Yarısı yapay mantar üretildi

Muhtemelen haberlerde genomunun tamamı sentetik (yapay) olan virüs ve bakterileri duymuşsunuzdur. Bu, bilimsel anlamda müthiş bir başarı; çünkü doğanın ilk seferde 400 milyon yılda yapabildiğini, bugünk halineyse 4 milyar yılda getirebildiği genomları biz, sadece 120 yıllık genetik bilimimiz sayesinde çoktan üretebilmeye başladık demektir.

Ama sentetik genom araştırmalarında yaygın olarak kullanılan E. coli bakterisi gibi prokaryotların sadece 1 kromozomu var; dolayısıyla onu sentetik olarak üretmek, onlarca kromozoma sahip olabilen daha karmaşık organizmaların genomunu yapay olarak üretebilmeye nazaran görece basit bir hedef. Sadece kromozom sayısı da değil; aynı zamanda zarlı organellere sahip olmadıkları için daha “basit yapılı” olarak görülen prokaryotların tek kromozomunun yapısal düzeni de ökaryotlara (yani zarlı organellere sahip canlılara) göre çok daha tekdüze.

ÜRETMEYİ BAŞARDILAR

İşte Sc2.0 olarak bilinen ve %100 sentetik genoma sahip bir ökaryot üretebilmeyi hedefleyen ve Asya, Avrupa, Amerika ve Okyanusya’dan bilim insanlarını içeren dev bir bilim konsorsiyumu, son 15 senedir yapay genomlu bir maya mantarı üretmeye çalışıyorlar. Şimdi, bu konuda müthiş bir başarıya imza atarak, genomunun yarısı sentetik olan bir maya mantarı (Saccharomyces cerevisiae) üretmeyi başardılar!

Maya mantarları, 16 kromozoma sahip olan ve bira tüketenlerin yakından tanıyacağı bir mantar türü; zira onlar olmasaydı, bira da olmayacaktı. Tabii ki bilim insanlarının amacı bu sentetik genomlu, dolayısıyla insanların istediği niteliklere sahip olabilen canlıları sınırsız bira üretmek için kullanmayacaklar (gerçi şimdi düşününce, bu bilgiden tam da emin değilim). Daha ziyade amaç, inanılmaz yüksek miktarlarda ilaç ve yakıt üretebilmek… Ama her temel araştırma gibi, burada da tek amaç bir “ürün” ortaya koymak değil; çünkü maya mantarının DNA’sını farklı şekillerde değiştirip, hangi kombinasyonlarda mantarın hayatta kalma becerisinin değişmediğini görmek, bilim insanlarının canlılığı ve evrimi çok daha yakından tanımasını sağlıyor. Bu da evrene dair bildiklerimizi katlayarak genişletiyor.

EN UÇ NOKTALARDAN BİRİ

Uzmanlar, şu ana kadar mantarın 6 kromozomunu tamamen, diğer bir kromozomununsa yarısını sentetik olarak üretmeyi başardılar. Ek olarak, bir kromozomu da farklı kromozomlardan alınan bilgilerle sıfırdan inşa ettiler. Bu, biyoloji mühendisliğinin en uç noktalarından biri; ama organizmanın genomunun tamamının sentetik olarak üretilmesi için bilimin sınırlarının daha da çok zorlanması gerekiyor. Neyse ki bu araştırmanın kendisi sırasında öğrendikleri, genomun tamamını sentetik olarak üretebilmek için ihtiyaç duydukları metotları keşfetmelerini sağlıyor. Yani bu, bilimin en muhteşem formlarından biri: Bir şey hakkında daha fazla şey öğrenmeye çalışırken, o şeyi daha iyi anlamanızı sağlayacak araçları da geliştirmiş oluyorsunuz.
İlginç bir şekilde, araştırmanın en temel bulgularından biri, evrimsel biyologların 1 asırdır vurguladıkları bir gerçeğin altını çiziyor: Genomların büyük bir kısmı ya tamamen işlevsiz ya da organizmaya zarar veren parçalara sahip. Yani evrim, “kusursuz” genomu değil, “idare eden” genomu üretiyor. Bunun en net kanıtı, maya mantarının genomunda bulunan ve belli şartlar oluştuğunda genomda dengesizliğe (“instabiliteye”) neden olduğu bilinen, kendini fazlasıyla tekrar eden gen dizileri. Uzmanlar, maya mantarı genomuna tam olarak hükmedebilmek istedikleri için, bu dengesizlik faktörlerini de ortadan kaldırmak istiyorlar. Bunu başardılar da: Bilgisayar simülasyonları yardımıyla tespit ettikleri gereksiz tekrar dizilerini çıkardıklarında, genom çok daha stabil ve kullanışlı hale geldi. Dolayısıyla bu gen dizileri, adeta birer “genom paraziti” gibi davranıyorlar (ama yaygın parazitlerin aksine, tamamen “cansızlar”; hatta gen dizileri haricinde hiçbir yapısal unsurları yok).

TRANSFER RNA

Uzmanların genomdan elemeyi başardığı bir diğer kısımsa, “transfer RNA” (tRNA) olarak bilinen ve protein üretiminde rol alan RNA parçalarını kodlayan gen dizileri. Aslında tRNA, hücre fonksiyonu için olmazsa olmaz; ama evrim, hatasız bir mühendis olmadığı için, bazen bir şeyleri üretebilmek adına ortaya çıkan kombinasyonlar aynı zamanda dengesizlik faktörleri de olabiliyor. Gerçekten de tRNA’yı kodlayan DNA parçaları, genom stabilitesini en çok bozan gen kırıntılarını bünyesinde barındırıyor. Uzmanlar, bu genleri çıkartıp, “neokromozom” adını verdikleri bağımsız bir kromozom ürettiler. Böylece hücre, ihtiyaç duyduğu gen dizilerini yitirmemiş oldu; ama aynı zamanda neokromozoma taşınmış olan tRNA bölgelerinin sebep olduğu dengesizlikler de ortadan kaldırılmış oldu.

Bu projenin şu ana kadar 15 sene almış olması tesadüf değil: Sıfırdan genom inşa etmek ve bu sırada doğru değişimleri doğru şekilde yapabilmek aşırı meşakkatli bir iş. Ama giderek gelişen yapay zekâ ve hesaplama yöntemleri sayesinde bu süreçler de giderek hızlanıyor. Böylece sürecin en çok zaman alan “debugging” (yani “hatalardan arındırma”) işlemleri de giderek daha hızlı bir şekilde yapılabiliyor.

Şu anda, üretilen maya mantarlarının genomlarının yarısı sentetik, yarısı doğal. Hedef, %100 sentetik genomlu maya mantarları üretmek. Bu, tekrar tekrar deneme yanılma gerektiren bir iş; tıpkı evrimin milyarlarca yıl içinde yaptığı gibi, ama çok daha hızlı ve insan zekâsıyla yönlendirilmiş bir şekilde… Bunu başarabilirlerse, sadece genomları ve evrimi daha iyi anlamakla veya sadece ilaç ve yakıt üretebilecek mini-robotlar elde etmiş olmakla kalmayacağız. Aynı zamanda istediğimiz kromozomları istediğimiz canlılara eklediğimizde (veya çıkardığımızda) ne tür sonuçlar elde edebileceğimizi öğreneceğiz. Dahası, daha bu ekleme/çıkarmaları yapmadan sonucu öngörebilmeye başlayacağız. Bu, insanın genom üzerindeki hâkimiyeti konusunda bir devrim olacak.