Yaşam Ne Kadar Basitleşebilir? Yaşam İçin Gereken En Az Gen Sayısı Nedir?

Yaşamın uzun soluklu geçidinde, biz insanlar genetik olarak şişirilmişizdir. İnsan genomu 20.000 protein kodlayan gene sahiptir. Diğer birçok türde bu sayı çok daha azdır. Bağırsak mikrobu olan Escherichia coli türünde örneğin, sadece 4.100 gen bulunur.

Bilim insanları uzun süredir yaşamın en az kaç gene kadar indirilebileceğini ve hala "yaşamı sürdürebileceğini" merak etmiştirler. Yaşamın genetik bir özü var mıdır? Araştırmalardan anlaşılan o ki, yaşamın özü birkaç işe yarar gene değil, birlikte var olabilmeye dayanıyor.

E. coli bakterisinde bizden az gen vardır ve bunun kısmen sebebi bize göre yapacak çok az şeyinin olmasıdır. Örneğin bir beyin ya da mide üretmesi gerekmemektedir. Fakat E. coli de kendi açısından oldukça çeşitli özelliklere sahip bir canlıdır, örneğin birçok farklı şekeri sindirmesini ve açlık ile aşırı sıcaklar gibi çevresel streslere dayanmasını sağlayan genlere sahiptir.

Geçtiğimiz yıllarda araştırmacılar sistematik olarak E. coli'nin genlerini kapatarak, hangi noktaya kadar yaşayabileceğini görmeye çalıştılar. Birçok geninin hayatta kalabilmek açısından vazgeçilebilir olduğu anlaşıldı. Sadece 302 adet geniyse kesinlikle vazgeçilmez bir önemdeydi.

Bu gerekli genler tıpkı bizim hücrelerimizdeki gibi bazı temel işlevleri sürdürüyorlardı: DNA kopyalamak veya genlerden protein üretmek gibi... Ancak yine de E. coli'ye lazım olan bu 302 genin yaşamın minimal genomu olmadığı anlaşıldı. Bilim insanları farklı canlılardan yola çıkarak çeşitli minimal genom listeleri hazırladılar ve listeler kısmen birbirleriyle çakışıyor olsa da, birebir aynı değillerdi.

Bilim insanları minimal genomu bulmak için doğayı da inceleyebilirler.

1969 senesinde bir grup hastalık yapıcı bakteri olan Mycoplasma'nın inanılmaz küçük genomları olduğunu fark ettiler. Mycoplasma genitalium isimli bir türün sadece 475 geni olduğu tespit edildi. Bizdekinin 15 kat küçüğü!

Yıllar boyunca M. genitalium en küçük genom rekorunu elinde tuttu (tabii bilim insanları virüsleri bu kategoriye sokmamaktadırlar çünkü virüsler kendi başlarına büyüyüp üreyemezler). Ancak yakın zamanlarda, M. genitalium türü en ufak olma tacını yitirdi. Bugün, bu rekoru elinde bulunduran, sadece 120 adet protein kodlayan geniyle Tremblaya princeps isimli bir mikroptur.

Sonunda minimal genomu bulmayı başardık mı? Cevap, bir kez daha, hayır. Ancak bunun sebebi, yaşam ile ilgili ilgi çekici başka bir noktayı gözler önüne sermektedir.

Tremblaya tek bir yerde yaşamaktadır: solgunböceklerin vücutlarında. Ve görünen o ki solgunböcekler de hayatta kalabilmek için Tremblaya'ya bağımlıdırlar.

Böceğin tek yemek kaynağı ağaçlardan içtiği bitkiözleridir. Tek başına bu verimsiz beslenmeyle hayatta kalması olanaksızdır. Tremblaya bu bitki özünü vitamin ve aminoaside çevirir ve solgunböcek de bunu protein yapmak için kullanabilir. Bu biyolojik simya karşılığında solgunböcekler de Tremblaya'ya düzenli bir beslenme ve sığınma kaynağı olurlar.

Aslında Tremblaya'nın bu hizmeti sunduğunu söylemek çok da doğru değildir. Yardıma ihtiyacı vardır. Bilim insanları uzun bir süredir Tremblaya'nın gizemli lekeleri olduğunu bilmekteydi ancak 2001 yılında Utah Eyalet Üniversitesi'nden Carol D. von Dohlen ve arkadaşları bu lekelerin Tremblaya içerisinde yaşayan ikinci bir bakteri türü olduğunu keşfedene kadar gizemleri çözülememişti.

Geçtiğimiz ay Cell dergisinde yayımlanan bir makalede Montana Üniversitesi'nden John McCutcheon ve arkadaşları Tremblaya ve bunun içerisinde yaşayan Moranella'nın genomlarını birbirinden ayırarak her birinin ne işe yaradığını anlamaya çalıştılar. İki tür aminoasitler üretip bunlardan proteinler inşa etme görevini paylaşıyorlardı. Tıpkı solgunböceklerin mikropları olmaksızın yaşayamayacak olması gibi, mikroplar da birbirleri olmaksızın yaşayamıyorlardı.

Dr. McCutcheon'un araştırması barok bir tarihi ortaya çıkardı. Çok eski zamanlarda Tremblaya'nın ataları solgunböceklerin atalarını enfekte etmişti. Mikroplar böceklere yeni metabolik güçler kazandırmış, bitki özü gibi bol bulunan bir besinden faydalanma imkanı vermiştir ki bu bitki özlerine genelde diğer böcekler yaklaşamaz bile. Bu rahat ortamında Tremblaya ise genlerinin çoğundan vazgeçmiştir.

Moranella ise tüm bunlar olduktan sonra önce solgunböcekleri enfekte etmiş, sonrasındaysa Tremblaya'yı işgal etmiştir. Tremblaya'nın bazı işyükünü almış, böylece Tremblaya daha fazla genini kaybetmiştir: ta ki 120 geni kalıncaya kadar.

Tremblaya ve Moranella, sağlıklı solgunböceklerde bulunan tek bakterilerdir. Fakat Dr. McCutcheon ve ekibi, solgunböceklerin DNA'sında yok olmuş bazı mikropların da kalıntılarına rastladılar. Bazı genleri, diğer hayvanlarda bulunan genlere olduğuna kıyasla bazı bakterilere çok daha yakındı.

Bu garip benzerlik, bir zamanlar solgunböceklerin başka tür mikroplarla da yaşadığını ve bu süreçte yanlışlıkla bu bakterilerin bazı genlerinin kendisine bulaştığını ve karıştığını göstermektedir.

Yapılan araştırmalara göre 6 farklı tür, bakterilere gen bağışında bulunmuştur. Dr. McCutcheon ve arkadaşlarına göre böcekler bu genleri bazı mikrop misafirlerini idare edebilmek için kullanmaktadırlar. Örneğin, belki de, bakteri proteinlerini kullanarak onlardan aminoasit elde etmek için...

Dr. McCutcheon'ınki gibi araştırmaların gösterdiği gibi, minimal genom araştırmaları provokatif olsalar da çıkmaz sokaklara varabilmektedir. Yaşam, araştırmacıların Plütonik saflık derecesine kadar genlerini soyabilecekleri bir laboratuvar vakumu içerisinde var olmamaktadır. Yaşam oldukça karmaşık bir yapıdadır ve en küçük genomlara sahip türlerin hayatlarını sürdürebilmelerinin tek nedeni, yaşamın ağına takışmış olmaları gibi gözükmektedir.