DNA'yı Yeniden Kavramak: Tek Bireyde Birden Fazla Genom Bulunuyor Olabilir mi?

Biyoloji sınıfından, Suç Mahalli İncelemelerine (C.S.I) genomumuzun kişiliğimizin kalbi olduğu, bize tekrar tekrar söylenir: “Tek bir hücrenin kromozomlarındaki sekansları okur, ve bir bireyin genetik bilgileri hakkında herşeyi öğrenirsin”, veya 23andMe'nin (saygın bir genetik test laboratuarı) web sitesinde söylendiği şekliyle; “DNA'nız hakkındaki bilginiz arttıkça, kendiniz hakkındaki bilginiz artar”.

Fakat bilim insanları, bizlerin şaşırtıcı düzeyde farklı genetik katlar taşımakta olduğumuzu keşfediyorlar. Yakın zaman kadar, araştırmacılar sağlıklı bir insana ait hücrelerin genetik olarak önemli bir oranda farklı olması durumunun ender rastlanabilecek bir vaka olduğunu düşünmüşlerdir. Fakat bir bireyin birden fazla genoma sahip olma durumuna oldukça sık rastlandığı anlaşılıyor. Örneğin, bazı insanlar vücutlarının bir kısmında diğer kısımlarında bulunmayan mutasyon geçirmiş bir grup hücreye sahiptirler. Bazılarıda başka insanlardan gelen genomlara sahiptir. Stanford Üniversitesinden genetikçi Alexander Urban şöyle diyor:

Konu, araştırma topluluğu içerisinde yıllar hatta on yıllardır, fısıltılar halinde ancak çok kuramsal olarak dillendirilmekteydi. Hatta üç yıl öncesine kadar, tek bir vücutta yaygın bir genetik varyasyon olduğunu önermek kuşkucu bir tavırla karşılanırdı ve duvara toslardınız.

Fakat, Dr. Urban ve diğer bazı araştırmacıların son makaleleri bu fısıltıların sadece kuramsal olmadığını göstermektedir. Tek bir bireyde bulunan genomlardaki varyasyon, ihmal edilemeyecek kadar büyüktür. Dr. Urban “Orada olduklarını biliyoruz, şimdi bu yeni alanı haritalıyoruz.” demiştir. 

Baylor Tıp Kolejinde insan genomu üzerine önde gelen uzmanlardan biri olan Dr. James R. Lupski’nin Science dergisinde yazdığı bir derlemede, bir bireyde birden fazla genom bulunmasının tıbbi pratikler üzerinde çok güçlü etkileri olacağını belirtmektedir. Doktor bir röportajında, “Düşünme şeklimi değiştirdi” demiştir.

Bilim insanları birden fazla genomlarla bazı nadir hastalıklar arasında ilişkiler buluyorlar ve hatta genetik varyasyonları daha sık rastlanan hastalıkları aydınlatmak üzere araştırmaya başlıyorlar. 

Bilim’in değişen bakış açısı, öte yandan adli bilim insanlarının önüne, DNA kanıtlarını insanları tanımlamak için nasıl kullanabilecekleri konusunda, yeni sorular koyuyor. Dahası, tek bir hücreden elde edilen genetik bilgilerin DNA’dan, bireyin vücudu hakkında anlatabileceği şeyler olduğunu varsayamayacak olan genetik danışmanlar için başa çıkılması gereken ciddi sorunlar yaratıyor.

İnsan Tasarımı

Bir yumurta ve spermin DNA’larını birleştirdiğinde, ortya çıkardıkları genom yeni bir insanın oluşması için gereken tüm bilgileri içerir. Döllenen yumurta (=zigot), bir embriyo oluşturmak için bölündükçe, orijinal genomun yeni kopyalarını üretir. 

On yıllarca, genetikçiler bir emriyonun kasları, sinirleri ve insan vücudunun çeşitli bölümlerini oluşturmak için tek bir genomdaki talimatları nasıl kullandığını keşfettiler. Ayrıca, belli bazı hastalıklara ait riski arttırabilen genetik varyasyonları anlamak için sekanslamayı kullandılar. Genetik danışmanlar, hastalar ve ailelerine hastalıkla başa çıkabilmeleri için, genetik taramaların sonuçlarını inceleyebilir, örneğin bazı enzimlerin sentezlenmesini sağlayan gen eksikse, hastaların diyetlerini değiştirirler.

Bir genomun tamamen sekanslanmasının maliyeti son 20 yıl içinde ciddi oranda düşmüştür. Şimdilerde, bir kaç bin dolar tutmasına karşın, ilk insan genomunun bir kamu-özel sektör ortaklığı tarafından sekanslanmasında bu tutar üç milyar dolardı. Dolayısıyla, doktorlar bazı hastaların genomlarını tamamen sekanslamaya başladılar, (sekanslama 50 saat gibi kısa bir sürede yapılabilmektedir) ve mutasyonlarla hastalıklar arasında daha önce hiç bilinmeyen ilişkileri tanımlayabiliyorlar.

Ancak, tüm bu güçlü testler vücudumuzda "bir genom bir genomdur" varsayımına dayanmaktadır. Bilim insanları bir yanak svapıyla elde edilen bir hücreye bakarak beyin, karaciğer veya vücudun herhangi bir bölümündeki hücrelerindeki genomlar hakkında bilgi edinebileceklerine inandılar.

1900’lü yılların ortasında, bilim insanları bunun her zaman doğru olmayacağına dair ipuçları elde etmeye başladılar. Sözgelimi 1953’de, bir Britanyalı kadın yarım litre kan bağışladı. Kadının kanının bir kısmının O grubu, bir kısmının A grubu olduğu ortaya çıktı. Bu araştırmayı yapan bilim insanları, kadının rahim içinde ikiz kardeşinden kan hücrelerindeki genomlarıyla birlikte bir miktar kan aldığı sonucuna ulaştılar.

Kimerizm (=Chimerism), belirlendikten sonra uzun yıllar ender bir vaka olarak görüldü. Fakat, Los Angeles Çocuk Hastahanesinde bir pediatrist olan ve temmuz ayında Amerikan Tıbbi Genetik dergisinde (The American Journal of Medical Genetics) yayınlanan “Kimerizm Üzerine Bir İnceleme” başlıklı makalenin yazarı Dr. Linda Randolph , “Bizim bildiğimizden daha yaygın olabilir” demiştir.

İkizler, rahim içinde aynı damar seti üzerinden beslenirken karışık bir kan desteği almışlardı. Diğer bazı vakalarda, iki döllenmiş yumurta birleserek kaynaşabilmektedir. Embriyonik kimera olarak adlandırılan bu duruma sahip olanlar, kökenlerinden habersiz olarak sorunsuz bir yaşam sürdürebilirler.

Bir kadının, bir kimera olduğu 52 yaş kadar geç bir dönemde keşfedilmiştir. Böbrek nakli ihtiyacı nedneiyle uygun bir donör bulunabilmesi için yapılan testler yapılmış ve sonuçlar kadının üç biyolojik çocuğunun ikisinin annesi olmadığını göstermiştir. Kadının iki genomdan oluştuğu ortaya çıkmıştır. Bir genomun kadının kanı ve yumurtalarından bazılarını oluşturduğu, diğer yumurtalar ayrı bir genoma sahip olduğu anlaşılmıştır.

Bundan başka, kadınların kendi çocuklarından genom kazanmasıda mümkündür. Bir bebek doğduktan sonra, annenin vücudunda cenine ait bazı hücreler bırakabilir ve bunlar farklı organlara göç edebilir ve burada dokular tarafından absorblanabilir. Dr. Randolph “Hamile olan herhangi bir kadının, bir kimera olması oldukça yüksek bir olasılıktır” demiştir. 

Baktığınız Her Yer

Bilim insanları, kimeraların önlerine bir vaka olarak gelmelerini bekleyip tıbbi test bulmacaları yaratmak yerine, onları sistematik olarak aramaya başladıkça, şaşırtıcı derece yüksek bir fraksiyon içerisinde buluyorlar. 2012’de, Kanadalı bilim insanları 59 kadının beyinlerinde otopsi yaptılar. Yüzde 63’ünde Y kromozomu taşıyan kromozomlar buldular. Nöronlar, muhtemelen kökeni oğulları olan hücrelerden oluşmuşlardı. 

Uluslararası Kanser Dergisinin (The International Journal of Cancer) Ağustos sayısında, Boston’daki Dana-Farber Kanser Enstitüsü’nden (Dana-Farber Cancer Institute) Eugen Dhimolea ve arkadaşları erkek hücrelerin göğüs dokularınada sızabilmekte olduklarını bildirmiştir. Göğüs dokusu örneklerindeki Y kromozomlarına baktıklarında, kadınların yüzde 56’sında bulunduğunu belirlediler.

Yüzyıl önce, genetikçiler insanların sonradan yeni genomlar kazanabildiklerini gösteren bir yöntem buldular. Kürklerinde tuhaf renkli lekelere sahip ender canlılar olan “Mozaik hayvanları” inceliyorlardı. Bu lekelere ait genler, bu hayvanlara ebeveynlerinden aktarılmamıştı. Bunun yerine embriyo evresindeyken, renkli lekeleri üretmek üzere bölünen deri hücrelerinde mutasyon olmuştu.

Mozaikizm (=Mosaicism), belirlenip tanımlandığı dönemde, DNA sekanslaması dönemine ulaşılana kadar araştırılması zor konuydu. Bilim insanları sadece mutasyonların ve etkilerin çok büyük ve bariz olduğu örnekleri keşfedebilmişti.

1960’da, araştırmacılar mozaikism sonucu oluşan bir lösemi tipi buldular. Bir kan hücresi, bölündükçe büyük bir kromozom parçasını diğerine taşıyarak kendiliğinden mutasyon geçirmekteydi.

Daha sonraki çalışmalar, kanserin bazı özel hücrelerin mutasyonu sonucunda oluştuğu düşüncesine destek kattı. Fakat bilim insanları hangi yaygın mozaikizm vakalarının ardında kanser olduğuna dair çok az fikre sahipti.

Bilim insanları, farklı deri hücresi gruplarındaki genetik varyasyonların, vücut üzerinde görünür desenler oluşmasına neden olduğunu uzun zamandır biliyordu. Fakat araştırmacılar şimdi bu tip genetik varyasyonların ve hatta birden fazla genomlu bireylerin bilinenden daha yaygın olarak bulmaktadırlar. 

Boston Çocuk Hastahanesinde bir genetikçi olan ve yakın zaman içerisinde Bilim Dergisinde (=Science) Mozaikizm ve Hastalık üzerine bir Derleme yayınlayan Dr. Christopher Walsh “Üzerinde sistematik olarak düşünebilmek için gerekli teknolojiye sahip değildik. Şimdi ise, bir devrimin ortasındayız” demiştir.

Zararsız Farklar

En son bulgular mozaikizmin, sağlıklı hücrelerde bile oldukça yaygın olduğunu açıkça ortaya çıkarmıştır.

Örneğin Dr. Urban ve arkadaşları, bağ dokularında bulunan ve fibroblast olarak adlandırılan hücrelerdeki mutasyonları incelemişlerdir. Özellikle, bir DNA segmentinin tesadüfen veya rastgele kopyalandığı veya silindiği vakaları aramışlardır. Geçen yıl bildirdiklerine göre, fibroblastların yüzde 30’u en az bir adet bu tip mutasyon geçirmiştir. 

Stanford Üniversitesinden Michael Snyder ve arkadaşları, kanser dışında bir nedenden ölmüş 6 kişi üzerinde otopsi yaparak mozaikizm aramışlardır. Otopsi yapılan 6 kişinin 5’inde, farklı organlarda bulanan DNA uzantıları tesadüfen veya rastgele kopyalanmış veya silinmiş hücrereler bulduklarını geçtiğimiz Ekim ayında rapor etmişlerdir. 

Günümüzde bilim insanlarıartık kimerizm ve mozaikizm ne kadar yaygın olduğunu kabullenmeye başlıyorlar, bu koşulların sağlığımız üzerindeki etkilerini araştırıyorlar. Dr. Urban “Konu gerçekten hala açık, çünkü hala erken dönemlerdeyiz” demiştir. 

Bununla birlikte, Dr. Walsh, “bu mutasyonların büyük bir bölümünün zararsız olacağını söylemek güvenlidir” demiştir. Kimeralar üzerine yapılan güncel çalışmalar, bu ekstra genomların yararlı bile olabileceğini öne sürmektedir. Örneğin, ceninlerdeki kimerik hücrelerin hasarlı hücreleri aradığı ve iyileşmelerine yardımcı olduğu anlaşılmaktadır.

Fakat bilim insanları bazı özel hücrelerdeki mutasyonların kanserden başka hastalıkların gelişmesine yardımcı olduğu vakalarıda bulmaya başlamışlardır. Sözgelimi Dr. Walsh, hemimegalensefali (=hemimegalencephaly) olarak adlandırılan, çoçuklarda görülen, beynin bir tarafının diğerinden daha fazla büyümesiyle ortaya çıkan ve yıkıcı nöbetlere neden olan bir beyin hastalığı üzerine çalışmaktadır.

Çocukların beyninin yarısının alınması gibi her şeyin göze alındığı bir ameliyat olmadan, normal bir yaşam şansları bulunmamaktadır” demiştir.

Dr. Walsh, bu ameliyatlarda alınan nöronların genomlarını incelemektedir. Doktor ve arkadaşları, aşırı büyüyen tarafta bulunan bazı nöronların bir geninde mutasyon olduğunu keşfetmişlerdir. Diğer bilim insanlarından oluşan iki ayrı takım, farklı genlerde mutasyonlar belirlemişlerdir, bunların hepsi nöronların büyümesinin kontrolüne yardımcı olmaktadır. Dr. Walsh, “Hastalığın mekanizması üzerine çalışma olanağına sahibiz” demiştir.

Diğer bazı araştırmacılar, mozaikizmin şizofreni gibi daha yaygın hastalıklar için bir etmen olup olmadığını araştırmaktadırlar. Arkadaşları ile konu üzerinde çalışan Dr. Urban “Bu 5 ila 10 yılı aşkın bir süre alacaktır” demektedir.

Tedbirli Davranmak

Tıp araştırmacıları, bireylerdeki birden fazla genomlarla ilgilenen yegane bilim insanları değildir. Adli araştırmacılarda ilgilenmektedir. Suçluları veya cinayet kurbanlarını DNA eşleşmesi ile tanımlamaya çalışırken, tek bir kişide olabilecek çeşitli genomların neden olabileceği yanlışlıklardan kaçınmak istemektedirler. 

Sözgelimi, geçen yıl Washington Devlet Kolluk Devriyesi Suç Laboratuarı Bölümündeki adli araştırmacılar, bir tecavüz vakası zanlısından alınan tükürük örnekleri ile sperm örneklerinin birbirleri ile nasıl uyuşmadığını açıklamışlardır.

Kemik iliği transplantlarıda adli araştırmacıların kafasını karıştırabilir. Avusturya Innsbruck Tıp Üniversitesi’nden araştırmacılar, en eskisine 9 yıl önce transplant uygulanmış 77 kişiden yanak svapı almış ve bunların yüzde 74’ünde kendi genomları ile donörlerin genomlarının karışmış halde bulunduklarını bu yıl rapor etmişlerdir. Transplant edilen kök hücreler sadece kan hücrelerini yenilememiş, ayrıca yanağı kaplayan hücrelerinde yerini almıştır. 

Uzmanlar akıl karışıklığı riskinin bir gerçek, ama bu baş edilebilir bir düzeyde olduğunu söylemektedir. Rotterdam’daki Erasmus Üniversitesinde Adli Moleküler Biyoloji profesörü olan Manfred Kayser “ Adli vakalar açısından çok kaygılanılmamalı” demiştir. Mozaikizm ve kimerizmin akıl karıştırdığı vakalarda, adli araştırmacılar bunu diğer olanaklarla düzeltebilirler. Örneğin Avusturya’da yapılan çalışmada, bilim insanları alıcı kişilerin saç hücrelerinde donör genomu bulamamışlardır.

Bizim çoklu genomlarımız, müşterilerinin DNA testini kavramalarında yardım eden genetik danışmanlar için, baş edecekleri çok daha ciddi sorunlar çıkarmaktadır. Kan hücreleri kullanılarak yapılan bir DNA testi, diğer organlara ait hücrelerde bulunan hastalığa yolacabilecek mutasyonları tespit edemeyebilir. Pennsylvania Üniversitesi’nde genetikçi olan ve Doğa Genetik Derlemeleri (Nature Reviews Genetics) dergisinin mayıs sayısında mozaikizmin Genetik Danışmanlığa etkileri üzerine bir derleme yayınlayan Nancy B. Spinner “Başka nelerin olmakta olduğunu size söyleyemeyiz” demiştir. 

Bu durum, bilim insanları bizim farklı genomlarımızı inceleyebilmek ve bunların hastalıklarla ilişkilerini öğrenmek için daha güçlü yöntemler geliştirdikçe değişebilir. Dr. Lupski “Doktorun ofisine gittiğinizde, onların bu şekilde düşünmelerinin sağlanması hemen yarın olmayacaktır, biraz zaman alacaktır” demiştir.