Virüslerle Bakterilerin Ortak Bir Atası Var Olmuş Olabilir!

Evrimin doruk noktasını hangisi temsil eder, insanlar mı yoksa virüsler mi? Aslında, biz karmaşıklıkla sonuçlanan bir yönde evrim geçirirken virüsler basitleşti ve gereksiz genlerinden kurtuldular. Daha doğrusu, Eylül 2015'te Science Advances dergisinde yayımlanan bir araştırma, virüslerin evrimsel sürecinin böyle ilerlediğini öne sürüyor.

Gustavo Caetano-Anolles ve Illinois Üniversitesi'ndeki meslektaşları, mikrobiyal aile ağacını haritalamak için yeni bir yol geliştirdikten sonra virüslerin evrimleşen ilk canlılar olmadığını; bunun yerine, virüs ve bakterilerin her ikisinin de eski bir hücresel yaşam formundan evrimleştiğini buldular. Ancak bakteriler tıpkı insanlar gibi daha karmaşık hale evrimleşirken, virüsler daha basit hale geldi.

Bugün, virüsler o kadar küçük ve basitler ki kendi başlarına çoğalamıyorlar. Virüsler sadece bir konak hücreye girip onu yeni virüs kopyaları üretmeye "ikna etmeleri" için ihtiyaçları olan temel genetik bilgileri taşırlar. Örneğin, influenza virüsü yalnızca 14 protein kodlayıcı gen içerir. Virüsler genellikle öyle temel yapıdadırlar ki birçok biyolog onları bir yaşam formu olarak sınıflandırabileceğimizi bile düşünmez.

Ancak birkaç on yıl önce virüsler hakkındaki görüşümüz değişmeye başladı. Bir bakteriye benzeyen ancak genetik olarak bakterilerden oldukça farklı olan gizemli bir mikrobu inceleyen Fransız bilim insanları, dev bir virüs keşfettiklerini fark ettiler. Bu bakteri benzerine "taklitçi virüs" veya "mimivirüs" adını verdiler. Mimivirüs sadece fiziksel olarak büyük değildi, aynı zamanda binlerce gen taşıyordu. Bu bir virüs için oldukça büyük bir genomdu, bir bakteriden sadece birkaç yüz gen kadar küçüktü. O zamandan beri birkaç dev virüs keşfedildi, bunlardan biri olan pandoravirüslerse yaklaşık 1.100 gen taşıyor.

wikipedia

Bu kocaman virüslerin genetik karmaşıklığı, virüslerin ilk olarak ne zaman evrimleştiğine dair yeni sorulara yol açtı. Virüsler, daha karmaşık hücresel yaşam formlarına bir evrimsel basamak mıydı yoksa daha sonradan mı ortaya çıktılar? Birkaç kısa DNA veya RNA zincirinden oluşan bir yapıya sahip olan virüsler fosilleşmezler ve incelenecek bir fosil kaydı olmadan, evrim ağaçlarını çözmek neredeyse imkansızdır. Virüs evriminin bilmecesini çözmeye çalışmak için Caetano-Anolles, mikrobiyal aile ağacını yeniden oluşturmak ve bakterileri ve virüsleri kökenlerine kadar takip etmek için yeni bir yol geliştirdi.

Bilim insanları genellikle türler arasında genleri karşılaştırarak evrimsel aile ağaçları veya "filogenetik ağaçlar" oluştururlar. İki organizma birbirleriyle ne kadar çok gen paylaşıyorsa, o kadar yakından ilişkilidir. Ancak bu teknik sizi en fazla bir milyon yıl kadar geri götürebilir. Daha ileri gitmek imkansızdır, çünkü DNA çok fazla mutasyona uğramış olacaktır ve bu nedenle türler arasındaki benzerlikleri görmek mümkün değildir.

Caetano-Anolles ve ekibi, Dünya'daki yaşamın yaklaşık 3,5 milyar yıl önceki başlangıcını incelemek istiyordu. Bu nedenle, genleri karşılaştırmak yerine proteinlerin yapısını yani "kıvrımlarını" karşılaştırdılar. Proteinler yüksek hassasiyetli moleküler makinelerdir, yani şekillerini değiştirirseniz işlevlerini bozarsınız. Yaşam, genetik kodda hafif değişiklikleri tolere edebilirken protein şekli kritiktir ve bu nedenle çok daha yavaş evrim geçirir.

Araştırmacılar, 3.460 virüs ve 1.620 hücrenin protein şekillerini karşılaştırmak için algoritmalar geliştirdiler. Hücrelerle ve virüslerle ortak 442 protein katlanmasının olduğunu, ancak 66 katlamanın virüslere özgü olduğunu buldular.

Verileri anlamak için, ekip protein katlamalarını her yeni katlanmanın evrimleşmesini yeni bir "dal" ile gösteren bir ağaç halinde düzenledi. Mümkünse, belirli dalların oluşumuna yaklaşık bir tarih tayin etmek için fosil kanıtlarını da kullandılar. Örneğin, belirli bir protein katlaması ilk kez siyanobakterilerde (mavi-yeşil algler) görüldü ve daha sonra tüm torunlarında ortaya çıktı. Siyanobakterilerin fosil kayıtlarında ilk ortaya çıkışını (2,1 milyar yıl önce) ve sonraki türlerin ne zaman ortaya çıktığını karşılaştırarak, bu özel kıvrımın yaklaşık 2 milyar yıl önce oluştuğunu belirleyebildiler.

Wikipedia

Caetano-Anolles'un mikrobiyal aile ağacına göre, virüsler eski bir yaşam formudur ancak ilk yaşam formu değildirler. Aslında, bu aile ağacı virüslerin ve bakterilerin ortak bir ataya sahip olduğunu öne sürer. Tamamen işlevsel, kendi kendine çoğalan bir hücre; yaşamın Dünya'da ilk ortaya çıktığı zaman olan yaklaşık 3.4 milyar yıl öncesinde yaşamıştır. Bu hücreden bakteriler artan karmaşıklık yönünde evrimleşirken, virüsler ihtiyaç duymadıkları genleri kademeli olarak atarak çoğalmaya bile kendi başlarına yetemeyecek hale gelmişlerdir.

Virüslerin evrim yolculuğunda önemli bir adımın yaklaşık 1.5 milyar yıl önce gerçekleştiği görünüyor. Bu değişiklikler, virüslerin dış zarfında bulunan virüslerin konak hücrelere girmek için kullandıkları mekanizma olan proteinlere yöneliktir.

Charleston için, çalışmanın dikkat çeken noktası günümüz bakterilerinin ve virüslerinin ne kadar çok ortak proteine sahip oldukları. Kendisi bu konuda şunları söylüyor:

Bu protein katlamalarının bu kadar korunmuş olması beni şaşırtıyor. Bu gerçekten çok güçlü bir kanıt, virüs ve bakterilerin çok eski bir ortak ataya sahip olduklarını gösteriyor.

Bugün, virüsleri etkisiz canlılar olarak düşünmek caziptir. Ancak, Chicago Üniversitesi mikrobiyologu James Shapiro fikrini şöyle dile getiriyor:

Dünya'daki yaşam, viral ortaklarımız olmadan çok farklı görünürdü. Onlarsız burada olamazdık.

Örneğin, araştırmacılar, 100 milyon yıl öncesine kadar bir viral enfeksiyonun primitif bir memelide plasentanın evrimleştirmesine yardımcı olan bir gen aktardığını düşünüyorlar. Syncytin isimli bu protein, virüslerin hücreleri birbirine "yapıştırıp" üstlerinden ilerleyebilmek için kullandığı bir proteindir. Memelilerde ise hücrelerin birbirine yapışması yoluyla plasentanın rahme bağlanmasında görev alır.

Virüslerin canlı olarak kabul edilip edilmemesiyle ilgili daha soyut bir soru daha var. Caetano-Anolles eğer virüsler yaşayan hücrelerden türemişse, şu anda hâlâ yaşadıklarını ancak bunu benzersiz bir şekilde yaptıklarını öne sürüyor: Ancak bir hücreyi enfekte ettiklerinde bütün bir yaşam sistemi oluşturuyorlar. Sydney Garvan Enstitüsü'nün moleküler biyoloğu ve direktörü olan John Mattick de aynı fikirde olduğunu belirtiyor:

İnsanlar virüslerin bağımsız olarak yaşayamadığını söylüyorlar. Ancak bu felsefi bir soruyu ortaya çıkarıyor: Biz bağımsız mı yaşıyoruz ki? Sonuçta biz de bitkiler olmadan yaşayamayız. Yaşam, birbirine bağlı bir sistemdir.