Syn3.0: Ve Karşınızda, İnsan Eliyle Tasarlanmış, En Küçük Genomlu İlk Canlı Hücre!

James Craig Venter Enstitüsü (JCVI) ve Synthetic Genomics Inc. araştırmacıları DNA’sını tamamen laboratuvar ortamında dizayn ettikleri ilk minimal sentetik bakteri hücresi JCVI Syn3.0’ü tanıttılar!

Bu başarının en az 15-20 yıllık bir geçmişi var. Öncelikle James Craig Venter ismini hatırlayalım. 90’lı yılların başında başlayıp 26 Haziran 2000’de ilk ayağının tamamlandığı gün, dünyaya “tüm çağların en önemli günü” olarak duyurulan, insan DNA’sının dizilim haritasının yapıldığı İnsan Genom Projesi’nin en önemli isimlerinden biriydi James Craig Venter. Şimdilerde ise 2006 yılında kurduğu Enstitü’deki ve eş-kurucusu olduğu Synthetic Genomics şirketindeki araştırmacılar uzun yıllardır ”sentetik biyoloji”, yani insan-yapımı DNA ve canlılık üzerine çalışmaktalar. Sentetik biyolojinin asıl amacı; doğada var olmayan, bilinen özelliklere sahip yeni ve geliştirilebilir canlı dizayn etmek ve tabii ki -iyimser düşünerek- bu canlıları dünyevi problemlerimizi çözmek için kullanmak. Bunun için araştırmacıların öncelikle yapacağı iş, tüm genom haritası bilinen, laboratuvar ortamında kolay yetiştirilebilir tek hücreli bir canlıyla çalışmak.

Venter ve arkadaşları uzun yıllar küçük bir genomu olduğu bilinen Mycoplasma bakterisi üzerinde çalıştılar ve 2010 yılında çok önemli bir adım attılar. J.C. Venter, Science dergisinde yayınladıkları çalışmalarından “babası bilgisayar olan ilk canlı” olarak bahsetti. Bunun sebebi “Synthia” adını verdikleri Mycoplasma mycoides bakteri suşu DNA’sının, doğadaki atasal formuyla aynı olmasına rağmen, tamamen bilgisayar ortamında dizayn edilip sentezlenmesiydi. Araştırmacılar M. mycoides bakterisinin 1,08 milyon baz çiftinden oluşan genom haritasını önceden belirlemişti. Daha sonra bu DNA’yı laboratuvar ortamında sentezleyip, kendi genomu devre dışı bırakılan Mycoplasma capricolum bakterisine transfer ettiler. Yaklaşık 40 milyon dolar ve sayısız çalışma saatiyle elde edilen sonuç: Synthia laboratuvar ortamında son derece canlıydı ve çoğalabiliyordu, kayıtlara JVCI Syn1.0 adıyla geçti. Venter ve arkadaşları yayınladıkları bu çalışmada ayrıca yeni bir “sentetik imza” kavramından da bahsetti: “watermarks”, Türkçeleştirirsek “dijital damgalar”.

Araştırmacılar atasal bakteriden yola çıkarak dizayn ettikleri M. mycoides DNA’sının içine, o DNA’nın sentetik olduğunun anlaşılması için, bazı yerlere genomun işlevini bozmayacak şekilde fazladan nükleotid dizileri eklediler. Üstelik bu nükleotid dizileri sıradan diziler değildi. Bildiğimiz gibi her aminoasit tek bir Latin harfi ile gösterilir. Örneğin alanin A, tirozin Y ile sembollenir ve 3’lü nükleotidlerden oluşan kodonlar da aminoasitleri oluşturur. Araştırmacılar imza niteliğini taşıyan bu dijital damgalarını ünlü deyimlerden seçecek kadar ileri gitmişler: örneğin Richard Feynman’ın "What I cannot build, I cannot understand! (Yaratamadığımı anlayamam!)” sözünü kodonlarla yazacak kadar!

Şimdilerde ise ekip Science dergisinde JVCI Syn3.0’ı tanıttı. Bu çalışmanın bu kadar sansasyon yaratmasının nedeni, doğada var olmayan yeni bir dizayn olması. Syn1.0’ın üretilmesinden sonra araştırmacılar “Minimal Genom Projesi” kapsamında dünyada birçok ekip tarafından da yanıtlanmaya çalışılan “Yaşam için gerekli en az genetik materyal nedir ve ne kadardır?” sorusunu 2010’da elde ettikleri bu suşla cevaplamak için kolları sıvadılar. Bir genin veya gen ailesinin, o canlı için yaşamsal önemini anlayabilmek amacıyla yapılacak ilk şey, o bölgeyi çalışmaz hale getirip canlılığın devam edip etmediğine bakmaktır.

Araştırmacılar da 901 gene sahip Syn1.0 bakterilerinde benzer bir yaklaşım uyguladılar. DNA’da bazı bölgeleri işlevsiz hale getiren global transpozon (T5n) mutagenez yöntemi kullanarak “tasarla-oluştur-test et” prensibiyle hayati önemi olmayan, yani yokluğu ölüme sebep olmayacak genleri belirlediler. İlk dizayn JVCI Syn2.0, başarısızlıkla sonuçlandı ama ekip için büyük deneyim oldu. Kullanılan tekniğin geliştirilmesi ve elde edilen verilerin farklı yorumlanmasıyla ise kendi kendine üreyebilen, doğada bilinen en küçük genoma sahip sentetik canlı JVCI Syn3.0, sadece 473 genle (neredeyse atasal formunun yarısı) aramıza katıldı. 531.560 baz çiftinden oluşturulan bu küçük genomdaki 473 genin büyük çoğunluğu genetik bilginin ifadesi ile ilişkili. Daha sonra bunu hücre zarı ve fonksiyonu, metabolik aktiviteler ve en son genetik bilginin korunması ile ilişkili genler takip ediyor.

Ancak bilim insanlarını en çok şaşırtan yaklaşık 149 genin işlevi hakkında yeterli bilginin olmaması. Bu genlerin çoğunun bütün türlerde evrimsel olarak korunduğu görülmüş. Biyolojik yapısı tamamen bilinen, kontrol edilebilir, minimal bir canlı yaratma fikriyle yola çıkılan projede gösterilen başarı çok heyecan verici. Bununla birlikte yaşamsal fonksiyonları belirleyen genler hakkında hâlâ bilinmeyenlerin olması bilim insanlarının merakını uyandırıyor. Venter elde ettikleri bu hücrenin, yaşamın başlangıcı hakkında ipuçları da vermesini umuyor…