DNA’nın Genetik Materyal Keşfine Yolculuk

Genetik bir materyal genetik bilgiyi taşır ve bu bilgiyi bir nesilden sonraki nesile aktarır. Bu bilgiler üreme, davranış, gelişim ile ilgilidir. Genetik materyal bir hayvan, bitki, mikrobiyal veya diğer kökenli materyal olabilir. Genetik materyal olabilmek için bazı gereksinimler vardır. Her hücrede bulunmaları, kararlı olmaları, biyolojik olarak tüm bilgileri içermeleri, organizmaları hesaba katacak şekilde çeşitlilik göstermeleri, bilgileri kod olarak saklamaları ve bu bilgileri ifade etmeleri gerekir. Kendi moleküllerini ve yeni molekül türlerini üretebilmeli, rekombinasyon ve mutasyon yeteneğine sahip olmalı, belirli işlevler ve yapılar için ekspresyon yapabilmelidirler. Günümüzde DNA bir genetik materyal olarak biliniyor. Peki bunu nasıl biliyoruz?

“DNA genetik materyal midir?” sorusuna cevap aranırken hem prokaryotlar hem virüsler hem de ökaryotlarla deneyler yapılmıştır. Bilim insanları bu soruya yanıt ararken ilk önce bakterileri ve virüsleri tercih etti. Bunun nedeni ise hızla gelişip çoğalmaları, manipüle edilebilmeleri ve mutasyonlarla kolayca uyarılabilmeleriydi. Peki DNA’nın genetik bir materyal olduğu nasıl kanıtlandı? Gelin bir yolculuğa çıkalım.

İlk yolculuğumuz 1928 yılında başlıyor. Frederick Griffith 1928 yılında zatürreye karşı bir aşı geliştirmek için Streptococcus pneumoniae bakterilerini ve fareleri kullanarak bir deney yaptı. R tipi ve S tipi olarak bilinen bakteri türlerini kullandı. R bakterisi petri kabında büyürken, kapsülsüz görünümlü bakteri türleri oluşturdu ve R bakterisi farelere enjekte edildiği zaman fareler hasta olmadı. S bakterisi ise kapsüllü koloniler oluşturdu. Bakteri tarafından üretilen şeker bazlı tabakanın sonucu olarak kapsüllü bir görünüm oluşmuştu ve bu tabaka yüzünden canlı S bakterisi enjekte edilen fareler zatürre yüzünden öldü. Griffith, daha sonra farelere yüksek ısıda, hücreleri ölmüş S bakterisini enjekte etti ve bu sefer S bakterileri farelerde hastalık yapmadı. Griffith bunu yaptıktan sonra zararsız R bakterileri ve ısıdan ölen S bakterilerini karıştırıp farelere enjekte etti ve fareler zatürreden öldü. Sonrasında bu farelerden kan örneği alınca S bakterilerinin yaşadığını fark etti. Griffith R bakterilerinin ısıdan ölen S bakterilerinden bir şey aldığını ve böylece kapsülü bir bakteriye dönüştüğünün sonucuna vardı. Bunu da “ dönüşüm prensibi” olarak adlandırdı.

Şimdi ise 1944’lere gidelim. Avery, MacLeod ve McCarty, Streptococcus pneumoniae bakterisi üzerinde çalışırken Griffith’in dönüştürme ilkesini doğrulamış oldular ve bu da DNA’nın genetik materyal kabulünün başlangıcı oldu. 10 yıl süren bu çalışmada yüksek ısıdan öldürülmüş S hücrelerinin kültürleri ile uzun biyokimyasal basamaktan geçtiler. Dönüşüm prensiplerini aşama aşama arındırdılar yani diğer hücre bileşenlerini temizlediler. Bu sayede dönüşüm prensibinin yüksek derecede arınmış küçük miktarlarını elde edip kimlik tespiti için birçok testle analiz ettiler. Arındırılmış madde DNA belirleme testlerinde pozitif iken, protein belirleme testlerinde negatif sonuç verdi. Arındırılmış dönüşüm prensibi elementleri olan Nitrojen ve fosfor DNA’ya çok yakındı. DNA’yı ayrıştıran enzimler dönüşüm aktivitesini yok etti. Bu kanıtlar Avery , MacLeod ve McCarty’ye dönüşüm prensibinin DNA olduğunu gösterdi. Fakat Avery DNA dışındaki daha küçük bir maddenin olabileceğini düşünüyordu.

Yolculukta son durağımız 1952 yılı.1952'de Hershey ve Martha Chase Blender Deneyi adını verdikleri bir deney yaptı. T2 adlı bir DNA virüsü ile çalıştılar. T2 E.Coli’yi enfekte eder ve bu yüzden T2 bakteriyofajı olarak anılır. T2 fajının % 50’si proteinden ve % 50’si nükleik asitten oluşur, enfeksiyon ise bakterilerin kuyruğu ile hücre yüzeyine bağlandığı zaman başlar. Bu deneyde "Hücre içine DNA mı protein mi veya her ikisi mi giriyor? “ sorunun cevabı araştırıldı. Bunu araştırırlarken izotoplar kullanıldı. Normal şartlarda DNA'nın yapısında fosfor, proteinlerde ise kükürt bulunur. İki grup E.Coli hücresi üretildiğinde, birine 35S ve diğerine 32P eklenir ve bu iki kültür T2 ile enfekte olursa, üretilen virüsler DNA'ları radyoizotopik olarak işaretler. Deneyde, T2 fajları izole edildi ve radyoizotopsuz E.Coli kültürü ile karıştırıldı. Daha sonra da hücreye bağlanmalarına izin verildi ve ardından virüsü hücrelerden ayırdı. İki kültür santrifüjlendikten sonra radyoizotoplar çökeltme yöntemi ile gözlendi. 32P etiketli DNA ve T2 ile enfekte kültürde, radyoaktivite çökeltide ise DNA hücrede bulunurken, çözeltide ise DNA hücre içinde değildi. Deneyin sonunda, radyoaktivitenin çökeltide olduğunu gözlemlediler yani DNA hücreye girmişti. 35S ile etiketlenmiş T2 ile enfekte kültürdeki proteinler için ise tam tersi gözlemlendi. Deney sonucunda radyoaktivite çözeltide olduğu için proteinler hücreye girmedi. Bu deney sonucunda,T2 fajındaki genetik materyalin DNA olduğu belirlendi.

1928 ‘de başladığımız yolculuğumuz 1952 yılında Hershey ve Marthe Chase'in yapmış olduğu Blender deneyiyle sona eriyor. DNA’nın bir genetik materyal olduğunu Avery, MacLeod ve McCarty’un yapmış olduğu deneyler ve Blender deneyi kanıtlıyor. Daha önce bahsedilen deneylerde önceden belirtildiği gibi hep prokaryotlar üzerinde gerçekleştirilen deneyler,kanıtlar anlatıldı. Peki ya ökaryot üzerinde DNA’nın genetik materyal olduğunu gösteren deneyler ya da kanıtlar var mı? Evet var. Fakat geçmişte doğrudan kanıtlar değil dolaylı deliller mevcuttu. Çünkü geçmişte ökaryotlarda doğrudan transformasyon gerçekleştirerek sonuçları gözlemlemek imkansızdı. Günümüzde ise rekombinant DNA çalışmaları bize doğrudan deliller sağlıyor. Örnek verecek olursak, insülin geni klonlanarak E.Coli’ye transfer edildiğinde, insülin proteini üretme yeteneği kazandırır ve bu nesilden nesile aktarılır.^{[1], [2], [3]}