Sentetik Biyoloji: Test tüpünde yapay yaşam

Yüzyılımız biyoteknoloji yüzyılı. Rosalind Franklin, 1950’lerde DNA’nın ilk X-ışını fotoğrafını çektiğinde bugün kullandığımız biyoteknolojinin de temellerini atmış oldu. DNA’nın yapısı anlaşıldıktan sonra RNA ve protein moleküllerinin yapılarını çözdü bilim. Yapılar çözüldükçe bu moleküllerin hücrede hangi görevleri yerine getirdiğini öğrendik. Bilgi dağarcığımız artarken, bir taraftan da yaşamın bu temel moleküllerini nasıl değiştireceğimizi araştırmaya başladık. İşte sentetik biyoloji bu amaçla ortaya çıktı. Buna yapay biyoloji de diyebiliriz.
Artık DNA molekülüne istediğimiz mutasyonları koyabiliyoruz. Bu mutasyonların etkilerinin araştırılması pek çok hastalığın nedenlerinin bulunmasına yol açtı. Tabii araştırmalar sırf bu türden çalışmalarla sınırlı kalmadı. Ufkumuz genişledikçe daha büyük okyanuslara, hayallere doğru açılmaya başladık. DNA molekülünü laboratuvarda, test tüpünde daha basit yapı taşları olan bazlardan sentezler, oluşturur hale geldik.
Son otuz yılda gen mühendisliği alanında oldukça hızlı bir gelişme yaşandı. Otuz yıldan beri küçük mikroorganizmaların genlerini gen mühendisliği yoluyla değiştiriyor ve onları ve ürettikleri gen ürünlerini çevrenin temizlenmesinden, biyoyakıt üretimine kadar çeşitli alanlarda kullanıyoruz. Tüm bu gen değişimlerini planlarken de mikroorganizmaların evrimsel tarihinden yararlanıyoruz. Ancak bu yıla kadar hep tek tek genlerin değiştirilmesi ile gen mühendisliği yapılıyordu. J. Craig Venter Enstitüsü’nün kurucusu J. Craig Venter ismini, birçoğunuz İnsan Genomu Projesi’nden hatırlayacaktır. Venter’in şirketi Celera İnsan Genomu’nun dizisini diğer kamu projesiyle eş zamanlı olarak açıklamıştı. Venter şimdi tamamen sentetik biyoloji alanında çalışmaya başladı. Venter, 2002 yılında yapay kromozomlar yaparak sentetik yaşam oluşturacağını duyurmuştu. Böylece yapay kromozomların, yani yapay genomun kontrol ettiği kendi kendini eşleyen bir yapay organizma ortaya çıkmış olacaktı. Venter’in bu ay Science dergisinde yayınlanan çalışması, yeni bir teknolojiyi bilim dünyasına sunuyor. Bu aynı zamanda, çığır açan bir gen teknolojisi. Daha önceleri yalnızca tek tek gen düzeyinde değişimler yapılırken, şimdi daha pek çok gen ve bir bütün genom düzeyinde değişimler kısa sürede yapılabilecek. Buna paralel ancak bundan bağımsız olarak, Harvard Üniversitesi araştırmacılarından George Church ve ekibi, bakterilerde bulunan kimyasal yolları çabucak değiştirebilecek ve birkaç gün içerisinde yararlı kimyasalları sentezleyebilecek yeni mutant bakterilerin oluşturulmasını sağlayacak bir yöntemi, Nature dergisinin bu ayki sayısında yayınladılar.
Öncelikle böyle bir organizmayı oluşturabilmek için gerekli genomun büyüklüğünün en az ne kadar olacağının bulunması gerekliydi. Bu amaca giden yolda, ilk olarak 2007 yılında bir bakterinin genomunu başka bir bakteri türünün genomu ile değiştirmeyi başardılar. Bu yöntemle sentetik genomu da bakteriye koyabileceklerini söylüyorlardı. Ancak bu iş, tahmin ettikleri kadar kolay olmadı. Bakterinin kendi genomunu çıkarıp sentetiği yerine koyduklarında yöntem çalışmadı. Daha sonra neyin yanlış olduğunu anlamak için bakteri kromozumunu mayaya aktardılar ve burada mayanın mekanizmalarını kullanarak daha önce silemedikleri bir bakteri genini sildiler. Daha sonra bu değişmiş genomu tekrar bakteriye aktarmak istediklerinde, ekip yine aynı zorlukla karşılaştı. Venter ve ekibi bunun bakterilerin savunma mekanizması olan restriksiyon enzimlerinden kaynaklandığını buldu. Restriksiyon enzimleri, tüm bakterilerin savunma mekanizmasını oluşturmaktadır. Yabancı bir DNA hücreye girdiğinde, bu enzimler onları keserek çalışmaktadır. Bakteriler kendi DNA’larına kimyasal gruplar olan metil gruplarını ekleyerek kendi DNA’larını kesilmekten korurlar. Mayadan gelen yapay DNA da işte bu mekanizmaya yakalanıyordu. Venter ve ekibi buna iki çözüm buldular. Birinde bu enzimleri üretemeyen hücreler yaptılar. Diğerinde ise yapay DNA’ya metal grupları ekleyerek hücreye soktular. İki yöntem de çalıştı.
Tek tek gen düzeyindeki değişiklikleri yapmak oldukça zaman alıyordu. Bu yöntemlerle birden fazla gen ve hatta genomun pek çok bölgesinde kısa sürede değişiklik yapılması olanaklı hale geldi. Böylece bilim kurgu filmlerine konu olan test tüpünde yapay yaşamın önemli bir adımı da atılmış oldu. Test tüpünden canavarlar değil, ekolojik pek çok problemi çözebilecek yeni organizmalar çıkıyor.
Günseli Bayram