillerinde doku uyumunun sağlanıp sağlanmadığı MHC molekülleri üzerinden anlaşılabilir. İnsanlardaki MHC moleküllerine insan lökosit antijeni (Human Leukocyte Antigen / HLA) adı da verilmektedir. HLA yani insan MHC molekülleri üzerinde yapılan çalışmalar 100’ün üzerinde hastalığı, bu moleküllerin oluşumunda etkili olan genlerle ilişkilendirmiştir. Bu genlerin kökenlerinin enfeksiyöz ajanlar olduğu düşünülmektedir. MHC moleküllerinin en dikkat çekici özelliklerinden biri “karşı tür poliformizmi” (TSP) olarak adlandırılan bir kavramdır.(17) Karşı tür polimorfizminin (TSP) kökeni türleşme meydana gelmeden önce ortaya çıkan ve evrimsel olarak ilişkili olan türler arasında paylaşılan polimorfizmleri oluşturan eski genetik dizilerdir.(18)
Konakçının genetik yapısıyla doğrudan temas
Biliminsanları 2000’lerin başında yaptıkları çalışmalarla, enfeksiyöz ajanların türler arasındaki rekabete etki edebileceğini ve bazı türler için yok olma tehlikesini artırabileceğini ortaya koydu. Enfeksiyöz ajanların konakçı olarak seçtikleri canlıların evrimini etkileyebileceği bir başka yol da konakçının genomu ile doğrudan etkileşime girmektir.(12): “Bu enfeksiyöz ajanlardan olan virüsler o kadar uzun zamandır hayatımızın bir parçasıdır ki, bizler aslında kısmen virüsüzdür; insan genomu, kendi genlerimizden daha çok virüslere ait DNA’lardan oluşur.” (1) Virüsler üzerinden devam edecek olursak, virüsler türler arasında DNA’ları taşıyan ve evrim için kalıtsal malzeme sağlayan bir noktada duruyor. Bu noktada Salvador Luria’nın virüsler için kullandığı “moleküler genetik açıdan parazitler” ifadesi öne çıkar: Virüsler yapısal olarak basit canlılardır, konakçının hücre çoğaltma ve protein üretimi için kullandığı mekanizmasını ele geçirerek kendi ihtiyaçları için kullanabilirler. Çeşitli mekanizmalar yoluyla konakçının genomunda değişime neden olabilirler. Virüslerin canlıların genetik materyali ve bu genetik materyal yoluyla sentezlenebilecek tüm proteinlerin adı olan genoma etkisi, özellikle de tek hücreli konakçılarda ve bitkilerde gözlenir. Ancak retrovirüsler ve insanları enfekte eden diğer virüslerin insanların ve diğer primatların genomu üzerindeki etkisi de göz ardı edilemez.(12)
İnsan hastalıklarının tarihi araştırılırken, salgın hastalıkların modelleri, insanların yaşadığı çevrenin ekolojisi ve nüfusa odaklanma eğilimi vardır. Bulaşıcı hastalıkların Neolitik Çağ’da insan sayısının artmasından bu yana geliştiği düşünülmektedir. Neolitik dönemden beri hastalıklar ile insanlar arasındaki ilişkinin evrimi etkilemeye başladığı fikri yaygındır. Enfeksiyon ajanlarının hastalık yapıcı etkisinin ciddileşmesi ve zoonoz (hayvanlardan insanlara geçebilen hastalıklar) benzeri hastalıklar sınırlı düzeylerde görüldüğü için Neolitik dönem öncesine odaklanılmamıştır. Aslında Neolitik dönemden önce virüs kaynaklı hastalıkların az olduğu varsayılmıştır ancak diğer topluluklardan izole olan Güney Amerika kabilelerinde yapılan antikor çalışmaları bu durumun zıddını işaret ediyor: Viral enfeksiyonlar primatlarda ve eski insanlarda yaygın olarak görülüyordu. Belki de enfeksiyöz ajanlar ve özellikle de virüsler düşünülenden daha önemliydi.(12)
Virüslerin yapılarını, genetik özelliklerini, potansiyel yıkıcı etkileri ile canlı evrimine etkilerini inceleyen virolojide kullanılan araçlar geliştikçe, moleküler viroloji alanında yeni keşifler ortaya çıktıkça hem insanları enfekte eden virüslerin evrimi hem de bu virüslerin insan evrimine etkileri hakkında daha çok veriye sahip hale geldik. Virüsler, genetik materyallerinde gerçekleşen mutasyonlar yoluyla çok hızlı bir biçimde özellik kazanıp türleşebiliyordu. Virüslerin konakçı olarak tercih ettiği primatların türleşmelerini gösteren ağaçlar aynı zamanda bu virüsler ile insanlar arasındaki ilişkiye ışık tutar. Çünkü insanlar evrimsel olarak primatlara, kemirgenlerden ve evcil hayvanlardan daha yakındır. Aynı zamanda türümüzün diğer primatlardan enfeksiyon etmeni kapabilmesindeki kolaylık, bu virüslerin hem günümüzde hem de geçmişte insan hastalıklarının önemli bir kaynağı olduğunu göstermektedir.
Hayvanları enfekte eden virüsler, viral genom yapılarına, nasıl çoğaldıklarına ve benzeri özelliklerine göre çeşitli sınıflara ayrılır. Aslında bu özellikler, hayvan virüslerinin Hominidlerle olan ilişkilerini ve insan evrimi üzerindeki olası etkilerini de açıklar. Örneğin hayvanlarda etkili olan DNA virüsleri, hem en büyük yapılı Poxvirüsleri hem de en küçük yapıya sahip olan Hepatit B virüslerini içerir. Bu sınıflandırmaya dahil olan bir virüs ailesi dışındaki her virüs türü çift sarmallı DNA genetik materyaline sahiptir. Dolayısıyla enfekte ettikleri canlıların (hayvanların) genetik materyali ile ortak bir özellikleri vardır. Genetik yapılarındaki bu benzerlik nedeniyle hayvanlarda etkili olan DNA virüsleri, özellikle de genomlarına yerleşebildikleri konakçılarıyla samimi bir moleküler ilişki kurabilirler. Özellikle de gen aktarımı ve rekombinasyon (genetik materyalin bir zincirinde kırık oluşması ve bu kırığın farklı bir DNA molekülüne katılması) mekanizmalarının kolaylıkla gerçekleşebilmesi için bu benzerlikler kritik önemdedir. Hayvanları enfekte edebilen DNA virüsleri, “kalıcı yaşam stratejisi” benimsemişlerdir. Stratejilerindeki “kalıcılık”, konakçının genetik materyalindeki kalıcılığı ifade eder. DNA virüsleri, daha düşük mutasyon oranlarıyla, zaman içinde daha da gelişen net evrimsel ilişkiler sağlar. Erken hominidler büyük olasılıkla Herpesviridae, Papovaviridae, Adenoviridae ve Parvoviridae ailelerinden birkaç çeşit DNA virüsünü taşımışlardı.
Örneğin Herpesviridae, Hominidlerin ve belki de tüm Antropoidlerin (Yeni Dünya maymunları, Eski Dünya maymunları, insansıları ve modern insanları kapsar), evrimsel geçmişleri boyunca bu virüs ailesinin hemen her üyesinden etkilendiği anlaşılmaktadır. Herpesvirüslerin evrimi incelendiğinde ilginç bir detay karşımıza çıkar. Hayvanları enfekte eden herpesvirüsler, enfeksiyon bölgelerine göre oral ve genital olmak üzere ikiye ayrılır. İnsan olmayan primatları enfekte eden alfaherpesvirüsleri, hem oral hem de genital dokuları enfekte etme yeteneğine sahiptir. Alfaherpesvirüsler, bu tür virüsler arasındaki ayrım gerçekleşmeden önce böylesi bir yeteneğe sahipti. Herpesvirüslerdekine benzer bir evrimsel ilişkiye sahip olan Papovaviridae ailesi, insan coğrafi ve etnik gruplarını yansıtır: Bu aile içerisinde yer alan John Cunningham virüsünün, modern nüfus ilişkilerini izlemek için yararlı olduğu kanıtlanmıştır. Çünkü virüs nüfusun büyük bir kısmında yaşam boyu enfeksiyona neden olur. İnsanların % 70-90’ı bu virüs tarafından enfekte edilmiştir. Dolayısıyla JC virüsü, neredeyse mitokondriyal DNA kadar kesin bir belirteçtir ve tarih öncesi insan göçlerini yeniden inşa etmek için kullanılabilir.
Primatlarla birlikte gelişim gösteren DNA virüsleri arasında kuşlarda ve memelilerde uzun süre gizli kalan enfeksiyonlara neden olan Adenovirüsler bulunmaktadır. Bunun yanı sıra kültürde yetiştirilmesi zor olduğu için hakkında çok az şey bildiğimiz Parvovirüs B19 virüsü da oldukça eski ve genetik materyalde kalıcı olan bir Hominid virüsüdür. Erken Hominidlerin bu dört virüs ailesinden olan virüs türlerini taşıdığı, bu virüslerin insan popülasyonlarıyla birlikte çeşitlendiği ve göç ettiği sonucuna varılabilir.
İnsanların ataları, evrim tarihimiz boyunca bir dizi virüs tarafından enfekte edildi. DNA virüslerinin Hominidlere iyi adapte olduğu açıktı ve kalıcı enfeksiyonlardan daha fazlasına neden olma olasılıkları düşüktü. Ancak RNA virüsleri Hominidleri etkiledi. DNA virüslerinden daha hızlı mutasyon geçirebilme yetenekleri RNA virüslerinin küçük yapılı olarak kalmasına yardımcı oldu. RNA virüslerinin evrimleşen ilk organizmalar arasında olabileceği düşünüldüğünde, o zamanlardan bugüne evrimsel süreçlerde etkin oldukları ifade edilebilir.
RNA virüslerinden olan Rotavirüsler, doğada hemen her yerde bulunabilir ve muhtemelen en eski virüslerden biridir. Bu nedenle eski insansıları etkilemiş olabilirler. İnsanlarda solunum yolu enfeksiyonlarının yaygın bir nedeni olan koronavirüsler, hayvan virüslerinin insanları da etkileyebileceğinin göstergelerinden biridir. RNA virüsleri üzerine yapılan çalışmalar, bir tür Retrovirüs olan insan endojen retrovirüslerinin (HERV’ler) konakçının gen anlatımını doğrudan etkilemiş olabileceğini ifade etmektedir. Özetle retrovirüsler Hominid evrimine büyük katkılar sağlamış olabilir.(12) Yine retrovirüslerden olan İnsan T- lenfotropik virüs 1’e (HTLV-1) en yakın türlerin Afrika ve Asya’daki birçok Eski Dünya maymunu türü tarafından taşınan retrovirüsler olduğu yapılan çalışmalarla gösterilmişti. Yani yeni konakçılarda gelişen virüslerin ata formları eski insan göçleriyle birlikte yayılmıştı.(19)
Virüsler ve diğer parazitler hem Hominidlerin çoğalmasına neden olmuşlardır hem de Hominid aile ağacının belirli noktalarında canlılar arasında seçici bir rekabet oluşturarak bazı türlerin yok olmasına zemin hazırlamışlardır.
Canlıların taşıdıkları virüs kökenli genlerin her zaman kendi hücresel genlerinden fazla sayıda olması, yaşam tarihi boyunca virüslerden hücrelere doğru daha fazla gen aktarıldığını gösterir. Aslında, hücresel genomlardaki viral genlerin oranı, hücreleri daha büyük genomları barındırabilen ökaryotlarda daha yüksek olabilir, bu da yabancı DNA’yı çıkarmak için seçim basıncını azaltır. Örneğin, insan genomunun yaklaşık % 45’inin retroviral bir kökene sahip olduğu tahmin edilmektedir. Son hipotezlere göre virüsler, ökaryotik çekirdeğin, hücresel zarfların ve DNA replikasyon mekanizmalarının kökeninde doğrudan bir rol oynamış olabilir. Bakteri kökenli mitokondriyal genomların transkripsiyon ve replikasyon sistemlerini virüslerin şekillendirdiği düşünülmektedir. Virüslerin bağışıklık sisteminin inşası, embriyo gelişimi ve beyin fizyolojisinde de önemli rollerinin olabileceği ifade edilmektedir.(20) Genlerimize kendi genetik materyallerini yerleştirmiş olan Retrovirüslerin beynin ve beyin hastalıklarının evriminde etkili oldukları da raporlanmıştır.(21) Ayrıca insanlar ile şempanzeler arasındaki evrimsel dallanmadan sonra, çevresel değişikliklere uyum için moleküler düzeyde gerçekleşen değişimlerin yüzde 30’una virüslerin aracılık ettiği de ifade edilmektedir.
DİPNOTLAR
1) Carl Zimmer, Virüs Gezegeni, Alfa Yayınları, 2012, s.116.
2) Ed Yong, Mikrobiyota: İçimizdeki Mikroplar ve Yaşama Büyüleyici Bakış, Domingo Yayınları, 2016, s.400.
3) https://www.pasteur.fr/en/institut-pasteur/history/ilya-mechnikov-elie-metchnikoff-french-1845-1916
4) https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/1908/mechnikov/biographical/
5) https://www.scientificamerican.com/article/mereschkowskys-tree-of-li/
6) https://plants.jstor.org/stable/10.5555/al.ap.person.bm000315182
7) https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK8174/
8) Baltimore, 1971. “Expression of Animal Virus Genomes”, Journal of Virology, Vol 35, s.235-241.
9) https://mmbr.asm.org/content/mmbr/35/3/235.full.pdf
10) Alexander E. Gorbalenya, Mart Krupovic, Stuart Siddell, Arvind Varsani, Jens H. Kuhn,2018. “Riboviria: establishing a single taxon that comprises RNA viruses at the basal rank of virus taxonomy”, International Committee on Taxonomy of Viruses.
11) https://talk.ictvonline.org/taxonomy/
12) http://www.birdflubook.org/resources/Blerkom14.pdf
13) https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/1969/delbruck/biographical/
14) https://www.nature.com/scitable/spotlight/restriction-enzymes-18458113/
15) https://profiles.nlm.nih.gov/spotlight/ql/feature/biographical-overview
16) https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4502642/
17) https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2775235/
18) https://humgenomics.biomedcentral.com/articles/10.1186/s40246-015-0043-1
19) Dorothy H. Crawford, A Very Short Introductions: Viruses, 2011, s.135.
20) https://demystifyingmedicine.od.nih.gov/dm16/m02d02/reading02.pdf
21) https://www.sciencedaily.com/releases/2017/01/170112110840.htm
