Doğacak Çocuğun Özelliklerini Belirlemek Mümkün Mü?

Merhabalar arkadaşlar. Bugün genetik ve epigenetikle ilgili bir konuyu inceleyeceğiz. Şahsen benim çok sevdiğim bir konudur. Özelliklerimizin aslında birkaç nükleotit dizisine bağlı olduğunu anlayınca insanın ne kadar şekillendirilebilir bir varlık olduğunu anlayacaksınız :). Keyifli okumalar.

1) Özellikleri taşıyan genetik eleman

Genetik elemanla ilgili ilk araştırmalar Frederick Griffith tarafından yapılmıştır. Griffith iki tür bakteri almıştır. Kapsüllü ve kapsülsüz bakteriler. Kapsülsüz bakterileri fareye enjekte ettiğinde farenin yaşadığını görmüştür. Ancak kapsüllü bakterileri enjekte ettiğinde farenin öldüğünü gözlemlemiştir. Buradan çıkaracağımız sonuç kapsülün varlığının enfeksiyonun fatal (ölümcül) olmasına sebebiyet verdiğidir. Kapsüllü bakteriler ısıtılıp yani öldürülüp fareye enjekte edildiğinde farenin tekrar yaşadığı gözlemlenmiştir yani enfeksiyonun olması için bakterilerin canlılığı şarttır. Griffith ısıtılarak öldürülmüş kapsüllü bakterilerle canlı kapsülsüz bakterileri fareye enjekte ettiğinde farenin öldüğünü gözlemlemiştir. Fareden aldığı kan numunesinde canlı kapsüllü bakterilere rastlamıştır. Griffith bu deneyden şu sonucu çıkarmıştır. Canlı özellikleri bir kalıp olarak kabul edilemez. Canlıların özellikleri içlerindeki bir maddeye bağlıdır ve bu madde canlıdan canlıya aktarılabilir. Griffith genetik maddenin varlığını anlasa da bunun DNA olduğunu anlayamamıştır.

Genetik materyalin DNA olduğunu ilk gösteren çalışma Avery–MacLeod–McCarty deneyidir. Deneyi inceleyecek olursak Protein, RNA ve DNA içeren tüpler hazırlandı. Tüplere sırayla proteini sindiren enzimler, RNA'yı sindiren enzimler ve DNA'yı sindiren enzimler konuldu. Sonuçlara bakıldığında protein sindiren enzimlerin ve RNA sindiren enzimlerin bulunduğu tüpler farelere enjekte edildiğinde fare ölürken, DNA sindiren enzimlerin bulunduğu tüpün enjekte edildiği fare hayatta kaldı. Bu deneyden canlının özelliğini belirleyen genetik materyalin DNA olduğu çıkarılabilir. Ancak bu deneyi desteklemek amacıyla bir deney daha yapılmıştır.

Hershey-Chase deneyi olarak geçen deney 1952'de Alfred Hershey ve Martha Chase tarafından yapıldı. Amaç Avery-MacLeod-McCarty deneyini desteklemekti. Ancak bu deneyde farklı bir prensip izlenildi. Deneyde 2 farklı bakteri ve bu bakterileri enfekte edecek 2 farklı bakteriyofaj virüsü kullanıldı. Bu bakteriyofaj virüslerinden birinin proteinleri sülfür, diğerinin DNA'sı fosfor ile işaretlendi. Virüsler bakterileri enfekte ettikten sonra bakteri ve virüslerin içindeki maddeler incelendi. Deneyin sonucunda proteinlerin hala virüs içinde DNA'nın ise bakteride bulunduğu gözlemlendi. Bu deneyle beraber DNA'nın genetik materyal olduğu kesinleşmiş oldu.

DNA teorik olarak bu deneylerle kanıtlansa da DNA'nın varlığını kesin kanıtlayan Rosalind Franklin ve Maurice Wilkins'dir. X ışınları ile çift sarmal yapının fotoğrafını çekmeyi başarmışlardır.

Bütün bu çalışmalar ve DNA yapısının fotoğrafının çekilmesi ile DNA'nın yapısı neredeyse aydınlatılmış oldu. Bu bilgileri derleyip DNA'yı açıklayan modeli ortaya atanlar ise Francis Crick and James Watson olmuştur.

Burada maalesef değineceğim konu şudur. Francis Crick ve James Watson, DNA fotoğrafını Rosalind Franklin'in haberi olmadan almışlar ve çalışmalarında ona teşekkür etmemişlerdir. Ayrıca acı bir şekilde Rosalind Franklin nobel ödülünü de alamamıştır. Çünkü DNA için verilen nobel ödülü 1962'de verildiğinde kendisi hayatta değildir, 1958'de çalışmaları sırasında kullandığı X ışınlarının neden olduğu yumurtalık kanserinden dolayı vefat etmiştir. Rosalind Franklin, kadınların iş hayatında neler başarabileceği konusunda bir ışık olmuştur. Kendisini saygıyla anıyorum.

2)DNA özellikleri nasıl belirliyor?

a)DNA'nın temel özellikleri

Genetik materyalin DNA olduğunu anladık. Peki DNA bilgiyi nasıl kodlayıp da bir özelliğe dönüşmesini sağlıyor bunu tartışalım. Öncelikle DNA çift zincirli sarmal bir yapıdadır. DNA'nın alt birimleri nükleotidlerdir. DNA'da 4 nükleotid vardır. Bunlar adenin, timin, sitozin ve guanindir. Bu nükleotidler aynı zincirde birbirlerine fosfodiester bağıyla bağlanır. Bu bağ güçlü kovalent bir bağdır ve zincirlerin sağlamlığını sağlar. Farklı iki zincirdeki karşılıklı nükleotidlerin arasında zayıf hidrojen bağları bulunur. Bu bağların zayıf olmasının amacı replikasyon (DNA eşlenmesi) ve transkripsiyon (mRNA sentezi) sırasında zincirlerin kolayca ayrılabilmesini sağlamaktır. Ancak bu hidrojen bağları bir araya gelince kuvvetli bir güç olurlar. Bu da zincirlerin birbirine sıkı bağlanmasını sağlar ve DNA'yı stabil kılar. Hidrojen bağları bu yüzden hücre için oldukça ekonomiktir.

Öncelikle DNA'da belli büyüklükteki nükleotid dizilimlerine bir isim verilir. DNA'da belli bir fonksiyon görmek amacıyla transkripsiyon sonucu RNA'ya dönüşen nükleotid dizilerine gen denir. Genler belli denetim mekanizmalarına tabidir. Genlerin içindeki nükleotidler de belli görevlere ayrılır.

Fotoğrafa bakacak olursak bir gende nükleotid dizilerinin belirli bölgelere ayrıldığını görebiliriz. Asıl kodlanacak kısımdan proteinler için gerekli olan mRNA sentezlenirken diğer bölgelerinden işlemin kontrolü yapılır. İşlem hızı, gerekliliği, baskılanması, aktifleştirilmesi ile ilgili çeşitli genetik bölgeler bulunmaktadır. Peki bu bölgelerin ne görev göreceği nasıl belli olmuştur? Buna şu açıklama getirilebilir. Bu bölgeye bağlanan proteinler hidrojen bağlarıyla bağlanır yani kusursuz bir bağ oluşumu gerekmektedir. Örneğin kontrol edici protein kontrol bölgesindeki uygun dizilime bağlanırken transkripsiyon enzimleri esas gen bölgesindeki başlangıç dizisine bağlanırlar. Yani mekanizmalar ve şifreler çeşitli kimyasal reaksiyonlarla uyumlu hale getirilmiştir.

c) Genin özelliğe dönüşümü

Bu dönüşüme temel olarak santral dogma ismini veririz. DNA önce transkripsiyon sonucu mRNA (mesajcı RNA) sentezler. Bunun sebebi DNA'nın çekirdeğin porlarından geçememesidir. Bu sebeple bilgisini mRNA aracılığı ile protein sentez organeli olan ribozoma iletir. Ribozomda mRNA okunur ve protein üretilir. Protein ise endoplazmik retikulum ve golgi'de işlenerek hazır hala getirilir ve işlev görür. Bu sayede özellik ortaya çıkar.

mRNA'daki üçlü nükleotid dizilerine kodon denir. Bu kodonlar ribozom tarafından okunur. Her kodonun karşılığında bir aminoasit vardır. Aminoasit proteinin temel yapıtaşıdır ve 20 çeşidi vardır. Bu çeşitlilik ve farklı dizilim kombinasyonları sayesinde çok çeşitli proteinler elde edilebilir. Aminoasitlerin ribozoma taşınmasını sağlayan ise tRNA'dır. tRNA kodonla hidrojen bağı yapmasını sağlayacak bir antikodon bulundurur. Bu sayede mRNA başarıyla okunur ve karşılığı olan aminoasit ribozoma getirilir.

Kodlanan polipeptid sonucu artık protein oluşmuştur ancak proteinler sadece tek boyutlu halde işlev göremezler. Proteinlerin primer, sekonder, tersiyer ve kuaterner denilen formları vardır. İşlev görebilmeleri için en az tersiyer formuna ulaşmaları gerekir. Bu sebeple de çeşitli işlemlerden geçerler. Endoplazmik retikulum ve golgide çeşitli işlemlerden sonra işlev görebilecekleri formlarına ulaşırlar.

Protein sentezlendikten sonra çeşitli tayin molekülleri ile işlev göreceği bölgeye gider. Yani artık genetik bilgi bir realite olarak ortaya çıkmış ve bir özellik olmuştur. Bu teorik bilginin pratiğe dökülmesine benzetilebilir.

3) Genetik nasıl kontrol ediliyor?

Bildiğiniz üzere genlerimiz her zaman görev görmez. Örneğin vücudumuza bir virüs girmeden antikor salgılamayız. Peki bu nasıl kontrol ediliyor? Demin de bahsetmiştim genleri baskılama ve aktifleştirme görevi gören proteinler var. Ancak elbette bu sadece kod üzerine oturan proteinler aracılığıyla olmak zorunda değildir. DNA normal hücre şartlarında proteinler (özellikle histon proteini) tarafından paketlenmiş durumdadır ve kromatin halindedir.

Genin mRNA'ya ifadesini sağlayabilmek için gerekli proteinler, DNA'nın etrafındaki paket yüzünden bunu yapamazlar. Yani gen her zaman ifade olunamaz. Bu aktif edici ve baskılayıcı proteinler nükleotidlerle etkileşime geçerek protein paketinin sıkılaşmasına veya gevşemesine neden olur. Yani anlayacağınız gen ifadesi oldukça sıkı kontrol altındadır. Örneğin nöronlarda belli genler baskı altındayken kalp hücrelerinde farklı genler baskı altındadır. Bu epigenetik modifikasyonlar sayesinde hücreler farklılaşır ve belli işlevler için özelleşir. Bu canlılık için oldukça önemlidir. Proteinlerin dışında bazı genetik elemanlar da önemli rol oynamaktadır. Bunlara örnek olarak miRNA'lar verilebilir. miRNA'lar mRNA ile belli yerlerde etkileşime girerek protein sentezini bloke edebilir. Yani genetik kontrol çok çeşitli şekillerde olabilmektedir. Biz bu kontrole epigenetik deriz. Yani DNA'nın kodlanmayan bölümünün işlevsiz olduğu zannedilirken aslında epigenetikle beraber çok önemli bir fonksiyonunun olduğu keşfedilmiştir.

Bu epigenetik modifikasyonlar sayesinde çevreye uyum sağlanabilir. Örneğin değişen çevre şartlarına göre bir bakteri epigenetik modifikasyonlar ile çevreye uygun bir genetik işleyiş elde edebilir.

Yani sonuç olarak bu maddeden çıkaracağımız genetiğin sadece DNA diziliminden ibaret olmadığıdır. Asıl önemli gen ifadesidir ve bunu kontrol eden çok çeşitli mekanizmalar vardır. Gen ifadesi protein sentez basamağında bile düzenlenebilmektedir.

4) Genetik üzerinde modifikasyonlar yapılabilir mi?

İnsan genom projesi ve genetik üzerine yapılan çeşitli araştırmalar sayesinde DNA işleyişi prensipleri hakkında detaylı bilgi sahibiyiz. Peki genetiği yapay olarak eğip bükebilir miyiz? Evet, hem teorik hem de pratik olarak genoma istediğimiz biçimi vermemiz mümkündür. Bunu anlamak için en basit örnek olan bakterileri inceleyelim. Bakteriler halkasal DNA'ya sahiptir.

Genleri restriksiyon enzimleri aracılığıyla kesip DNA'dan çıkarabiliriz. Ardından farklı bir geni uygun bir enzimle boşalan kısma ekleyebiliriz. Bu sayede bir gen modifikasyonu yapmış oluruz. Bir hücrede böyle bir gen değişikliği yapmamız özelliklerin değişimine neden olacaktır. Yani genetik müdahale edilebilir bir kavramdır. Ayrıca bahsettiğimiz bir kavram olan epigenetiğe de müdahale edebiliriz. Çeşitli miRNA'lar ve enzimler ile gen regülasyonunu kontrol edip çeşitli özellikleri açıp çeşitli özellikleri baskılayabiliriz. Bu aslında hem muhteşem hem de korkutucu bir güçtür.

5) Genetik modifikasyon örnekleri

Bu gen aktarımı sayesinde çeşitli canlılar modifiye edilebilmiş ve istenilen canlı örneklerinin oluşumu sağlanmıştır.

Burada göreceğimiz üzere ateş böceğinden alınan ışımayla ilgili gen tütün bitkisine modifiye edilmiştir. Modifikasyon sonucu ortaya çıkan canlı örnekteki gibidir.

Ayrıca bazı balık türlerinin soğukta da yetiştirilebilmesi için alabalık geni modifikasyonu uygulanır. Soğuğa dayanıklılık geni sayesinde soğuk denizlerde bile belli balık türleri yetiştirilebilir.

6) Gelecekte neler mümkün olacak?

Geleceğin gerçekten heyecan verici olduğunu söylemek gerek. Hayvanlar üzerinde sağlanan gen transfer çalışmalarının insanlar üzerinde de başarılar sonuç vereceğine kesin gözüyle bakılıyor. Peki neler üzerinde çalışmalar yapılabilir? Örneğin deri pigmentiyle ilgili genlerle oynanarak ten rengi, göz pigmentiyle ilgili genlerle oynanarak göz rengi, saç pigmentiyle ilgili genlerle oynanarak saç rengi doğumdan önce belirlenebilir. Bu genler bilinmektedir ve çeşitli modifikasyonlarla bu özellikleri belirlemekte kontrol sahibiyiz. Potansiyel boy uzunluğu, kas gücü, zeka gibi çoğu özelliği doğumdan önce belirleyebiliriz.

Sonuç

Bu yazıda genel olarak genetik mekanizmalardan, bunlar üzerinden geliştirilebilecek teknolojilerden ve mevcut çalışmalardan bahsettik. Bilim ilerledikçe yavaş yavaş evrenin kontrolünü elimize alıyoruz. Akıl ve bilim tek rehberimiz olmalıdır. Yazımızı okuduğunuz için teşekkür ederim. Kendimizi anladıkça hayata daha geniş bir açıdan bakabileceğiz.