Virüslerin Kökeni: Hepsi Aynı Evrimsel Atadan mı Geliyor, Yoksa “Virüs” Birden Fazla Kökeni Kapsayan Bir Grup mu?

Virüslerin kökeni, biyolojinin hâlâ kesin bir cevaba ulaşamadığı en ilginç sorulardan biridir. Bir virüsün nasıl ortaya çıktığını anlamaya çalışırken karşımıza yalnızca genetik benzerlikler değil, evrimsel açıdan birbirinden oldukça farklı görünen canlı sistemleri de çıkar. Özellikle bakteriyofajlar ve virofajlar, virüslerin tamamının tek bir ortak atadan gelip gelmediği sorusunu daha da karmaşık hâle getirir. Peki, virüslerin hepsi aynı kökenden gelmiyorsa neden hepsini aynı genel sınıf altında topluyoruz?

Bu sorunun cevabı, biyolojik sınıflandırmanın ne anlama geldiğini ve evrimsel akrabalığın nasıl belirlendiğini doğru anlamaktan geçer.

Canlıların evrimsel sınıflandırılmasında ortak ata kavramı önemli bir yere sahiptir. İki türün aynı evrimsel gruba ait olduğunu söylediğimizde genellikle bu türlerin geçmişte ortak bir atadan ayrıldığını düşünürüz. Örneğin insanlar ile diğer primatlar arasındaki genetik benzerlikler, anatomik özellikler ve fosil kayıtları, aralarında evrimsel bir akrabalık bulunduğunu gösterir.

Ancak virüslere geldiğimizde durum farklılaşır. Hücresel canlıların büyük bölümünde bulunan ribozomlar ve protein sentezinde kullanılan temel mekanizmalar, virüslerde aynı biçimde bulunmaz. Ayrıca virüslerin genetik materyalleri DNA veya RNA olabilir; genomlarının çoğalma biçimleri ve kullandıkları enzimler de birbirinden önemli ölçüde farklılık gösterir. Virüslerin tamamında ortak olduğu bilinen, evrimsel akrabalığı kesin biçimde gösterebilecek evrensel bir gen bulunmaması da bu sorunu güçleştirir.

Bu nedenle virüslerin tamamının tek bir ortak ataya sahip olduğu kesinleşmiş değildir. Bilimsel literatürde virüslerin farklı evrimsel kökenlerden ortaya çıkmış olabileceğini savunan görüşler bulunmaktadır. Bununla birlikte, bu durum virüsler arasında hiçbir ortak evrimsel geçmiş bulunmadığı anlamına da gelmez. Bazı virüs grupları kendi içlerinde güçlü ortak ata kanıtlarına sahipken gruplar arasındaki çok eski ilişkileri belirlemek çok daha zordur.

Virofajlar ve bakteriyofajlar bu tartışmada özellikle dikkat çekicidir. Çünkü ikisi de başka bir organizmanın hücresini kullanarak çoğalır, ancak farklı biyolojik sistemlerle ilişkilidir. Bakteriyofajlar bakterileri enfekte ederken virofajlar, bazı büyük virüslerin çoğalma süreçlerinden yararlanır. Aralarındaki bu farklılık, hepsinin aynı evrimsel kökenden geldiği sonucuna doğrudan ulaşmamızı engeller.

Bakteriyofajlar, bakterileri enfekte eden virüslerdir. Genellikle bakterinin hücresine genetik materyallerini aktarır ve bakterinin hücresel mekanizmalarını kullanarak çoğalırlar. Virofajlar ise farklı bir strateji izler. Bunlar, bazı büyük virüslerin konak hücre içerisinde oluşturduğu çoğalma merkezlerinden yararlanarak kendi genetik materyallerini çoğaltır. Başka bir deyişle virofaj, yalnızca bir hücreye bağımlı olmakla kalmayıp başka bir virüsün faaliyetlerine de bağımlıdır. Bu durum, virüsler arasındaki biyolojik ilişkilerin ne kadar karmaşık olabileceğini gösterir.(Virofajların CRISPR benzeri mekanizması MIMIVIRE'ı sonraki yazılarımda anlatacağım)

Burada önemli olan nokta, iki grubun farklı çoğalma stratejilerine sahip olmasının otomatik olarak birbirleriyle evrimsel açıdan akraba olmadıklarını kanıtlamamasıdır. Evrim boyunca organizmaların yaşam biçimleri değişebilir; genler kaybolabilir, başka canlılardan genler kazanılabilir ve daha önce birbirinden farklı görünen soylar arasında genetik alışveriş gerçekleşebilir.

Örneğin bazı virofajlar, Polinton adı verilen ve hem virüslerle hem de hareketli genetik elementlerle ilişkili özellikler taşıyan DNA elementleriyle ortak genler paylaşır. Virofajların bazı genleri büyük virüslerle, bazıları ise farklı genetik elementlerle benzerlik gösterebilir. Bu durum, virüslerin evrimsel geçmişini yalnızca tek bir soy ağacı üzerinden açıklamanın neden güç olduğunu ortaya koyarr. Dolayısıyla bakteriyofajlarla virofajların birbirinden farklı olması, virüslerin tek bir ortak atadan gelmediği ihtimalini destekleyen daha geniş tartışmanın bir parçasıdır.

Virüslerin kökeni hakkında uzun süredir tartışılan üç temel hipotez vardır. Bunlar virüslerin hücrelerden önce ortaya çıkmış olabileceğini, hücresel atalardan küçülerek evrimleşmiş olabileceğini veya hücrelerin genetik materyallerinden türemiş olabileceğini öne sürer. Günümüzde bu açıklamaların her birinin güçlü ve zayıf yönleri bulunmakla birlikte, virüslerin tamamının kökenini tek başına açıklayan kesinleşmiş bir model yoktur.

-İlk görüş olan virüs-önce hipotezine göre virüslerin ataları, hücreler ortaya çıkmadan önce var olan ilkel genetik çoğalıcılar olabilir. Bu yaklaşım, virüslerin hücresel yaşamın ortaya çıkışından önceki moleküler evrim süreçleriyle bağlantılı olabileceğini savunur. Ancak günümüzde bildiğimiz virüslerin çoğalabilmek için hücrelere ihtiyaç duyması, bu ilkel yapıların nasıl ortaya çıktığı ve günümüz virüslerine nasıl dönüştüğü gibi soruları beraberinde getirir.

-İkinci görüş, indirgenme hipotezidir. Buna göre bazı virüsler, geçmişte daha karmaşık biyolojik yapılara sahip olan hücresel atalardan evrimleşmiş olabilir. Parazit yaşam biçimine geçişle birlikte, konak hücreden elde edilebilen işlevler zamanla kaybedilmiş ve genomlar küçülmüş olabilir. Dev virüslerin büyük genomları ve bazı hücresel genleri taşıması, geçmişte bu hipotezin yeniden gündeme gelmesine neden olmuştur. Bununla birlikte, dev virüslerin kökenini inceleyen birçok filogenomik çalışma, bunların kayıp bir hücresel yaşam alanından türemesinden ziyade daha küçük virüslerden evrimleşerek farklı kaynaklardan gen kazanmış olabileceğini göstermektedir.

-Üçüncü görüş ise kaçış hipotezidir. Bu hipoteze göre hücrelerin içinde bulunan bazı genetik elementler, zamanla hücre dışına taşınabilen ve başka hücreleri enfekte edebilen yapılara dönüşmüş olabilir. Genetik elementlerin hareketli hâle gelmesi, çoğalma mekanizmaları geliştirmesi ve protein kılıfları kazanması bu senaryonun olası aşamaları arasında değerlendirilir.

Bununla birlikte, bu üç hipotezin mutlaka birbirini dışlaması gerekmez. 2019 yılında yayımlanan bir derleme, farklı ilkel genetik çoğalıcıların konaklardan elde edilen proteinleri kullanarak virüslere dönüşmüş olabileceği karma bir senaryo önermiştir. Aynı çalışmada, yeni virüs gruplarının yaşamın evrimi boyunca farklı zamanlarda ortaya çıkmış olabileceği de tartışılmıştır. Yani virüsler, bırakın ortak atayı, tamamen farklı şekillerde ortaya çıkmış dahi olabilirler.

Bu sorunun en önemli kısmı, sınıflandırmanın her zaman tek bir ortak atayı göstermek amacıyla yapılmadığını anlamaktır. Bir gruba verilen genel ad, o gruptaki bütün üyelerin aynı evrimsel atadan geldiğinin kanıtı değildir. Bazen sınıflandırma, ortak biyolojik özellikleri ve benzer yaşam biçimlerini tanımlamak için kullanılan geniş bir çerçevedir.

Virüsler, genetik materyallerini taşıyan ve uygun bir konak içerisinde çoğalabilen biyolojik yapılardır. Hücresel canlılardan farklı olarak kendi başlarına ribozomlarla protein sentezleyemez ve bağımsız bir metabolizma sürdüremezler. Çoğalmak için konak hücrenin mekanizmalarından yararlanırlar. Ancak bu genel özellikler, virüslerin tümünün aynı kökenden geldiğini kanıtlamaz.

Uluslararası Virüs Taksonomisi Komitesi (ICTV), virüsleri yalnızca konaklarına veya genel görünüşlerine göre değil; genom özellikleri, protein benzerlikleri, yapısal özellikler ve evrimsel ilişkiler gibi ölçütlerle sınıflandırır. Bu sistemde virüsler kendi aralarında aile, takım, sınıf ve daha üst taksonomik gruplara ayrılabilir. Dolayısıyla virüs sözcüğü, tek bir dar evrimsel soyun adı olarak değil, farklı alt grupları kapsayan geniş bir biyolojik kategori olarak da kullanılır. Virüslerin taksonomisi ve üst düzey evrimsel ilişkileri konusunda ise bilimsel tartışmalar sürmektedir.

Burada bir ayrım yapmak gerekir: Virüslerin hepsini aynı genel kategori altında toplamak ile onları tek bir evrimsel sınıfa yerleştirmek aynı şey değildir. İlkinde ortak biyolojik özelliklerden ve kullanışlı bir tanımlama çerçevesinden söz ederiz. İkincisinde ise belirli bir grubun evrimsel akrabalığına ilişkin iddialarda bulunuruz.

Ayrıca bütün virüslerin evrimsel açıdan tamamen bağımsız olduğu da gösterilmiş değildir. Bazı gruplarda ortak proteinler ve korunmuş genler, ortak ataya ilişkin güçlü kanıtlar sunar. Başka gruplar arasındaki ilişkiler ise çok eski evrimsel olaylar, gen kayıpları ve yatay gen aktarımı nedeniyle belirsiz kalabilir. Bu nedenle virüslerin tamamını tek bir soy ağacında kesin biçimde birleştirmek de hepsini birbirinden tamamen bağımsız kabul etmek de mevcut kanıtların ötesine geçebilir.

Virüslerin kökeniyle ilgili tartışmanın temelinde, ortak ata kavramının nasıl yorumlanması gerektiği yatmaktadır. Bakteriyofajlar ve virofajlar gibi farklı biyolojik stratejilere sahip virüsler, bu grubun olağanüstü çeşitliliğini ortaya koyar. Ancak farklı konakları enfekte etmeleri veya farklı çoğalma mekanizmaları kullanmaları, tek başına aralarında ortak bir ata bulunamayacağını göstermez.

Mevcut araştırmalar, bazı virüs gruplarının ortak atadan geldiğini desteklerken virüslerin tamamının kökeninin tek bir olayla açıklanıp açıklanamayacağı konusunda kesin bir sonuca ulaşmış değildir. Virüslerin evriminde gen kazanımı, gen kaybı ve farklı genetik elementler arasındaki alışveriş önemli rol oynar. Bu nedenle virüslerin tarihini, hücresel canlıların evrimsel tarihine benzer biçimde tek bir basit soy ağacıyla açıklamak her zaman mümkün olmayabilir.

^{[1], [2], [3]}