Frances Hamilton Arnold Kimdir? Ne Yapmıştır? Kendi Ağzından Yaşam Öyküsü...

Adım Frances Hamilton Arnold. 25 Temmuz 1956’da Pensilvanya eyaletinde, Pittsburgh kentinin kenar mahallelerinden birinde, beş çocuklu bir ailenin üçüncü çocuğu olarak doğdum. Annem ev kadınıydı. Nükleer fizikçi olan babam ise Westinghouse şirketinde nükleer reaktör tesislerinin geliştirmesi ve bakımında çalışıyordu. Ben lisede bir öğrenciyken, tüm dünyanın dikkati Vietnam savaşındaydı. Dedem yüksek rütbeli bir askerdi ve ailem, bu disiplinden payına düşeni almıştı. 

Ama ben geleceğe ve dünya siyasetine farklı bakan, delidolu bir gençtim. Okul başarım kötü sayılmazdı ancak dönemin gençlik hareketleri dışında kalmam da mümkün değildi. Derslerden sıkılmaya ve okula gitmemeye başlamıştım. Washington’da yapılacak olan Vietnam savaşını protesto yürüyüşüne gitmek istiyordum ve tahmin edebileceğiniz gibi, ailem izin vermedi. Öyle kızmışlardı ki “Yoldan çıkmaya başladın, ya hizaya gelirsin ya da burada yaşayamazsın!” dediler… Ben de “Peki.” dedim ve 17 yaşındayken evden ayrıldım. Otostop ile Washington’a gittim ve eylemlere katıldım. Bir süre yerel bir caz kulüpte garsonluk ve taksi şoförlüğü yaparak yaşamımı sürdürdüm. 

Notlarım vasat olmasına rağmen, barajı geçecek kadar sınav puanı aldım ve oldukça ikna edici bir makale yazdığım için, Dünya’nın en önde gelen üniversitelerinden biri olan Princeton Üniversitesi’ne kabul edildim. Eğitimde fırsat eşitliği olması işte bu yüzden önemli. Makine ve havacılık mühendisliği okumaya başladım. Üniversite hayatı, liseye göre daha keyifliydi ama bana yetmiyordu. Yeni yerler keşfetme ve öğrenme merakım, kendi başına bir şeyleri başarma arzum öylesine güçlüydü ki, alışılmışın dışında bir karar aldım. 1977 yılında okula 1 yıl ara vererek İtalya’ya gittim. 1956 model motosikletle Milano’dan İstanbul’a kadar planladığımız bir tur yaptık. Bambaşka kültürlerle ve insanlarla tanıştığım bir deneyim yaşamıştım. Turumuz sonrasında bir süre İtalya’da nükleer reaktörler için parça yapan bir fabrikada çalıştım. Avrupa macerasını sonlandırınca, büyük bir moral ve istekle Princeton’a döndüm ve 1979 yılında mezun oldum.

Okulu bitirdiğim yıllarda dünyada ikinci büyük petrol krizi yaşanıyordu ve çok yakın bir tarihte Three Mile Island nükleer santral kazası olmuştu. Ardışık felaketlerle karşılaşınca, ülkemin hem fosil yakıtlardan hem de nükleer enerjiden kurtulması gerektiği inancıyla, mühendislik bilgilerimi yenilenebilir enerji konusunda geliştirme kararı verdim ve Colorado’daki “Güneş Enerjisi Araştırma Grubu” için çalışmaya başladım. Ancak Cumhuriyetçi Parti yönetiminde Ronald Reagan’ın başkanlığını yaptığı Amerikan hükümeti, bir süre sonra bu araştırmalar için ayrılan fonları kesti ve güneş enerjisi üretme konusundaki ulusal politikaları sonlandırdı. 

Hayatıma yeni bir yön vermem gerekiyordu. 1985’te Berkeley’deki California Üniversitesi’nden kimya mühendisliği doktorası kazandım. Doktora sonrasında ilaç bilimi, plastikler ve zehirli kimyasal maddelerle ilgili araştırmalarıma başladım. Bu kimyasalları doğal biyolojik süreçleri kullanarak üretebilmek veya atıklarını yok edebilmek için yeni enzimler tasarlamak gerekiyordu. Enzimler tüm canlıların hücrelerinde ihtiyaç duyulan maddeleri üretmeye veya zararlı maddeleri parçalayıp atık haline getirmeye yarayan proteinlerdir. Eğer doğal haliyle son derece verimli çalışan bu yöntemleri kontrol etmeyi başarabilirsem, yani hücrelerimizdeki genetik bilgiyi taşıyan DNA teknolojisini kullanabilirsem çevreye zarar vermeyen ilaçlar, yenilenebilir biyolojik yakıtlar gibi doğayla uyumlu bileşikler üretebilirdim. Peki, bunu nasıl yapacaktım? 

Mühendislik bilgilerimi kullanarak yeni tasarımlar oluşturmakla uğraşmak pek akılcı gelmemeye başladı. Bizler zeki türleriz, matematiğimiz ve güçlü. Ama doğa kadar “zeki” değiliz. Yüzümü doğaya çevirdim ve bilinen en iyi biyomühendis olan evrimden ilham aldım. Doğadaki evrim süreci, dışarıdan bir bilince veya bilgiye ihtiyaç olmadan, tamamen doğal süreçlerle yaşanır ve canlılar zaman içinde çevreyle uyumlu hale gelir. Canlılar, yaşamda kalmalarını sağlayacak, kendilerine faydalı biyolojik sistemleri, evrimsel süreçte doğal seçilim yoluyla oluşturuyordu. Değişen çevre koşullarına uyum sağlamak ve hayatta kalabilmek için gen yapılarında mutasyon denilen değişiklikleri yapıyorlar, bu bilgiyi kuşaklar boyunca aktarıp, böylece hayatta kalabiliyorlardı. Evrim sayesinde, doğal seçilim yoluyla ihtiyacımız olan enzimler ve benzeri birçok protein üretilebiliyordu. 

Ancak çözmem gereken ciddi bir sorun vardı… Zaman! Bu varyasyonların oluşması doğal yollar ile yavaş ve sancılı bir süreç gerektiriyordu. Günümüzden 4 milyar yıl kadar önce başlayan, yaklaşık 600 milyon yıl süren bir deneme-yanılma ile moleküler seçilim süreci sonucunda gerçekleşiyor ve cansız moleküllerden canlı yapıların evrimleşmesini mümkün oluyordu. İnsanlık olarak dünyanın başına onca sorun açmışken, bu kadar beklememiz mümkün değil elbette…

Evrim Ağacı'ndan Mesaj

Neden Desteğe İhtiyacımız Var?

Aslında maddi destek istememizin nedeni çok basit: Çünkü Evrim Ağacı, bizim tek mesleğimiz, tek gelir kaynağımız. Birçoklarının aksine bizler, sosyal medyada gördüğünüz makale ve videolarımızı hobi olarak, mesleğimizden arta kalan zamanlarda yapmıyoruz. Dolayısıyla bu işi sürdürebilmek için gelir elde etmemiz gerekiyor. Bunda elbette ki hiçbir sakınca yok; kimin, ne şartlar altında yayın yapmayı seçtiği büyük oranda bir tercih meselesi. Ne var ki biz, eğer ana mesleklerimizi icra edecek olursak... Daha fazla göster

Aslında maddi destek istememizin nedeni çok basit: Çünkü Evrim Ağacı, bizim tek mesleğimiz, tek gelir kaynağımız. Birçoklarının aksine bizler, sosyal medyada gördüğünüz makale ve videolarımızı hobi olarak, mesleğimizden arta kalan zamanlarda yapmıyoruz. Dolayısıyla bu işi sürdürebilmek için gelir elde etmemiz gerekiyor.

Bunda elbette ki hiçbir sakınca yok; kimin, ne şartlar altında yayın yapmayı seçtiği büyük oranda bir tercih meselesi. Ne var ki biz, eğer ana mesleklerimizi icra edecek olursak (yani kendi mesleğimiz doğrultusunda bir iş sahibi olursak) Evrim Ağacı'na zaman ayıramayacağımızı, ayakta tutamayacağımızı biliyoruz. Çünkü az sonra detaylarını vereceğimiz üzere, Evrim Ağacı sosyal medyada denk geldiğiniz makale ve videolardan çok daha büyük, kapsamlı ve aşırı zaman alan bir bilim platformu projesi. Bu nedenle bizler, meslek olarak Evrim Ağacı'nı seçtik.

Eğer hem Evrim Ağacı'ndan hayatımızı idame ettirecek, mesleklerimizi bırakmayı en azından kısmen meşrulaştıracak ve mantıklı kılacak kadar bir gelir kaynağı elde edemezsek, mecburen Evrim Ağacı'nı bırakıp, kendi mesleklerimize döneceğiz. Ama bunu istemiyoruz ve bu nedenle didiniyoruz.

Destek Ol

Ben yararlı mutasyonlar oluşturmak için yönlendirilmiş evrimi kullanacaktım. Çok çeşitli moleküllerden, en çok arzulanan ve amacımıza uygun özelliklere sahip olanları seçip, onların daha çok kopyasını üreterek diğerlerini elerseniz, yönlendirilmiş evrim uygulamış olursunuz. Teorik olarak çok zor bir işe kalkışıyordum. Yapmam gereken, kimya ile, hatta kimya mühendisliği ile biyolojiyi buluşturmanın yöntemini aramaktı.

Enzimlerin uzun zincirler içeren, birbirine bağlanmış üç boyutlu yapılar halinde, birçok aminoasitten oluşan karmaşık proteinler olduğunu biliyordum. Ama ben nereden başlayacaktım? İşe bu aminoasit dizilerine eklemeler yaparak yapay mutasyonlar oluşturup sonuçlarını gözlemleyerek kayıt altına almakla başladım. Bir enzime yeni özellikler kazandırmak oldukça uğraştırıcıydı. Çünkü karşıma ne çıkacağını tam olarak kestirememek korkutucuydu. Ama dünyada bazı şeyleri değiştirecekseniz, önce korkusuz olmayı öğrenmelisiniz.

Basillus subtilis doğada çürüme, mayalanma, küflenme gibi durumlara, insanda da bazı iltihabî hastalıklara yol açan bir bakteridir. Subtilisin adlı enzimi sayesinde proteinleri parçalayabilir. Bu enzimin bileşimine yeni gen eklemeleri yaptım ve oluşturduğum yapay mutasyonlu enzimi, yeniden bakterilerin içine yerleştirdim. Böylece süreci hızlandırarak yeni proteinler üretmesini sağladım. Arzu ettiğim özelliklere sahip proteini bulduğumda DNA’larını çıkararak nesilden nesile aktarıp laboratuvar ortamında üretip çoğalttım. Tam anlamıyla amacıma en uygun enzimi elde edene dek bu süreçleri tekrarladım. Ürettiğim yeni enzimler sayesinde daha önce belirttiğim gibi, insana ve çevreye zararlı bileşikleri yok edecek, doğanın yöntemlerini kullanan biyolojik ürünler yapabilecektik. İşte bu doğanın gücüydü: evrim! Tüm zamanların en iyi kimyacısı, en iyi biyoloğu, en iyi mühendisi! Elimizdeki evrimle, genetik çeşitliliği belirleyebilme ve seçilim süreçlerini insanlığın ve yeryüzünün yararına uyarlama becerisi gösterebilirsek doğanın bilinmeyen yönlerini de keşfedebiliriz.

Her yeni görüş tabi ki karşıtlarını da yaratacaktır. Özellikle de kadınsanız, erkekler tarafından domine edilen alanlarda çok daha sert ve alaycı tepkilerle karşılaşıyorsunuz. Bilim insanlarının bir kısmı etik kaygılarla, bazıları ise tam olarak ne yapmaya çalıştığımı anlamadıkları için eleştiriler getirdiler. Bu tür bir durumda yapabileceğiniz 2 şey vardır: Boyun eğerek dünyadan haberi olmadığı için sizinle alay edenlerin kazanmasına izin vermek… Ya da doğru bildiğiniz yolda azimle ilerleyerek, hem gerçekleri ortaya çıkarmak hem de sizi küçük görenleri karşılık veremeyecekleri bir şekilde mağlup etmek. Ben, kendime ve laboratuvardaki ortağıma, yani evrime güveniyordum. 

1993 yılında laboratuvarımda defalarca sınadığım çığır açan çalışmamı bilimsel makale haline getirerek yayınladım. Kısaca bahsetmeye çalışayım isterseniz: Araştırmamda, organik bir çözücü olan dimetilformamid (DMF) içinde aktif hale gelen subtilisin enziminin bir benzerini nasıl ürettiğimi anlattım. Dört turdan oluşan bir mutasyonlar dizisi ile oluşturduğum enzimlere sahip bakterileri, kazein ile DMF içeren kapların içinde üreterek, enzimleri süt proteini olan kazeini parçalama becerilerine göre sınıflandırdım. Kazeini eriterek en geniş haleleri oluşturan bakterileri seçtim ve DNA'larını izole ettim. Bu yapay mutasyonlu DNA’ları yeni bakterilere aktardım. Bu yöntemi kullanarak, DMF içinde orijinalinden 256 kat daha fazla aktiviteye sahip bir enzim tasarlamış oldum. 256 kat aktif bir enzim ne demek, hayal edebiliyor musunuz? İnsan mühendislerin becerebildiğinden yüzlerce kat başarılı bir enzim demek! Ve bu enzimi, evrime hükmetmeyi bildiğim ve beni yıldırmak isteyenlere aldırmadığım için üretebilmiştim.

Zaman içinde yöntemlerimi daha da geliştirdim ve enzimleri farklı işlevler için daha verimli kullanmak amacıyla çalışmalar yaptım. Doğal olarak evrimleşmiş enzimler dar bir sıcaklık aralığında iyi işlev görme eğilimindeyken, aynı enzimlerin hem yüksek hem de düşük sıcaklıklarda işlev görebilecek hale getirmek amacıyla yönlendirilmiş evrim mekanizmalarını kullandım. Doğal enzimlerin mevcut işlevlerini iyileştirmenin yanı sıra, özelleştirilmiş işlevleri yapan yeni enzimler tasarladım. Bu enzimlerden tarımsal zararlı böceklerle mücadelede, benzin ve kömürün yerine kullanılacak bitki temelli yakıtların üretiminde ve bazı endüstriyel kimyasalların yapımında çevreyle uyumlu seçenekler sağlamak için faydalandım. 

2018'de, yönlendirilmiş evrim alanındaki çalışmalarım nedeniyle, benim gibi evrimi kimya mühendisliğinde kullanan çalışma arkadaşlarım George Smith ve Gregory Winter'la birlikte, Nobel Kimya Ödülü'ne layık görüldüm. Bu ödülü bugüne kadar alan beş kadından biriydim. Princeton'dan mezun olup Nobel ile ödüllendirilen ilk kadındım. Nobel komitesinden bir üye "Bu araştırmacıların yaptığı, evrimi kullanarak bir devrim yaratmak oldu." demişti. Bu yola çıktığımda benimle alay edenlere bundan daha iyi bir cevap olabilir mi? 

Yıllarca bilimsel bilgimizi ve mantığımızı kullanarak yeni enzimler yapmaya çalıştık. Ancak bizi başarıya götüren doğanın ürettiklerini kopyalamaya çalışmamız ve evrim adını verdiğimiz bu harika sürece dönmemizdi. Mucize gözümüzün önündeydi. Evrim sayesinde protein moleküllerini, tıpkı kedi veya köpeklere yaptığımız gibi evcilleştirmek mümkündü!

Akademi ve iş hayatında birçok başarı, patentler, buluşlar ve ödüller aldım. Hayat, hiçbir zaman kolay olmadı. 2005 yılında meme kanserine yakalandım ve uzun, yıpratıcı bir tedavi sürecinden geçtim. Hem eşimi hem de oğullarımı çok acı bir şekilde kaybettim. Ama tüm bu olumsuzlukların yaşamımı etkilemesine izin vermedim. Bilimsel merakım, öğrencilerime olan tutkum ve hayata ne koşullarda olursak olalım iyimser bakabilmeyi başarabilmem sayesinde, çalışmalarıma aynı hızla devam edebiliyorum. 

Not: Bilim insanları otobiyografik öyküleri projesi, Aklın Yolu Düşünce Topluluğu desteğiyle, yazarımız Okan Ö. Cinemre koordinatörlüğünde Antalya BAKÜS Sahne & Atölye'nin yazar ve sanatçıları tarafından yapılmıştır. Kayıtlardaki emek ve desteğinden dolayı Yamaç Alkan ve Bad Production'a teşekkür ederiz.