Yeni Bir Genom Kuramı: DNA, "Yaşamın Reçetesi" Yerine, Allak Bullak Bir Malzeme Listesi Olabilir!

Kalıtıma yönelik yaygın görüş, bir organizmaya ait tüm bilgilerin DNA yoluyla bir nesilden bir sonrakine aktarıldığı yönündedir. Ancak Maryland Üniversitesi Hücre Biyolojisi ve Moleküler Genetik profesörü Dr. Antony Jose, bu görüşe katılmıyor.

Yayınladığı 2 ayrı makalede Jose, DNA'nın sadece bir "malzemeler listesi"nden ibnaret olduğunu; ancak bir organizmayı inşa etmek ve sürdürmek için gerekli olan yönergeler listesini içermediğini ileri sürüyor. Söylediğine göre yönergeler, bundan çok daha karmaşık ve DNA'nın içinde değil; DNA ile diğer fonksiyonel sistemleri regüle eden moleküllerde saklanıyor.

Jose, kendisinin 20 yıla yayılan genetik ve epigenetik araştırmalarının sonucu olan bu yeni kalıtım modelinin teorik çerçevesini Journal of the Royal Society Interface ve BioEssays dergilerinde yayınladı. Her iki makale de 22 Nisan 2020'de yayına girdi.

Jose'nin argümanı, bilim insanlarının kalıtsal hastalıkları araştırma ve iyileştirme konusunda çok önemli yolları atladıklarını ve evrime yönelik güncel inanışların büyük bir kısmının genomun (yani bir organizmanın tüm DNA'sının) rolüne gereğinden fazla odaklandığını ileri sürüyor. Şöyle diyor:

DNA, yaşamın 'ayrıntılı planı' (İng: 'blueprint') olarak görülemez. Olsa olsa, farklı hücreler tarafından farklı zamanlarda farklı şekillerde kullanılan, birbiriyle üst üste binmiş ve potansiyel olarak karıştırılmış bir malzemeler listesinden ibarettir.

Örneğin, göz rengine ait genler vücuttaki bütün hücrelerde bulunur; ancak göz rengini verecek olan proteinleri üreten süreçler, gelişimin yalnızca spesifik bir basamağında ve gözlerin sadece renkli olan kısımlarını oluşturan hücrelerde yaşanır. Bu bilgi, DNA içinde bulunmaz.

Ek olarak bilim insanları, bir canlının DNA'sı okuyarak, göz gibi bir organın karmaşık şeklini veya bir organizmanın gözleri olup olmadığını belirleyemezler. Anatominin bu temel açıları, DNA'nın dışındaki bir şeyler tarafından belirlenmektedir.

Jose'nin iddiasına göre gelişimin bu açıları, yani döllenmiş bir yumurtanın karmaşık bir organizmaya dönüşecek biçimde büyümesi, kalıtımın bütüncül bir parçası olarak görülmelidir. Jose'nin yeni çerçevesi, kalıtımı karmaşık ve birbiriyle bağlanmış bir bilgi sistemi olarak görmektedir. Bu sistem içinde, bir hücrenin çalışmasına katkı sağlayan tüm düzenleyici moleküller, kalıtsal bilgiyi barındıracak bir depo olarak görülebilir.

Tufts Rejeneratif ve Gelişimsel Biyoloji Merkezi'nin ve Tufts Üniversitesi Allen Keşif Merkezi'nin direktörü olan, aynı zamanda biyoloji profesörü olan Michael Levin, biyolojinin şu andaki genom-merkezli görüşüyle açıklanamayan birçok sorunun bu yeni yaklaşım ile açıklanabileceğini düşünüyor. Levin, her iki makalede de yer almadı. Şöyle diyor:

Bioyolojik bilginin aktarımı, depo edilmesi ve kodlanması kritik bir hedeftir. Sadece temel bilimler için değil; aynı zamanda rejeneratif tıptaki dönüştürücü ilerlemeler için de... Bu iki makalesinde Antony Jose, bilgisayar bilimlerinden aldığı yaklaşımları ustaca uygulayarak, kalıtsal bilgi için bir araç olabilecek olası moleküler dinamiklerin genel çerçevesinin ve nicel analizini bizlere sağlıyor.

Jose, DNA'da kodlanmayan yönergelerin, hücrelerdeki moleküllerin düzenlemesinde (aranjmanında) ve birbirleriyle etkileşiminde barındırıldığını ileri sürüyor. Moleküllerin bu düzenlemesi, bir nesilden diğerine aktarılıyor.

Birimler, Sensörler ve Nitelikler

Makalelerde, Jose'nin teorik çerçevesi kalıtımı üç ana bileşenin ortak bir etkisi olarak harmanlıyor: birimler, sensörler ve nitelikler.

Varlıklar, bir organizmayı inşa etmek için gereken genomun ve diğer moleküllerin tamamını içeriyor. Bu varlıklar zaman içinde değişebiliyor; ancak her seferinde orijinal yapılarında, aranjmanlarında ve etkileşimlerinde yeniden inşa ediliyorlar. Jose şöyle diyor:

Kalıtımın bu açısı, yani molekül düzenlemelerinin nesiller boyunca benzer olması, yeterince ilgi görmemektedir ve bu nedenle kalıtımın nasıl çalıştığıyla ilgili birçok yanlış anlaşılmaya neden olmaktadır.

Sensörler, birbiriyle etkileşip, diğer varlıklara veya çevrelerine tepki veren spesifik varlıklardır. Sensörler, bir molekülün aranjmanları, hücre içindeki yoğunluğu veya bir diğer moleküle yakınlığı gibi belirli niteliklere tepki verirler.

Varlıklar, sensörler ve nitelikler, bir bütün olarak, yaşayan bir organizmanın kendisini ve çevresini "bilmesini" ve algılamasını mümkün kılarlar. Bu bilginin bir kısmı, genom ile birlikte, her nesilde yeni bir organizmayı inşa etmekte kullanılırlar. Jose, şöyle diyor:

Bu teorik çerçeve, benim birçok laboratuvarda yıllar boyu yaptığım deneysel araştırmalara dayanıyor. Bunlar arasında, epigenetik ve çok-nesilli gen susturma araştırmaları ve giderek artan düzeyde ilgi duyduğumuz teorik biyoloji araştırmaları da var. Birebir aynı hastalığa yakalanıp da aynı semptomları göstermeyen insanlar olduğu gerçeğini düşünecek olursak, iki insanı farklı kılan her seviyeyi anlamamız gerektiğini görebiliriz. Sadece genomlarını anlamakla yetinemeyiz.

Jose'ye göre, genom-merkezli kalıtım görüşünde ısrarcı olmanın budalalığı, bilim insanlarının kalıtsal hastalıklarla mücadele etme ve evrimin sırlarını anlama konusundaki fırsatları kaçırıyor olmalarıdır.

Örneğin tıpta, kalıtsal hastalıkların farklı bireyleri farklı etkilemesi konusunda genetik farklılıklara ve varlıklardaki kimyasal veya fiziksel farklılıklara odaklanılır. Ancak bu yeni teorik çerçeve, bilim insanlarının, kalıtsal hastalıklara sahip olan insanların hücrelerindeki genetik-olmayan farklılıklara da bakması gerektiğini söylemektedir. Bilim insanları şu anda bunların bir kısmını ölçebilecek araçlardan yoksundurlar; dolayısıyla bu araştırma, potansiyel olarak yeni araştırma sahalarına yol açmaktadır.

Evrimsel açıdansa Jose'nin teorik çerçevesi, canlıların DNA dizilerinde herhangi bir değişim olmadan da, sadece moleküllerin aranjmanlarının değişmesi yoluyla evrimleşebileceklerini ileri sürmektedir. Buna ek olarak bu çalışma, koruma bilimi çerçevesinde soyu tükenme tehdidi altında olan türlerin korunması için sadece DNA bankalarının yeterli olmayacağını, bu bankalarda DNA-olmayan moleküllerde saklanan kritik bilgilerin noksan olduğunu ileri sürmektedir.

Jose, bu fikirler üzerine çok miktarda tartışma olacağını ve hipotezlerinin test edilmesi için deneylere ihtiyaç olduğunu kabul ediyor. Ancak Levin gibi diğer bilim insanlarından da aldığı ön geri bildirimlerin genel olarak pozitif olduğunu söylüyor. Levin, şöyle diyor:

Antony Jose'nin varlık-sensör-nitelik çerçevesi yoluyla hatırlama ve kodlama konularında yaptığı genelleştirmeler, evrime ve biyolojik karmaşıklığa yönelik özgün bilgiler sunuyor. Dahası, genetik, epigenetik ve gelişim sahalarında var olan modern paradigmalara da önemli güncellemeler getirilmesi gerektiğini öneriyor.