Enzimler, Yapay DNA'yı Gerçeğinden Ayırt Edemiyor!

Genetik alfabemiz, sadece 4 harften oluşur. Bu 4 harf, DNA'nın yapıtaşları olan 4 nükleotite karşılık gelir. Bilim insanları; uzun zamandır bu alfabeye laboratuvarda oluşturulmuş yeni nükleotitler, yani yeni harfler eklemenin mümkün olup olmadığını merak ediyordu. Fakat bu yenilik, ancak enzimler değiştirilmiş DNA'yı tanıyabilirse anlamlı olacaktı.

Geçtiğimiz günlerde ise Kaliforniya Üniversitesi bünyesindeki Skaggs Eczacılık Bilimleri Okulu'ndan araştırmacılar, yapay DNA'nın potansiyelini ortaya çıkarmaya bir adım daha yaklaştı!

Araştırmacılar, protein sentezinde görev alan en önemli proteinlerden biri olan RNA polimeraz enziminin yapay bir ikili halkayı doğal olanla aynı şekilde tanıyabildiğini ve transkripsiyona uğratabildiğini keşfetti. Nature Communications'ta yayınlanan bulgular, bilim insanlarının özel proteinler yaratarak yeni ilaçlar hazırlamasına yardımcı olabilir. Makalenin yazarlarından Skaggs Eczacılık Okulu'nda ders veren Dr. Dong Wang, konu hakkında şunları söylüyor:

Dünya üzerindeki yaşamın sadece 4 nükleotitle bile ne kadar çeşitlenebildiği düşünülürse, daha fazla nükleotit kullandığımızda olabilecekleri düşünmek insanı baştan çıkarıyor. Elimizdeki genetik kodu genişletmek, laboratuvarlarda sentezleyebileceğimiz molekül çeşitliliğini büyük oranda artırabilir ve proteinlerin terapötik yönüne dair bakışımızda bir devrim yaratabilir.

Wang, çalışmayı Uygulamalı Moleküler Evrim Vakfı'ndan Dr. Steven A. Benner ve Salk Biyolojik Araştırmalar Enstitüsü'nden Dr. Dmitry Lyumkis ile birlikte yönetti.

DNA'yı oluşturan nükleotitler Adenin, Timin, Guanin ve Sitozin'dir. Bir DNA molekülünde nükleotitler, Watson-Crick geometrisi adı verilen bir düzende çiftler oluştururlar. Bu geometri, adını DNA'nın çift zincirli sarmal yapısını keşfeden bilim insanlarından almıştır.

Bahsedilen çiftler, Adeninin karşısına Timin ve Guaninin karşısına Sitozin gelecek şekilde oluşturulur. DNA'nın çift zincirli sarmal yapısı ise birçok Watson-Crick çiftinden oluşur. Wang, konu hakkında şöyle söylüyor:

Mevcut sistem, genetik bilgi kodlamak için oldukça etkin bir sistemdir. Bu nedenle ciddi translasyon veya transkripsiyon hataları oldukça nadir görülür. Araştırmamızdan öğrendiğimiz üzere, bu sistem aynı geometriyi kullanan başka baz çiftleriyle de işleyebiliyor.

Bu çalışma, standart genetik alfabenin yeni bir versiyonunu kullanıyor. Fazladan iki baz çifti içeren bu versiyona, Yapay Olarak Genişletilmiş Genetik Bilgi Sistemi (AEGIS) ismi veriliyor. Aslen Benner'ın geliştirdiği AEGIS, NASA destekli bir proje olarak Dünya dışı yaşamın nasıl gelişmiş olabileceğini anlamak üzere başlamıştı.

Bakterilerin RNA polimeraz enzimini izole edip yapay baz çiftleriyle etkileşimleri test edildiğinde, AEGIS'te bulunan yapay çiftlerin Watson Crick modelindeki doğal bazlara benzer bir geometri oluşturduğu gözlendi. Yani DNA transkripsiyonunda görev alan enzimler, doğal ve yapay baz çiftleri arasındaki farkı anlayamıyor! Wang konu hakkında şunları söylüyor:

Biyolojide yapısal özellikler işlevi belirler. Standart baz çiftlerine benzer bir yapıdaki yapay baz çiftleri, hücresel radarı atlatarak transkripsiyon sürecine dahil olabilir.

Bulgular, sentetik biyolojinin yapabileceklerini büyük oranda genişletmenin yanı sıra Watson ve Crick'in keşfi kadar eski bir hipotezi de destekliyor. Tautomeri hipotezi adı verilen bu hipoteze göre dört temel nükleotit, tautomerizasyon adlı süreç nedeniyle uyumsuz çiftler oluşturabilir veya aynı bileşime sahip farklı yapısal varyantlar arasında devinebilirler. İşte bu fenomenin, nokta mutasyonların veya DNA dizisindeki tek bir nükleotiti etkileyen genetik mutasyonların bir sebebi olabileceği düşünülüyordu. Wang, konuyu şöyle açıklıyor:

Tautomerizasyon, nükleotitlerin normalde oluşturmayacakları kombinasyonlarda çiftler oluşturmasını mümkün kılar. Replikasyon ve translasyon süreçlerinde hatalı eşleşmelerin tautomerizasyonu gözlenmiştir. Bu çalışmada ise tautomerizasyonun transkripsiyon esnasında da gerçekleştiğine yönelik ilk kanıtı sunuyoruz.

Araştırmacılar şimdi de gözlemledikleri etkinin başka sentetik baz çiftleri ve başka enzimlerde de görülüp görülmeyeceğini merak ediyor. Wang şunları söylüyor:

Steve ve Dmitry ile birlikte genişletilmiş alfabe transkripsiyonunun moleküler temelini ele alacak multidisipliner bir ekip kurmak için çok heyecanlıyız. Bu çalışmada test ettiklerimizden çok daha farklı yeni harf adayları olabilir, ancak alfabenin ne kadar genişletilebileceğini görmek için çok daha fazla çalışmamız gerekiyor.