Çok Düzeyli Otomatik Genom Mühendisliği, Soyu Tükenmiş Türleri Yeniden Canlandırmanın Anahtarı Olabilir mi?

Çevreci aktivist Stewart Brand, yaklaşık 40 yılı aşan bir süre önce, dünyanın uzaydan çekilmiş fotoğraflarının insanlığın eriştiği kudreti nasıl yansıttığını vurgularken, "Madem ki Tanrı'yı oynayacağız, neden bunda (Tanrı olmakta) daha iyi olmayalım?" demesi, birçok siyasî çevrede bir slogan gibi kullanılarak ünlenmiştir. 2009 yılında bir röportajda ise bu sözünün eskidiğini, artık insanlığa şakacı bir şekilde "Tanrı'yı oynayan maymunlar" olarak bakan, küçümseyici bakış açısını bırakarak, çok daha önemli bir gerekliliğin farkına varmamız gerektiğinin altını çizmiştir: "Madem ki artık Tanrılarız, bunda iyi olmak zorundayız".

Benzer bir mesajı ise Craig Venter, Almanya'da kendisi ile röportaj yapılırken ona "Tanrı'yı oynadığı" söylendiğinde gayet soğukkanlı bir şekilde "Biz oyun oynamıyoruz." diyerek belirtmiştir. Eğer "Tanrı'yı oynama" konseptinin en temel bileşeninin yeni canlılar yaratmak ve yok etmek olduğunu ve genetik dizileme teknolojilerinin Moore'un Yasası'nın tahmin ettiğinden de hızlı geliştiğini hesaba katarsak, insanların gelecekte çok daha fazla "Tanrıcılık" oynayacağından şüphe yoktur - bunu bir "oyun" olarak niteleyin veya nitelemeyin, beğenin ya da beğenmeyin...

Colorado Adoption Project'in öncülüğünü yapan ve davranışsal genetik alanında ikiz ve evlatlık edinme modellerini kullanan çalışmaları ile zekadan kişiliğe, boydan kiloya birçok özelliğin çok önemli bir derecede kalıtsal olduğunu ortaya koyan ünlü genetikçi Robert Plomin, genetik alanındaki bu beklenmedik derecede hızlı olan gelişmeleri "DNA Devrimi" olarak nitelemiştir. Sadece son 5 yıl içinde bile genom çapında ilişkilendirme çalışmaları ve bu çalışmaların verilerinden türetilen poligenik puanlama sistemleri, bu nitelendirmeyi haklı kılmaktadır. Özellikle de genetik mühendislik alanındaki gelişmeler, bu nitelendirmeye layık olduklarından dolayı, CRISPR-Cas9 gibi teknolojiler medya yolu ile popüler kültürün de bir köşe taşı haline gelmiştir. Ancak genetik mühendisliği kadar engin bir alanın, yalnızca en yüzeysel buluşları popüler bilime taşındığı için, aynı derecede önemli buluşların bazıları bilim okurlarına neredeyse hiç ulaşmıyor. Bundan dolayı genetik mühendisliğin tam kapasitesinin farkında olmayan okur kitlesi, mamutlar gibi soyu tükenmiş hayvanların yeniden canlandırılabileceğini duydukları zaman, haklı bir şekilde şüphe ile yaklaşıyor ve böyle bir geleceği hayal etmekte zorlanıyorlar. Size bu abartılı görünen iddiaları daha açıklığa kavuşturacak bir teknoloji ile tanıştırmama izin verin: Çok Düzeyli Otomatik Genom Mühendisliği.

İngilizce tabiriyle "Multiplex Automated Genome Engineering" (ya da kısaca "MAGE" - ki bu da aynı zamanda "büyücü" anlamına gelen bir sözcük), yaklaşık olarak 10 yıldır var olmasına rağmen, popüler bilim çevrelerine yansıması ya uzun süre almış yada böyle çevrelere hiç ulaşmamıştır (öyle ki, bildiğimiz kadarıyla bu teknolojinin ismini İngilizceden Türkçeye ilk kez çeviren biziz). Bu teknoloji, ilk defa 2009 yılında Wyss Institute üyesi olan Harris Wang ve ünlü sentetik biyolog George Church tarafından geliştirilmiştir. Genetik mühendisleri eskiden tek bir hücre üzerindeki genomun, sadece spesifik bir kısmını değiştirebilirlerken, MAGE sayesinde bir hücre nüfusundaki tüm hücrelerin genomlarının birden çok yerini, aynı anda değiştirebilir hale gelmişlerdir.

Önceki teknolojilere kıyasla daha ucuz, daha hızlı ve kullanması daha kolay olan MAGE, her şeyden önce soyu tükenmiş hayvanları yeniden klonlanmasının (İng: "de-extinction") gerekliliğini vurgulayan bilim insanlarının ilgisini çekmiştir. Bunun sebebini anlamak ve ardından da gelecekteki potansiyel uygulamalarını öngörebilmek için, MAGE'in nasıl çalıştığını anlamak gerektir.

MAGE Teknolojisi Nasıl Çalışır?

Church ve meslektaşları, icat ettikleri yeni teknolojiyi bilim dünyasına tanıttıkları çalışmalarında ilk kez Escherichia coli bakterilerinden oluşan bir hücre nüfusunun genomlarını değiştirmişlerdir. Genetik olarak çeşitli bir hücre nüfusu elde etmek için ilk önce bakteri kolonisine genomun farklı yerlerini aynı zamanlı bir şekilde hedef alan tek zincirli DNA mutasyonları getirmişlerdir. Kollektif olarak oligo kümeleri olarak isimlendirilen bu tek zincirli DNA mutasyonlarının üzerinde hedef alınan genomun dizileri büyük oranda mevcut olsa da, 1 ila 60 baz çifti istenen nükleobaz ile değiştirilerek, hücrelere elektroporasyon yolu ile aktarılır. Church ve meslektaşlarının deneyinde E. coli bakterilerinin baz uyumsuzluğunu onarma mekanizmaları olmadığından dolayı hücreler mitoz geçirerek çoğalırke,n üzerinde mutasyon olan tek zincirli DNA ile hücrenin asıl genomunun uyumsuzluğu onarılmadan mitoz gerçekleşmiştir. Bunun ardından bu süreç her seferinde yeniden aynı tek zincirli mutasyonların hücre nüfusuna elektroporasyon yolu ile aktarılması ile tekrarlanır ve hücre nüfusunun çoğunluğunda istenen değişiklikler olana kadar sürdürülür.

Fakat hücrelere bu mutasyonların elektroporasyon ile aktarılması dışında birkaç farklı adım daha vardır: MAGE, adı üzerinde, otomatikleştirilmiş bir süreçtir ve farklı aşamalara sahiptir. İlk aşamada 30°C'lik bir "çoğalma bölmesinde" hücre nüfusunun bir milyara ulaşılması beklenir. Bu elde edildikten sonra otomatik bir şekilde ikinci aşamaya geçilir ve sıcaklık 42°C'ye artırılır. Bunun sebebi ise hücrelerdeki beta proteinlerinin ortaya çıkarılması ile alelik değişmenin verimliliği artırılmak istenmesidir. Bunun ardından sıcaklık 4°C'ye düşürülerek beta proteinlerinin toksik aşırı ekspresyonu ve hücre çoğalması durdurulur. Bir sonraki aşamada ise hücre nüfusunun bulunduğu bölme su ile yıkanarak oligo kümelerinin hücrelere elektropore edilmesine hazırlanılır. Elektroporasyon sürecinin tamamlanması ile de yeniden ilk aşamaya dönülerek tüm süreç tekrar edilir.

(Church et al. 2009)

MAGE ile, Soyu Tükenmiş Canlılar Canlandırılabilir mi?

Soyu tükenmiş canlıların genom dizilerinin sekanslanması ve günümüzde halen varlığını sürdüren canlılar arasından onlara filogenetik olarak en yakın olan hayvanın zigotlarının genetik mühendislik yöntemleriyle soyu tükenmiş canlının genomu haline getirilmesi, ilk kez Folch ve arkadaşları tarafından 2003 yılında başarılmıştır. Klonlanmasının ardından bir kez daha ölerek, "iki kez soyu tükenen hayvan" olarak adlandırılan Capra pyrenaica pyrenaica alttürünün, yaşayan son bireyi olan dişi bir dağ keçisi, 2000 yılında hayatını kaybetmeden birkaç ay önce araştırmacılar tarafından yakalanmıştır. Adı "Celia" koyulan bu dağ keçisinin kulak derisine biyopsi uygulanarak, DNA'sı kriyojenik bir ortamda muhafaza edilmiştir.

Ancak 3 sene sonra, sayısızca başarısızlığın ardından, ilk kez DNA'sı değiştirilerek pirene keçisi haline getirilen bir zigot, başarılı bir şekilde doğuma kadar hayatta kalmıştır. Maalesef doğduktan 10 dakika sonra akciğerinin kusurlu bir şekilde gelişmesi dolayısıyla ölen yavru pirene keçisi, bilim insanlarına gene de bu klonlamanın başarılı olmuş olmasından ötürü büyük bir umut vermiştir.

Advanced Cell Technology, Inc.

Günümüzde ise soyu tükenmiş hayvanların yeniden türetilmesi projelerinde ana sahneye göçmen güvercinler, mamutlar ve Avrupalı bizonlar hakimdir. Bu, onların eskiden yaşadıkları ekolojilerdeki biyoçeşitliliğin sürdürülmesinde kilit öneme sahip roller oynamış olmalarındandır. Bu projeler içinden en çok Wooly Mammoth Revival gibi mamutları yeniden Arktik ekolojiye getirmeyi hedef alanlar ile ilişkili olan George Church ise MAGE'in bu tür projelerdeki önemini geçmişte birçok kez vurgulamıştır.

Konu hakkında oldukça detaylı ve MAGE dışında da soyu tükenmiş hayvanların sentetik biyoloji yardımıyla yeniden klonlanabilmesi hakkındaki tüm ilişkili konuları kapsamlı bir şekilde ele aldığı Regenesis adlı kitabı ise bu konuyla ilgilenen herkesin okuması gereken sayılı başyapıt arasındadır.