Genom Dizileme Teknolojisi, 20 Yıldan Kısa Bir Sürede, 2.7 Milyar Dolardan 300 Dolara Kadar Ucuzladı!

Evrimin gerçekliğini ve gücünü bize gösteren en güçlü kanıtlar, şüphesiz ki genetik biliminden gelmektedir. Çünkü genler, tartışmaya yer bırakmayan bir şekilde evrimsel değişimlerin genetik kökenlerini ortaya koymakta ve canlıların nesiller içerisinde farklılaştığını, türleştiğini ve evrimleştiğini göstermektedir. 

Öyle ki, artık evrimsel biyoloji ve genetik bilimleri sayesinde sadece doğadaki evrimi gözlemekle kalmıyor, bu değişimlere yön verebiliyoruz. Aynı zamanda genleri kullanarak sayısız araştırma yürütebiliyor, canlılığı ve evrimini çok daha iyi anlamaya çalışıyoruz. 

Nature

Yukarıda, Nature dergisinin yayınladığı bir çizelgeyi görmektesiniz. Bu çizelgede, genetik, özellikle de genom düzeyinde mühendislik alanında yapılan çalışmaların kronolojik bir sırasını görüyorsunuz. Gelin hep birlikte bakalım:

• 1928: Altenburg, morötesi (UV) ışınların mutagenez etkisini keşfetti. Mutagenez, bir organizmanın genetik bilgisinin dengeli bir biçimde, doğal veya yapay yollarla değişmesi, mutasyona uğraması demektir.
• 1947: Mutagenezin kimyasal yollarla yapılabileceği keşfedildi.
• 1972: Rekombinant DNA (rDNA) teknolojisi geliştirildi. Bu teknoloji sayesinde, normalde doğada bir araya gelmeyebilecek olan genetik dizilimler, laboratuvar ortamında yaratılmaya başlandı.
• 1975: Evrimsel çeşitlilik mekanizmalarından biri olan transpozonlar keşfedildi. Transpozonlar, genetik materyal içerisinde genellikle rastlantısal olarak yer değiştiren genetik parçacıklardır.
• 1977: Sanger dizileme yöntemi geliştirildi. Canlı dışındaki DNA kopyalanması sırasında sırayı sonlandıran dideoksinükleotitlerin DNA polimeraz enzimi tarafından seçimiyle yapılan bir dizileme yöntemidir.
• 1980: İlk transgenik fare üretildi. Bir diğer deyişle, ilk genetiği değiştirilmiş fareler yaratıldı.
• 1996: Çinko parmak nükleaz (ZF-nükleaz) isimli yapay DNA kısıtlama enzimleri üretildi.
• 1998: Çift sarmallı DNA (dsDNA) yeniden birleştirme mühendisliği geliştirildi. Bu sayede birçok mutasyon tipi kolaylıkla elde edilebilmeye başlandı.
• 2000: İlk sentetik Hepatit C virüsü yaratıldı.
• 2001: Tek sarmallı DNA (ssDNA) yeniden birleştirme mühendisliği geliştirildi.
• 2001: II. Grup intronlar keşfedildi. Bu sayede, kendi kendinin üretimini hızlandıran (self-catalytic) ribozimlere bir yenisi daha eklendi ve canlılığın cansızlıktan nasıl evrimleşmiş olabileceğine dair bilgilerimiz güçlendi. Ayrıca tüm canlılarda bulunan transpozonlar keşfedilmiş oldu.
• 2002: İlk sentetik çocuk felci virüsü yaratıldı.
• 2003: İlk sentetik fi-X-174 fajı yaratıldı.
• 2005: T7 bakteriyofajı yeniden tasarlanarak baştan yaratıldı.
• 2006: E. coli bakterisinin gen kütüphanesi oluşturuldu.
• 2006: E. coli bakterisinin genomu azaltılarak yeniden yaratıldı.
• 2007: B. subtilis basilinin genomu azaltılarak yeniden yaratıldı.
• 2009: Çokkatlı Otomatik Genomik Mühendisliği (MAGE) geliştirildi.
• 2009: Bir mikroorganizma içerisinde genom bazındaki etkileşimleri inceleme yöntemlerinden olan Tn-seq metodu geliştirildi.
• 2010: İlk sentetik M. mycoides bakterisi yaratıldı.
• 2011: Transkripsiyon Aktivasyon-Benzeri Etkileyici Nükleaz (TALE) isimli yapay enzim yaratıldı. 
• 2011: İlk sentetik maya mantarı yaratıldı.

İlk bakışta bu araştırmaların ve keşiflerin önemi anlaşılmayabilse de, günümüzdeki modern bilimin en uç düzeydeki araştırmaları, bu temeller üzerine kurulmaktadır. Dolayısıyla bu keşiflerin önemi inanılmazdır.

Genom Dizileme Masrafı, Moore Yasası'nın Öngördüğünden Bile Hızlı Ucuzluyor!

Daha da önemlisi, bu teknolojiler sayesinde genom dizileme masrafları gün geçtikçe ucuzlamaktadır. Örneğin 1990 yılında başlatılan İnsan Genom Projesi, 13 yılda tamamlandı ve toplamda 2.7 milyar dolar civarında bir harcamaya sebep oldu. 2007 yılında, Rosalind Franklin ve Francis Crick ile birlikte DNA'nın eş kaşiflerinden olan James Watson, genomunun tamamını 1 milyon dolardan az bir maliyet ile dizileten ilk insan oldu. O gün bugündür genom dizileme masrafı, Moore Yasası tarafından öngörülenden bile daha hızlı ucuzlamaktadır.

Moore Yasası, Intel'in eş kurucularından Gordon Moore tarafından 1965 senesinde ileri sürülen bir yasadır. En temel haliyle Moore Yasası, bir entegre devre içerisindeki inç kare başına düşen transistör sayısının her geçen sene 2 katına çıkacağını öngörmektedir. Yani bilgisayarlarımızın bugün bildiğimiz işlevlerini sürdürmesini sağlayan ana bileşenlerin büyüklüğü, işlevlerinde herhangi bir kayıp olmaksızın, her sene azalacaktır. Böylelikle belli bir alana sığdırabildiğimiz transistör sayısı her geçen sene hızla artacaktır. Bu durum, bilgisayarların hem küçülmesi, hem de hızlanması anlamına gelir.

1965'te ileri sürülmesinden bu yana Moore Yasası birazcık yavaşladı. Genel gidişata bakılacak olursa, her sene yerine her 1.5 senede bir, belli bir alana sığdırılabilen transistör sayısı 2 katına çıkmaktadır. Bu, yine de teknolojinin müthiş ilerleyişini gösteren bir durumdur.

Moore Yasası sonradan biraz daha geliştirilerek genel olarak teknoloji ve hatta "insanlığın ilerleyişine" uyarlanmıştır. Yani Moore Yasası'nın öngördüğü giderek hızlanan şekilde olan artış, aslında genel olarak bilim ve teknolojinin ilerleyişine uyarlanmıştır. Bu görüşü eleştiren birçok bilim insanı olduysa da, genel olarak birçok yeni bilim ve teknoloji sahasında bu hızlı ilerlemeyi gerçekten de görmekteyiz.

NIH

Örneğin canlıların bütün genomlarını dizileyerek onları ve doğayı daha iyi tanımamızı sağlayan genom dizileme teknolojileri, Moore Yasası'nın öngördüğünden bile hızlı gelişmektedir. Ortalama bir genomu 2001 yılında 100 milyon dolara dizilerken, aynı genom 2014 yılında 1000 dolardan biraz fazla paraya dizilenebilir hale gelmiştir! 2016 yılında George Church tarafından kurulan Veritas Genetics firması, 1000 dolar bariyerini geçmeyi başaran ilk genom dizileme servisi olmuş, 2019'da bu fiyatı 599 dolar seviyesine kadar azaltmıştır. Ne yazık ki o firma, 2019'un sonunda öngörülemeyen finansal sorunlar dolayısıyla kapanmıştır. 2020 yılında ise Nebula Genomics firması, 299 dolara tam genom sekanslamayı mümkün kılmıştır!

Bu arada "tam genom dizileme" olgusu, 23andMe gibi firmaların sadece birkaç gen bölgesini diziledikleri hizmetten tamamen farklıdır. Tam genom dizilemede, bir bireyin genomu baştan sona dizilenir. 23andMe gibi firmaların sunduğu servislerse sadece belirli hastalıkları ve atasal ilişkiyi tespit edebilecek gen bölgelerinin dizilenmesidir. Bu ikinci tip serviste, bir insanın genetik çeşitliliğine yönelik bilgilerin büyük bir kısmı göz ardı edilmektedir. Tam genom dizilemede ise bireyin her bir nükleotidi ortaya çıkarılmaktadır.

Gidişat böyle devam edecek olursa (hatta bunun 10 katına kadar yavaşlasa bile), sadece birkaç yıl içerisinde herhangi bir canlının genomunu sadece birkaç dolara dizilememiz mümkün olacaktır. Böylece Evrim Ağacı'nı çok daha iyi tanıyacak, sorunlarımızın üstesinden çok daha güvenle ve hızlı bir şekilde gelebileceğiz. Ayrıca tam genom dizileme masrafları azaldıkça, günümüzde piyasayı domine eden sağlık ve soy hattı hizmetleri, yerini tam genom dizileme servislerine bırakacaktır.