Sentetik Maya Mantarı Kromozomu: Bilim İnsanları Bir Kromozomu Baştan Sona, Sıfırdan Sentezledi!

Bilim insanlarının Saccharomyces cerevisiae mayasının genomunu dizilemesinden 18 yıl sonra, uluslararası bir araştırma takımı bu mayanın 16 kromozomundan birini sıfırdan sentezledi. Bu araştırma takımı, bu sentezleme işlemi ökaryotik bir canlıda başarabilmiş ilk ekip!

Takım, ürettikleri sentetik kromozomu oldukça fazla değişime uğrattı, altıda birlik kısmı eklemelerle, silmelerle ve değişimlerle biçimlendirdiler. Bütün bu farklılıklara rağmen SynIII adı verilen "tasarlanmış kromozomu" taşıyan maya hücreleri, değiştirilmemiş kromozoma sahip hücrelerden farksızdı.

Takım, bunların yanı sıra, SynIII kromozomunu daha da fazla değiştirme kabiliyetini de kazandı. Çalışmanın başındaki isimlerden biri olan New York Üniversitesi Langone Tıp Merkezi’nden Jef Boeke şöyle diyor: 

İleride bu yöntem, milyonlarca farklı çeşitte yeni genom oluşturabilmemizi ve değişik özelliklerini gözleyebilmemizi sağlayacak.

Imperial College London’da çalışan ve çalışmaya katılmamış olan Tom Ellis, Science dergisinde yayımlanan bu buluşun sentetik biyolojide bir dönüm noktası olduğunu söylüyor. Şöyle devam ediyor:

Bu araştırma bize, canlıya hiçbir etkisi olmadan genleri değiştirebileceğimizi gösteriyor. Ayrıca bu, arkasına tüm bir enstitüyü almış Craig Venter gibi biri olmamıza gerek olmadan bir kromozomu üretebileceğimizi gösteriyor.

Araştırmaya başlarken Boeke, kendisi ve John Hopkins Bloomberg Halk Sağlığı Okulu’ndan Srinivasan Chandrasegaran’ın bu projeye “Everest Dağı” olarak nitelediği bir sebeple ilgi duyduğunu söylüyor. 

Everest Dağı orada duruyorsa, ona tırmanmalısınız.

Nihayetinde sentetik kromozomlarla oynayarak genom evriminin bazı basit temellerini (çalışan bir maya üretmek için gereken genlerin minimum sayısı, hangi gen kombinasyonlarının felaket olacağı gibi) kavrayabileceklerini anladılar.

Araştırmacılar S. cerevisiae’nin 3. kromozomu üzerinde çalışmaya başladılar, 317.000 civarı baz çiftinden 50.000 tanesini değiştirdiler. Zıplayan genler barındıran kısımları sildiler ve sentetik kromozomu daha kolay üretmek adına bazı dizileri değiştirdiler ve ileride bağımsız genleri rastgele kesebilmelerini sağlayacak yeni diziler eklediler.

Ardında lisans öğrencilerinden oluşan bir takım bu dizaynı kullanarak SynIII’ü önce ufak yapı blokları sentezleyerek ve bu blokları birbirlerine örerek daha büyük bloklar ürettiler. Boeke bu deneyimleri hakkında şunları söylüyor: 

Onlar için müthiş bir eğitimsel deneyimdi. Daha önce insanların yüzlerce kez yaptığı bir deneyi tekrarlamıyorlardı, tamamen yeni bir şey yapıyorlardı.

Daha önceki tarihlerde başka takımlar daha büyük DNA parçaları sentezlemişlerdi. Örneğin 2010 yılında J. Craig Venter Enstitüsüne bağlı bilim insanları bir bakterinin bütün genomunu üretebildiler. Üretilen bakteri Mycoplasma mycoides, SynIII’ten en az 3 kat daha büyüktü fakat ufak tefek şeyler dışında üretilen bu sentetik bakteriyel genom, doğal genom ile neredeyse tamamen aynıydı. Buna karşın SynIII kendi öz genomundan oldukça farklı. Boeke şöyle anlatıyor: 

Genomların ne kadar esnek olduklarına ve ne kadar yükü kaldırabileceklerine ilgi duyuyorum. Değiştirilmiş doğasına rağmen SynIII maya hücrelerinde mükemmel bir şekilde çalıştı ve çok sayıda koşula uyum sağlamak zorunda olan vahşi maya hücreleri kadar iyi geliştiler.

Harvard Üniversitesinden George Church, The Scientist’e yazdığı bir mailinde şunları söylüyor. 

Bu çalışma, sentetik genomiğin kromozom kopyalamaktan öteye geçerek önemli fonksiyonel değişimler sağlamaya başladığını gösteren mükemmel bir örnek. Bunun etkileri -iyi ya da kötü- bu stratejilerin genomların tamamına uygulanmadan önemli hale gelmeyecektir ve bu araştırma maya genomunun kabaca %2.5’ini kapsıyor.

Boeke’nin takımı “SCRaMbLE” (loxP Kontrolündeki Evrim Aracılığıyla Sentetik Kromozomları Yeniden Düzenleme ve Modifikasyon) ismi verilen bir teknik kullanarak sentetik kromozomlarından rastgele gen setlerini kesmeyi başardı. Böylece artık genlerde daha kapsamlı değişimler yapmaya hazırlar. Bu yöntem sayesinde araştırmacılar çeşitli genler arasındaki etkileşimi araştırabilecek ve belki de böylelikle özel kabiliyetlere sahip maya soyları oluşturmalarını sağlayacak, daha etkili antibiyotikler, alkol damıtımında yenilikler ya da biyoyakıt üretimi gibi yeniliklerin önünü açacaklar.

Boeke, Chandrasegaran ve Dünya çevresindeki diğer gruplar S. cerevisiae’nin diğer 15 kromozomunu paylaştılar ve siz bu satırları okurken mayanın bütün genomunu sentezlemeye uğraşıyorlar.