Tardigradların Radyasyon Direncinin Kaynağı Ne?

Dünya'nın en dayanıklı hayvanları olarak bilinen tardigradların bir çok süper gücünden biri olan radyasyona karşı direnç mekanizmasının sırrı ortaya çıktı.

Sekiz minik ele sahip olan tardigradlar, aynı zamanda "su ayısı" ve "yosun domuzcukları" olarak da biliniyor. Tardigradlar, dünyanın her yerinde nemli bölgelerde (örneğin yosunların içinde) yaşadıkları gibi olağanüstü yaşam becerileriyle de ünlülerdir.

Bu becerilerinin arasında, uzay boşluğunda yaşamak, mutlak sıfıra yakın dereceler ile 100 santigrat derece arasındaki derecelere dayanmak, en derin okyanusların dibindeki basınçtan 6 kat büyük basınçlarla baş etmek, senelerce kurumuş ve donmuş halde yaşamak da bulunuyor. Ayrıca çok yüksek oranlardaki radyasyona da kafa tutabiliyorlar. Öyle ki, dünya üzerindeki yaşayan canlıların hemen hemen hepsi böylesine yüksek miktardaki radyasyona dayanamazlar. Ve artık tardigradların bunu nasıl başardığını biliyoruz.

Bunu, DNA'larını radyasyonun hasarından koruyan garip bir "koruyucu protein" geliştirerek başarıyorlar. Bu “hasar koruyucu”, fiziksel olarak DNA’yı sarmalayıp adeta bir koza gibi onu radyasyonun hasarından koruyor. 

Reaktif oksijen türevleri olarak adlandırılan DNA’ya hasar veren faktörler, belki de tardigradların bu yöntemlerinin yardımıyla ortadan kaldırılabilir. Tokyo Üniversitesi’nden Takekazu Kunieda şunları söyledi:

Bizim tahminimize göre 'hasar koruyucu protein', DNA'ya sıkı bir şekilde bağlanarak çevresel strese karşı kalkan oluyor. Bir şekilde DNA’ yı herhangi bir zararlı faktöre karşı ulaşılmaz yapıyor. Bizim bildiğimiz kadarıyla, hayvan hücrelerinde DNA’yı koruyan ve radyoaktiviyeye karşı tolerans oluşturan tanımlanmış ilk DNA bağlantılı protein.

Kunieda ve çalışma arkadaşları, strese toleransı en yüksek tardigradlardan biri olan Ramazzottius varieornatus'un genomunu çıkarttıktan sonra “hasar koruyucu protein”i keşfettiler. Onlara sürpriz olan şey ise şu: “Hasar koruyucu protein”, sadece tardigradlarda koruma sağlamakla kalmıyor; aynı zamanda eğer insan böbrek hücrelerini bu proteini üretebilecek şekilde genetik olarak değiştirirseniz, protein bu hücreleri de radyasyon hasarına karşı koruyabiliyor! Kunieda ayrıca şunları ekledi:

Hasar koruyucu protein'e sahip insan hücrelerinde radyasyona bağlı DNA hasarlarında yüzde 40 ile 50 arasında azalma gözlendi. Bu koruma, neredeyse yok edilemez şekilde etkili.

Ekip, RNA’yı bu proteini sabote edecek biçimde programladıklarında, etkinin tamamen yok olduğunu gördüler. Böylece bu proteinin gerçekten de radyasyon direncinin ana kaynağı olduğu doğrulandı. Kunieda şöyle diyor:

Hasar koruyucu proteini üreten genleri, genetik yöntemlerle diğer hayvan hücrelerine aktaracak olursak, onların da radyasyonda görecekleri hasarı azaltabiliriz.

Ancak bu yöntemin bir hayvanın tamamına uygulanması ilk etapta zor olabilir. Çalışmalar sadece belli sayıda hücrenin alınmasıyla elde edilen yapay dokularda yürütüldü.

Umarım bir gün tümüyle bir organizma üzerinde de bunu kullanabiliriz.

Yakın gelecekte yeni uygulamalar ile sağlıklı insan hücrelerini, kanser tedavisinde alınan radyasyondan ve kozmik ışımalardan bu yöntem ile koruyabiliriz. Ayrıca bu yöntem uzay çalışmaları, radyoterapi ve yüksek radyasyon içeren ortamlarda çalışan insanlar içinde çok yararlı olur.

Teorik olarak birçok hücrenin “hasar koruyucu protein” ile yaşaması güzel görünse de; bu bazı önemli hücrelerin ve organların DNA’larında koruma geliştirmesi yerine hücrelerin ve organların ölmesine neden olabilir. Yani bu protein, radyasyona maruz kalan bir hayvanın hayatta kalacağını garanti edemeyebilir.

Kunieda ve ekibi tardigrad genomunu daha dikkatli incelediğinde, tardigradlarda diğer koruyucu genlere ait fazladan kopyalar olduğu farkettiler. Tardigradlar, reaktif oksijen türevlerini etkisiz hale getiren enzimlerden 16 adet kopya bulundururken, diğer bir çok canlı en fazla 10 kopya bulundurur. Tardigradlar, MRE11 geni yani DNA’yı tamir eden genin 4 kopyasına sahipken, normal hayvan hücrelerinde sadece bir adet MRE11 geni bulunuyor.

2015 senesinde yayınlanan bir çalışmaya göre, tardigradlar genlerinin sekizde birini ve koruyucu genlerin çoğunu yatay gen transferi (konjigasyon benzeri) yöntemi ile diğer organizmalar ve bakterilerden aktarıyor. Yatay gen transferinin tardigradlarda tam olarak nasıl gerçekleştiği bilinemese de, bildiğimiz şey tardigradlar vücudlarındaki suyu yaklaşık %90 oranında kaybettiğinde (bir nevi kuruduklarında), DNA'ları küçük parçalara ayrılıyor. Su ile tekrar temas ettiklerinde ise hücrelerindeki çekirdekler akışkan kıvama geliyor. Büyük ihtimalle tam bu süreçte tardigrad hücreleri yabancı DNA ve su ayısının DNA’ larının karışmasına izin veriyor.

Yatay gen transferinin raslantısal olarak gerçekleştiği biliniyor. Çoğu canlıda bu transferin %1 oranından daha düşük olduğu gözlemlendi. Eğer tardigradlar diğer canlılardan bu kadar yüksek oranda gen çalıyorlarsa, bu bizim evrim ve genetik materyalin kalıtsal yapısı hakındaki düşüncelerimizi değiştirebilir. Bu yeni düşünce ile yaşam ağacı, dalları arasında gen çaprazlamalarından oluşan bir ağ haline dönüşür.

Ama yeni kanıtlar tardigradlarda bulunan bu yabancı DNA'ların deney sırasında gerçekleşen hatalar nedeniyle gerçekleştiğini gösteriyor. Bu yeni çalışma, tam da beklediğimiz gibi, su ayılarında sadece %1 oranında yabancı DNA bulunduğunu gösteriyor. 

Kunieda ve takımı, (reaktif oksijen türevlerini etkisiz hale getiren enzimleri üreten genler gibi) bazı koruyucu genler tardigradların soy hattına "ihraç" edilmiş olsa da, birçok koruyucu genin tardigradların soy hattında evrimleştiğini gösterdiler. Edinburgh Üniversitesi’nden Mark Blaxter şunları söylüyor:

Tardigradların olağanüstü yaşama tutunma başarılarının, diğer organizmalardan yüksek oranda gen çalmalarından kaynaklandığı fikrini artık bir kenara bırakabiliriz.