DNA'nız Ne Kadar İşlevsel?

Albüm: Güncel Tıbbi Haber & Araştırmalar

DNA’nız ne kadar işlevsel?

Bugün bildiğimiz üzere insan genomu yaklaşık 3 milyar baz çifti ve binlerce gen içeriyor, ancak bu baz çiftlerinin ve genlerin ne kadarı gerçekten “önemli” bir iş yapıyor? PLOS Genetics üzerinden evrimsel bakış açısıyla yayımlanan yeni sonuçlar sizi şaşırtabilir!

DNA'mız muazzam bir bilgi yığını içermekte ancak genlerimizin ne kadarı bizim için "işlevsel" ?

DNA'mızda kullanmadığımız bölgeler var mı?

İki yıl önceki araştırmalarda insan DNA’sının önemli bir kısmının, yaklaşık %80’inin işlevsel olduğu iddia edilmişti. Bu sayı aslında Encyclopedia of DNA Elements (ENCODE) projesinden elde edilen yorumlamalara dayanıyordu. Ardından bu araştırmalar, bu yorumu saçma olarak niteleyen, içlerinde genetikçi Dr. Dan Graur’un da bulunduğu birçok bilim insanına rağmen, hemen çeşitli haber kaynakları tarafından alınmış, birçok medya organına ulaştırılmıştı.

Şimdi, İngiltere’deki the University of Oxford's Wellcome Trust Centre for Human Genetics'de görevli Dr. Gerton Lunter tarafından yönetilen bir çalışma, önceki yorumlamaların aksine insan genomunun sadece 8.2 oranında işlevsel olduğunu iddia ediyor! Evet, yüzde seksen ile yüzde sekiz arasındaki farkı inanılmaz bulabilir ve yakın zamanda gerçekleştirilen bu çalışmaların nasıl bu kadar farklı bir sonuca ulaşabildiğini sorgulayabilirsiniz. Melbourne Üniversitesi’nde araştırma görevlisi Dr. Charles Robins’in ifade ettiği gibi sayılardaki bu büyük farklılık, aslında “fonksiyonel, işlevsel” teriminin tanımlamalarındaki farklılıklardan geliyor. Şimdi buna bir bakalım:

ENCODE, işlevselliği, “biyokimyasal fonksiyon” olarak tanımlamıştı. Bunun anlamı şudur ki, eğer DNA’nın belli bir kısmı veya geni özgül bir proteini sentezlemekte kullanılırsa, bu protein bireyin üzerinde belirgin bir etki yaratmasa da DNA’nın bu bölümü işlevsel kabul ediliyor. Haliyle bunun sonucu olarak DNA’nın protein sentezlemekte kullanılan kısımları, başka hiçbir özellik aranmadan işlevsel kabul edilerek %80 sayısına ulaşılıyor. Ancak Dr. Graur ve Dr. Robin gibi araştırmacılar bu tanıma karşı çıkıyor. Karşı çıkanlar arasında çalışmanın yönetici üyesi olan Gerton Lunter da var.

Oxfordlu araştırmacıların çalışmalarına göre DNA parçaları, sadece genlerimizin yeni nesillere ne kadar sağlıklı aktarılmalarıyla ilgili olarak belirli bir “işlev” kazanıyor. Bu bakımdan DNA, eğer üreme başarımızı olumlu yönde etkilerse ve genlerimiz ileri nesillere korunarak aktarılırsa, işlevsel parçalar içermiş oluyor. Bu yeni tanıma göre insan genomunun %90’ından fazlası çok da işe yaramayan bölümler içeriyor. Bu yüzden, uzayıp giden bu DNA parçaları, yıllar içerisinde evrim yoluyla kazandığımız bir yükten fazlası olmayabilir. The Guardian’a konuşan Lunter, konuyla ilgili olarak şunları söyledi:

“Bilimsel açıdan ele alırsak, genomumuzun yaklaşık %92’sinin bizim biyolojimize önemli bir şey kattığı noktasında hiçbir delilimiz yok.”

Bilim insanları bu sayılara, insan genomunu diğer memelilerin, özellikle de farelerin genomlarıyla karşılaştırarak ulaştılar. Memelilerin milyonlarca yıl süren evrimi sürecinde genomların değişimleri, bu çalışmayı şekillendirdi. Çeşitli gözlemler de bu sayıları destekliyor. İnsanlar ve diğer memeli türlerinin ortak genlerine bakan araştırmacılar, buradan DNA’nın yalnızca %7.1 ile 9.2 arasında bir değerde hiç değişmeden korunduğunu gözlemlediler. Bu sayılar da bize DNA’nın işlevsel kısımları hakkında çarpıcı bilgiler veriyor. Tahmin edersiniz ki evrime göre aktarılan genlerin başarısı, o türün ileri nesillere adaptif olarak aktarılmalarıyla belirlendiğinden, elde edilen sonuçlar, yeni “işlevsellik” tanımına uygunluk gösteriyor.

Çalışmalarda özellikle farelerin genomları, insanlarla karşılaştırıldı. İnsan ve fare genomlarının protein kodlayan genlerinin büyük benzerlikler taşıdığı keşfedildi. Bu sayı, genomun sadece yaklaşık %2.2'sine denk geliyor

Peki bu yaklaşık %8’lik kısımda hangi genler var? Genlerimizin yalnızca %1-2’lik kısmı, hayatta kalmamıza yardımcı çok önemli biyolojik süreçleri idare etmekte kullanılıyor. Bu son çalışma kalan %7’lik kısmın da önemli proteinleri kodlayan genlerin aktivasyonlarına dahil olan farklı zamanlarda farklı etmenler altında cevap veren, onları düzenleyen bölüm olduğunu gösteriyor.

Oxfordlu bilim insanlarının çalışmasında DNA'nın fonksiyonelliği, evrimsel süreçte aktarılan genlerin başarıyla korunup korunmamasına göre belirlendi.

Aklımıza şu soru gelebilir: madem yaklaşık %8’ “işlevsel” bir genomumuz var, öyleyse geri kalan büyük bir kısmı neden taşıyoruz? Lunter’in açıklamalarına göre daha küçük DNA’lara sahip olmak konusunda doğa pek de cimri değil. Örneğin buğday, bizden çok daha büyük bir genoma sahip. Çünkü hiçbirimiz bir sanat eseri gibi kusursuz olmak için tasarlanmadık, aksine son derece karışık ortam ve şartlarda evrimleştik. Elde edilen bulgular da bu durumun en önemli kanıtı. Ancak şu an yararlı olmayan kısımların ileri bir evrimleşme sürecinde yararsız kalıp kalmyacağı konusunda net bir şey söyleyemeyiz. Belki bu kısımlar bize bir gün lazım olacak. Evrimsel açıdan korunmamış bu bölgeler, evrimleşme devam ettiği sürece organizmamızı daha adaptif kılabileceğinden, “işlevsel” tanımıyla ortaya konulan sayılar aslında şu anda var olan evrimsel duruma göre ortaya çıkmış sayılar. Dolayısıyla %92’lik kısmı kolaylıkla göz ardı edemeyiz.

Sonuç olarak evrim, bize canlı vücudunda neyin önemli olduğunu ve neyin gereksiz olduğunu söyleyen, canlılar arasında müthiş bağlar kuran bir yaklaşım olarak canlılık biliminde çok önemli bir yer teşkil ediyor. Evrim penceresinden incelediğimiz canlılık, bize moleküllerden popülasyonlara dek sahip olduğumuz tüm düzeyler hakkında ilginç ve yepyeni bilgiler sağlıyor. DNA'nın işlevselliği konusunda ortaya konan farklı sonuçlar da bunun bir göstergesi konumunda.

Kaynaklar:

1.      Phys.org

2.      Science Matters

3.      University of Oxford News & Events

4.      The Guardian

5.      University of Leicester

6.      Your Genome

7.      PLOS Genetics

Bilim insanları düşünce kontrolü yoluyla genleri değiştirebilen bir yöntem geliştirdiler!

Albüm: Güncel Tıbbi Haber & Araştırmalar

Bilim insanları düşünce kontrolü yoluyla genleri değiştirebilen bir yöntem geliştirdiler!

İsviçreli bilim insanları, zihin gücünü kullanarak genleri aktive edebilen bir yol buldular. Bu metot, özel olarak tasarlanmış hücrelerde protein yapımında ihtiyaç duyulan genleri aktive eden kızılötesi olarak kontrol edilebilen LED ışığı açmak için beyin dalgalarını kullanıyor.

Bu yöntemin oldukça fütüristik olduğunu söyleyen bilim insanları, ileride epilepsi gibi hastalıkların tedavi edilebilmesi için bu yöntemin kullanılabileceğini söylüyorlar. Nature Communications’ta yayımlanan, fareler ve insanlar üzerinde çalışılan bu araştırmanın teorik olarak çalışabilmesi şimdilik mümkün. Ancak uygulamalarda nasıl sonuç vereceği ve mekanizmasının tam olarak nasıl işlediği henüz netlik kazanmamış durumda. Üstelik çalışmanın oldukça multidisipliner olmasından ötürü farklı tip deneylerde nasıl sonuç elde edileceği araştırılma safhasında.

Bu yöntemin özeti kısaca şuna dayanıyor: zihin kontrolü yoluyla gen ifadesinin değiştirilip farelerin derilerinin altındaki nakil edilmiş bölgedeki protein (SEAP)  üretimi artırmak.

Beyin dalgaları tarafından aktive edilen LED ışık

Araştırmacılar ilk önce, LED ışığın varlığında genin açılmasının ve ardından SEAP (bir çeşit embriyonik alkalin fosfataz) proteinin sentezinin tetiklendiği genetik olarak değiştirilmiş bir hücre tasarladılar. Ayrıca hücreleri uzaktan kumanda edilebilen kızılötesi ışık içeren farelerin derilerinin altındaki küçük bir nakil odasına yerleştirdiler.

Düşüncenin gücü

Deneyde, elektroensefalografi (EEG) cihazına bağlanmış gönüllülerden, Mindflex adındaki, düşünce yoluyla oyundaki topun kontrol edilebildiği bir bilgisayar oyununu oynamaları istendi. Oyun esnasında katılımcılar gerilim ve rahatlık durumlarını da içeren üç farklı zihinsel hali yaşadılar. Gönüllüler oyuna odaklandığında, beyin dalgaları, kızılötesi LED ışığı açmak ve SEAP proteinini üretmek için farelerin altındaki bir “alan jeneratörüne” döndü.  Önce katılımcıların beyin dalgaları, farenin deri altına nakledilmiş ışığı yaktı. Bu ışık da ışığa duyarlı genlerin aktivasyonunu sağladı. Ardından sentezlenen protein, deri altında aydınlanmış olarak görülen nakil bölgesinden kan dolaşımına geçti. Deneyde, düşünce yoluyla elde edilen sinyaller vasıtasıyla gen ifadesinin değiştirilmesi başarıyla gözlendi.

Deney farelerinin deri altına nakledilen ışık bölgesi

Araştırmanın lideri, İsviçre Teknoloji Enstitüsünde biyomühendislik ve biyoteknoloji profesörü Martin Fussenegger, çalışma hakkında şunları söyledi:

“Düşüncenin gücüyle gen ifadesini kontrol edebilmek, bizim uzun yıllardır kovaladığımız bir hayaldi.”

Bu çalışma, teknolojinin eninde sonunda tıbbi tedavilerde kullanılabileceğinin ilk kanıtı olmuş durumda. Bu nedenle çok önemli bir adım. Profesör sözlerine şöyle devam etti:

“Örneğin, epileptik krizden önce var olan spesifik beyin dalgaları, hasta henüz farkına varmasa bile hastalığın tedavisi için kullanılabilir. Ayrıca kronik ağrıları olan hastalarda, hastalığa özgü ağrı kalıpları olduğuna inanıyoruz ve bunları engellemek, önlemek ya da hafifletmek için bu yeni yöntemin kullanılabilir olduğunu düşünüyoruz.”

Fussenegger’in ayrıca belirttiği bir nokta daha var. Gen ifadesinin düşünce yoluyla kontrol edilmesinin, gen transkripsiyon biyokimyasıyla herhangi bir ilgisi yok. Yani düşünce kontrolüyle sıfırdan istediğimiz şekilde bir gen sentezleyemeyiz, ancak var olan genin ifadesini ve aktivasyonunu bir nebze değiştirebiliriz.

Imperial College London’da biyomedikal sensörler profesörü olan Martyn Boutelle ise şunları söyledi:

“Araştırmayı yapanlar, uzak gelecekte, hastaların zihinsel durumlarının tedavi amaçlı bu yeni çalışmaların kullanılarak nasıl öğrenilebileceğini birçok farklı teknolojiyi bir araya getirerek gösteriyorlar.”

Bu araştırmayı incelediğimizde aklımıza bir soru takılabilir. Neden mutlaka bir şeyi düşünüp ardından genlerin aktive olmasını bekleyelim? Herhangi bir tuş vasıtasıyla bir şey düşünmeye ihtiyaç olmaksızın da genler aktive olabilirdi?

Bu soruya ise şöyle cevap veriliyor: 

Bu teknoloji ilk olarak, çevresiyle fiziksel olarak her türlü iletişimi kesilmiş ya da hareketi kısıtlanmış, ancak zihinsel sağlıkları yerinde olan bireyler için tasarlanmış durumda.

Araştırmada kullanılan uzaktan kumanda edilebilen LED ışıklar

Çalışmanın pratik sonuçları henüz görünür değil fakat ileride nöroloji, biyokimya, anatomi gibi birçok disiplinin birlikte çalışmasıyla çok daha geliştirebilir olduğu ve özellikle sinirsel hastalıkların tedavisinde bir umut olabileceği, şimdiden konuya ilgi duyan bilim insanlarını heyecanlandırıyor.

Kaynaklar

1.      BBC

2.      BBC2

3.      The-Scientist

4.      Independent

5.      Nature Communications

6.      Invivogen