Tarih Öncesi Virüsler ve Beynin Fonksiyonu

Öğrenme, Hafıza ve “Arc” Geninin Fazlasıyla Tuhaf Hikayesi

NotPetya siber saldırısını hiç duymamanız affedilebilir bir şeydir. Saldırı kimsenin banka hesabını boşaltmamış, sosyal medya şifrelerini paylaşmamış ya da bir seçimi etkilememişti. Fakat tarihteki en masraflı ve yıkıcı siber saldırılardan biriydi; çünkü hedef aldığı sistem limanlar üzerinden yapılan nakliyattı. Maersk’teki mühendisler bilgisayarlarına bir virüs bulaştığını fark ettiklerinde artık çok geçti: Nakliyat dünya genelinde durma noktasında gelmişti. Benzer bir durum hayal edin, bu sefer hedef başka bir liman olsun: sinaps, yani nöronlar arasındaki özelleşmiş iletişim limanı. Öğrenme ve hatırlama yetilerimiz büyük oranda sinapsların davranışına dayanır. Peki o zaman, eğer bir nöron diğerine kötü amaçlı yazılım bulaştırsaydı ne olurdu?

Limanlar da sinapslar da kurallarla yürütülür, kargolarının sadece hızlı ve güvenli değil, aynı zamanda uyarlanabilir bir şekilde iletildiğinden emin olmak için koyulmuş kurallarla; öyle ki mevcut şartlara ve taleplere hızlı bir şekilde uyum sağlayabilsinler. Bu “sinaptik plastisite” (Ç.N. sinapsların aktivitelerindeki artış veya azalışlara göre zamanla güçlenmesi veya zayıflaması) hayvanların öğrenme yetisinin temelidir ve o olmasaydı kendi adımızı hatırlayamayacağımız gibi ayakkabılarımızı bağlayabilmemiz de mümkün olmazdı. Tıpkı nakliyat kurallarının kanunlar ve anlaşmalarla belirlendiği gibi, sinaptik plastisitenin kuralları da DNA’mızdaki çok sayıda gende yazılıdır. Örnek olarak, bir gen sinapsın bir tarafında sesi (genliği) artırmakta görev alırken başka bir gen sinapsın diğer tarafından kazancı artırmasını isteyebilir. Bu genlerin fonksiyonlarının araştırılması, öğrenme ve hatırlamanın mikroskobik düzeyde ne olduğunu anlamak için ana yaklaşımlardan biri olmuştur.

Bu genlerden Arc olarak bilinen bir tanesi bu süreçler için o kadar kritiktir ki çoğunlukla sinaptik plastisitenin baş düzenleyicisi olarak adlandırılır. Arc olmadan sinapslar uyum sağlayamaz ve dolayısıyla hayvanlar öğrenemez. Buna karşın Arc’ın bu süreçlere tam olarak nasıl dahil olduğu sinir bozucu şekilde gizemini korumuştur, en azından şimdiye kadar. Arc hikayesini anlamak ancak antik virüslerde bulunanlara ürkütücü bir şekilde benzeyen uzantılar içeren Arc genine ait DNA diziliminin dikkatli bir şekilde incelenmesiyle mümkündür. Bu da şaşırtıcı değildir: İnsan genomunun yaklaşık yarısı muhtemelen benzer bir evrimsel kökene sahiptir. Bununla birlikte Arc geninin hala virüsmüşçesine davranıyor gibi görünmesi ilginçtir. Virüsler hücreleri işgal edip beraberlerinde yabancı genetik materyal getiren küçük bulaşıcı etkenlerdir. Arc da benzer şekilde çalışır: Sinapsın karşı tarafından kazancı artırmasını istemek yerine genetik hammaddeyi bunu yapacak şekilde hazırlar ve sonra sinapsın karşı tarafını kendisi ziyaret eder. Arc, etkin biçimde, diğer nöronlara hafızanın hammaddelerini "bulaştırır". 

Eğer kulağa tuhaf geldiyse gerçekten tuhaf olduğundandır. 2018 yılının başlarında iki ekip tarafından Cell'de yayınlanan bu çığır açan keşif, kuşkusuz ki öğrenme ve hafıza üstüne yeni bir araştırma dizisinin ilkidir. Dünyanın her yerinde birçok laboratuvar nöronların sinapslar üzerinden nasıl iletişim kurduğunu kontrol eden kuralları anlamaya odaklanmış durumdadır. Bu bulgu bahsedilen iletişim hakkındaki temel anlayışımıza meydan okumaktadır ve bu yüzden yankıları sinirbilimin her alanında hissedilebilir. Limanlar benzetmesine geri dönecek olursak bu yalnızca güvertedeki en kıymetli konteynırların gecenin bir yarısı indirildiğini değil, üstüne bir de denizaltılar tarafından indirildiğini keşfetmek gibi olur.

İşte, nasıl işlediği hakkında şimdiye kadar öğrendiklerimiz: Bir nöron uyarıldıktan sonra Arc gen aktive olur. Arc, virüse benzer bir şekil alan bir protein üretir. Buna Arc-virüsü diyelim. Arc-virüsü etkinleştirilmiş nöronun çevresinden mevcut genetik materyali, bir anlamda biyolojik yazılımı emer. Doyduğu zaman, Arc-virüsü etkinleştirilmiş nöron tarafından dışarıya salgılanır ve çevredeki nöronlar tarafından içeri alınır. Sonra taşıdığı biyolojik yazılımı girdiği nörona "bulaştırır". Bu hafızanın hammaddesi olabilir. Bu pekala kötü amaçlı biyolojik bir yazılım da olabilir. Şu noktada Arc-virüsünün ne teslim ettiğini ya da farklı zamanlarda farklı kargolar mu teslim ettiğini kesin olarak bilemiyoruz. Fakat evrimsel açıdan bu fonksiyon eski zamanlardan beri muhtemelen böyledir: Arc, sineklerden insanlara, yaşam ağacının tamamında benzer şekilde çalışır. Bir başka deyişle, Arc’ın virüs gibi davranabilme yeteneği hayvanların öğrenme yeteneğinin temeli olabilir.

Daha genel olarak, nöronların genetik bilgi değiş tokuşunu yapabildikleri yeni araçların keşfi birçok önemli sonuca yol açmaktadır. İlk olarak, bu keşif “Arc hikayesi genellenebilir mi, öyleyse ne dereceye kadar genellenebilir?” sorusuna bir cevap bulmayı gerektirir. Arc bu davranışı gösteren tek gen olabilir ya da genomdaki buz dağının sadece görünen ucu olabilir. Arc'ın sadece ilgi çekici bir konu ya da yeni bir yol olup olmamasına bakılmaksızın tedavi açısından inanılmaz bir bakış açısı sunduğunu kabul etmek gerekmektedir: Vücudumuz kendi şahsi virüslerini oluşturuyor demektir ve bunları kontrol edebilmek, bağışıklık sistemi tarafından reddedilme riski olmadan, genetik materyal parçacıkları da dahil olmak üzere vücuda sağaltıcı bir maddeyi verebilmek için yeni bir araç sağlayabilir. Bir de Arc’ın adının Frajil X Sendromundan Alzheimer hastalığına kadar birçok nörolojik hastalık ve durumda anıldığı gerçeği bulunmaktadır. Arc araştırması bu yapbozlar için paha biçilemez bir köşe parçası olacaktır.

Bugün biliyoruz ki öğrenmenin büyük kısmı, sinaptikten davranışsal düzeye kadar, tesadüflerin tespitinden doğuyor. Bu tesadüfler yapışkan bir fikri gerçekten bulaşıcı olanından ayırt ettirecek tip ve derecedeler. O zaman Arc hikayesinin tarih öncesi virüslerle başlayıp bir başka tesadüfle bitmesi ne kadar yerinde olur: 2017 yazında, NotPetya hala dünyanın nakliyat altyapısında kontrol edilemez bir yangın gibi yayılırken Arc araştırmaları basına çıkmak üzere, virüs gibi yayılmaya hazır bir halde, çantalarını hazırlıyorlardı. Belki o zamanlar bu haberleri duyduğunuzu hatırlıyor olabilirsiniz, eğer öyleyle Arc’ın bu işte parmağı var.