Bir T4 Virüsünün "Hayatı": Virüsler Neden Canlı Değildir?

Burada gördüğünüz tuhaf bir uzay aracı değil. T4 bakteriyofajı adı verilen bir virüsün Xvivo Scientific Animation firmasından Mike Smith tarafından hazırlanan bir çizimi. Virüsler, cansız varlıklardır. Ancak adeta, cansızlık ile canlılık arasında geçiş noktasında bulunurlar. Bu sebeple bilim insanları virüsler için "cansız olan; ancak canlılığın eşiğinde bulunan varlıklar" tanımını yaparlar. 

Canlılığı 2 koşulun her zaman bir arada bulunmasıyla tanımlarız: organizasyon ve bu organizasyonu sürdürmeye yarayan bir iç aktivite. Organizasyondan kasıt, vücut bütünlüğüdür. Aktivite ise, 2 temel alt birimden oluşan süreçler topluluğudur: genetik materyal ve metabolizma. Eğer bir varlığın hem kendine ait bir organizasyonu (vücut bütünlüğü) varsa, hem de bu organizasyonu aktif olarak korumak için enerji üretip tüketebiliyorsa, ona "canlı" deriz. Burada dikkat edilmesi gereken nokta, üretilen enerjinin en temel fizik yasası olan entropi (düzensizlik) artışına karşı koymak için kullanılabiliyor olmasıdır. Eğer ki bu iki koşuldan (organizasyon ve aktivite) en azından bir tanesi, en azından belli bir süre boyunca bile sağlanmıyorsa, o varlık "cansız" kabul edilir. Elbette yeterince zorlanırsa, bu tanıma istisnalar tespit edilebilir (bazı "sentetik yaşam" örnekleri gibi); fakat genellikle canlıları cansızlardan ayırmak için son derece kullanışlı bir tanımdır.

Virüsler, genellikle RNA'ya sahiptirler. Yani aktivite olarak tanımladığımız olgunun en azından bir kısmına sahiptirler. Ancak kendilerine ait bir metabolizmaları bulunmaz. Bunun için canlı bir organizmaya (genellikle bakterilere) muhtaçtırlar. Bu nedenle, kendilerine özgü bir aktiviteleri olduğu söylenemez. Ancak bir bakteriye tutunmadığı zamanlarda, kendisine özgü bir şekli vardır ve görselde de bu gözükmektedir. Ancak bir bakteriye tutunduğu anda, yapısında bazı kimyasal değişimler meydana gelir ve aktivite kazanmaya başlar. Fakat eş zamanlı olarak, organizasyonunu yitirir. Çünkü bakteriye tutunduğu anda, genetik materyalini ona aktarır ve artık vücudu "işlevsiz" hale gelir. Dolayısıyla organizasyon ve aktivite, ömrünün çok çok kısa bir zaman aralığında (bakteriye tutunduğu ilk anlarda) bir arada bulunur. Bunun haricinde, bakteri dışarısındayken sadece organizasyona sahiptir (kendine has bir aktivitesi bulunmaz); bakteriye tutunduktan sonra ise sadece aktiviteye sahiptir (kendine has bir organizasyonu bulunmaz). İşte bu nedenle cansız kabul edilir; ancak canlılığın "eşiğinde"dir. 

Virüslerin varlığı, tek başına evrim ve abiyogenez ile ilgili birçok noktayı kanıtlamaya yetmektedir: örneğin, cansızlık ile canlılık arasında bu kadar net bir geçişin varlığı, ilk canlılığın nasıl var olduğuna dair teorilerimizi doğrulamaktadır. Bir diğer ilginç nokta ise, "Biyoloji'nin Merkezi Dogması" olarak bilinen "DNA, RNA'yı üretir, RNA da proteinin üretilmesini sağlar; bunun tersi gerçekleşemez, yani protein RNA sentezleyemez, RNA da DNA sentezleyemez." önermesini yıkan özellikte olmalarıdır. Retrovirüs olarak bilinen bazı virüsler, RNA'larını kullanarak DNA sentezleyebilirler! Bu durum, başlı başına canlılığın ilkin başlangıcında bile daha basit yapılı RNA'nın, DNA'nın evrimini mümkün kılabileceğini göstermektedir. Abiyogenez Teorisi'nin öngördüğü üzere, başlangıçta ribozim adı verilen özel bir RNA grubu kimyasal evrim süreciyle doğal olarak var olabilirse, bundan sonra RNA'nın ve RNA'dan da DNA'nın evrimleşmesi son derece olasıdır. Bunu şu anda var olan varlıklarda bizzat gözlemek, büyük bir ipucudur. Son olarak, "megavirüsler" adı verilen bir grup, virüslerle bakteriler arasında geçiş sayılabilecek çok sayıda özelliği barındırmaktadır. Yani virüslerin cansızlık ile canlılık arasındaki köprüyü oluşturması bir yana, virüslerle de bakteriler arasındaki olası bir canlı grubu tespit edilebilmiştir!

Virüslerin evrimle ilgili bu ipuçları bir yana, görseldeki virüsün bir bakteriye tutunduktan sonra başına neler geleceğine bir bakalım:

1. Salgıladığı kimyasallar, daha tutunma anından birkaç saniye sonra, bakterinin kendi genlerini ifade edip, kendine has proteinleri üretmesine engel olur. Böylece virüsün bakteriyi işgali başlar. Bu noktada virüsün aktivitesi başlamıştır; ancak organizasyonunu yitirmiştir.
2. Sonraki 5 dakika içerisinde, virüsün RNA'sı (veya varsa DNA'sı), kendi kendisini kopyalamayı sağlayacak enzimleri üretmeye başlar. Virüs, bunun için bakterinin DNA'sını kullanabilir.
3. Enfeksiyondan 10 dakika sonra, DNA'nın kendini kopyalama süreci başlar.
4. 12. dakikada, DNA'dan üretilen proteinler bir araya gelerek, yeni virüs kopyaları üretmeye başlar. Üretilen virüslerin sayısı eksponansiyel olarak (giderek hızlanan bir biçimde) artar.
5. 30 dakika geçtikten sonra, artık o kadar fazla virüs kopyası bakteri içerisinde oluşmuştur ki, bakterinin zarı ve duvarı iç basıncı kaldıramaz ve patlar. Böylece içerisindeki 100-150 civarındaki virüsü dış ortama salmış olur. Artık virüsün tekrardan organizasyonu vardır; ancak aktivitesi bir sonraki enfeksiyona kadar durmuştur.
6. Sonrasında ise etrafa saçılan virüsler, yeni bir bakteriye denk gelene kadar öylece süzülürler. Herhangi bir hareket yetenekleri veya sözünü ettiğimiz gibi faaliyetleri yoktur. Ancak bir bakteriye denk geldiklerinde, süreç başa sarar ve virüsler saatler içerisinde kendilerinden milyonlarca kopya üretebilirler. Tabii enfekte ettikleri şey her zaman bakteriler olmak zorunda değildir. Kimi zaman çok hücreli canlıların vücut hücreleri de olabilir. Eğer savunma sistemlerimiz bu virüslerle baş edemezse, viral hastalıklara yakalanırız.

Sadece 200 nanometre (metrenin milyarda biri) uzunluğunda T4 bakteriyofajının DNA'sı sadece 169.000 baz çifti uzunluğundadır (insanda 3.2 milyar baz çifti bulunur) ve sadece 289 proteini kodlar. Bu 289 protein, virüsün konak hücreye yapışması, onu istila etmesi, bu sırada kendi kopyalarını oluşturması ve bu süreci tekrar tekrar yaşaması için fazlasıyla yeterlidir. T4 virüsü, bilim insanlarının en iyi tanıdığı bakteriyofajlardan birisidir.