Yabancı Yaşam: Bakterilerin Sorunsuzca Kullanabildiği Yeni Sentetik Nükleotitler Üretildi!

Yaşam, teorik olarak akıl almaz derecede basittir; pratikteyse aynı düzeyde karmaşıktır. DNA sadece 4 nükleik asit molekülünden ibarettir: adenin (A), timin (T), guanin (G) ve sitozin (C). Bunların 3'lü halde oluşturdukları dizilere "kodon" adı verilir ve DNA bu şekilde, üçlü parçalar halinde okunur. DNA üzerindeki bu kimyasalların farklı dizilimleri, canlıların birbirinden farklı gözükmesine ve davranmasına neden olur.

Evrimsel süreçte bu canlılar ortak bir atadan türleşerek bugünkü hallerini almışlardır. DNA'da meydana gelen değişimler, canlıları çok az da olsa değiştirir ve her nesilde en uyumlu olanların seçilmesiyle yeni türler evrimleşir. DNA'daki bilgilerin okunmasıyla üretilen aminoasitler sadece 20 tanedir. Bu 20 aminoasit, 64 farklı kodon ile kodlanırlar. Yani tek bir aminoasit, birden fazla kod ile de kodlanıyor olabilir, bu yüzden bir "kod fazlalığı" mevcuttur.

Her üçlü birbirinden farklı aminoaside denk gelmez. Bu 20 aminoasidin de 3 tanesi genetik süreçleri başlatan ve bitiren "noktalama işaretleri" görevi görür. Yani bildiğimiz bütün canlılık, 17 basit kodun farklı kombinasyonları sayesinde evrimleşebilmiştir. Bu da canlılığın doğal bir biçimde evrimleştiğini gösteren net bir örnektir; çünkü bilinçsiz bir şekilde işleyen doğa yasaları, özünde çok karmaşık mekanizmalar inşa edemezler. Sadece kendini tekrar eden basit adımları atabilirler; ancak bu adımlardaki rastlantısallık, daha büyük sistemlere geçildikçe kaçınılmaz olarak farklılıklara neden olacaktır. İşte evrim, bu farklılıkları yaratan, seçen ve en uyumluları ortaya çıkaran doğa yasasıdır. 

Peki ya bu 4 harften başka harfler genlerimize eklenecek olsaydı ne olurdu? Bu sorunun cevabını merak eden Scripps Araştırma Enstitüsü'nden Floyd Romesberg tarafından yönetilen bir ekip, doğada normalde bulunmayan 2 yeni aminoasidi bir plazmid üzerine yerleştirerek E. coli bakterisine aktarmayı başardılar.

Bu yeni aminoasitlerden birinin adı d5SICS, diğeri dNaM. İnsanlar tarafından var edilen bu yeni nükleik asitleri bünyesine alan E. coli bakterisi, hayatta kalmayı ve genetik süreçlerini devam ettirmeyi başardı. Hatta bakteri, normal hücre içi süreçler sırasında bu yabancı nükleotitleri de kullanarak bir plazmid sentezlemeyi başardı. Bu, yabancı nükleotitlerin nesilden nesle aktarılabileceğine doğrudan kanıt oluşturuyor. Her ne kadar bu tür bir deney daha önceden test tübü içerisinde yapılmış olsa da, doğrudan bir organizmada bu ilk defa başarılıyor. Araştırma, Nature dergisinde yayımlandı. 15 yıldır süregelen araştırmada yer alan Denis Malyshev şöyle diyor:

Şu anda bildiğimiz şey, elimizdeki bu canlının, doğadakinden fazla (arttırılmış) genetik bilgiyi depoluyor olduğudur. Hücrenin içerisine gönderdiğimiz, doğal olmayan trifosfat yapıtaşlarının akışını kestiğimizde, d5SICS-dNaM moleküllerinin doğal baz çiftlerinin yerini almasında ve hücre bölünmesinde hiçbir sıkıntı olmadı. Görünen o ki, doğal olmayan baz çiftlerine engel olan ve DNA'dan dışlayan herhangi bir faktör yok.

Ancak araştırmacılar hücreye bu yeni kimyasalları kabul ettirebilmek ve evrimsel süreçte hücrelerin doğru kopyalama yapabilmek, yabancı maddeleri hücre dışarısında tutabilmek için geliştirdiği mekanizmaları engelleyebilmek için bir diğer proteinden faydalandılar. Malyshev bunu şöyle açıklıyor:

Burada vurgulanması gereken önemli bir şey, kendi yeni bazlarımızı hücre içerisine aktarabilmemizin tek yolunun 'baz taşıyıcı' proteini aktive etmemizdir. Eğer ki bu taşıyıcı olmazsa veya ürettiğimiz yeni bazlar ortama sürekli olarak sağlanmazsa, hücreler yeniden A-T-C-G sistemine dönecektir ve genomda d5SICS-dNaM kalmayacaktır.

Bunun sebebi, hücrelerimizin normalde doğadan edinebildikleri kimyasallarla bir arada evrimleşmiş olmalarıdır. Eğer ki hücrelerimiz yabancı olduğunu tespit ettikleri bir maddeyle karşılaşırlarsa, bunu uzaklaştırmaya çalışacaktırlar. Aslında hücre, bir bütün olarak bilinçsiz bir yapı olduğundan, yerli ile yabancı maddeleri birbirinden ayırt edemez. Hücreler sadece yapılarındaki DNA sayesinde bazı taşıyıcı proteinler üretirler ve onlara "güvenirler". Taşıyıcı proteinlerin taşıdıkları kimyasallar hücre içerisindeki kimyasal tepkimelere dahil olur. Diğerleri ise ya hücre içine giremez ya da ortadan kaldırılır. Tabii ki evrimsel süreç içerisinde bu taşıyıcı proteinlerin yapısı değişebilir, dolayısıyla hücre içerisine alınabilen kimyasallar değişir ve böylece hücre içi süreçler farklılaşır. Ancak araştırmacılar bununla uğraşmak yerine, doğrudan bir protein taşıyıcısı kullanmaktadırlar.

Araştırmacıların "yabancı yaşam" olarak tanımladıkları bu organizmalar, ileride birçok hastalığın tedavisi için ümit vaadediyor. Örneğin sadece kanserli olan hücrelerde aktive olan, toksik aminoasitler barındıran bir protein üretilerek kanserle savaşmamız mümkün olabilir. Bir diğer araştırma sahasının ise nanomalzemeler üretmek konusunda olacağı düşünülüyor. 1989 yılında DNA'ya yapay nükleotitler eklemek üzerine ilk önemli çalışmalara imza atan Zürih'teki İsveç Federal Teknoloji Enstitüsü'nden Steven Benner araştırmanın sonuçlarıyla ilgili şunları söylüyor:

Floyd'un çalışması birçok kişi tarafından imkansız olarak görülüyordu. Çünkü DNA'yı içeren kimyasal tepkimelerin mutasyonlardan kaçınmak için oldukça hassas olmaları gerekir. Yaptıkları çalışmada şu anda milyonlarca baz çiftini barındıran bir DNA içerisine sadece 1 çift yabancı dizi kattılar. Ancak bunun bir sınırı olduğunu düşünmüyorum. Bana kalırsa, tamamen yabancı baz çiftlerinden oluşan bir yaşam mümkün. Eğer ki zamanda geriye gidip, 4 milyar yıl önce başlayan evrimi yeniden işletecek olsaydınız, tamamen farklı bir genetik sistem elde edebilirdiniz.

Buna rağmen tamamen sentetik bir organizma yaratmak çok zor bir iş. Çünkü günümüzdeki canlılığın özünde, şu anda vücutlarımızda taşıdığımız DNA ve 4 nükleotit bulunuyor. Yani her şeyimiz buna bağlı olarak evrimleşti. Bunu öyle bir günde değiştirerek her şeyin çalışmasını bekleyemeyiz. Bu yüzden bazı araştırmacılar, şu anda var olan organizmaların tamamen sentetik bir DNA ile yaşayabilecekleri kanısında değiller.

Fakat bu araştırmanın da imkansız olduğu düşünülürse; hatta bir zamanlar canlılığın yapısının hiçbir şekilde değişmediği, değişemeyeceği ve değiştirilemeyeceğine inanıldığı hatırlanacak olursa, bilimin bize göstereceklerinden umutlu olmamız gerekiyor.