"Enter"a basıp içeriğe geçin

Yapay DNA Kodlandı! | DNA Haritam | Dna Testi

Bilim insanları ilk kez bilgisayarla yapay bakteri DNA’sı yazdılar. Yapay DNA kök hücre tedavisi için gen aşısı yapmak, “elektrik yiyen” bakterilerle temiz biyoenerji üretmek ve sentetik biyoloji ile sıcak iklimlerde yetişen buğday geliştirerek açlığı önlemekte kullanılacak. Peki yapay bakteri DNA’sını nasıl yazdık ve yapay yaşam üretmeye ne kadar kaldı?

YAPAY BAKTERİ GELİYOR

Geçen hafta başında biyologlar sentetik biyoloji alanında büyük ilerleme gerçekleştirdiler ve bilgisayarla ilk kez yapay bakteri DNA’sı (genomu) yazdılar. Genom bir organizmanın tüm gen seti demek ve bunun önemine gelince:

Bugüne kadar yapay olarak DNA parçaları ve genler yazıyorduk. Ancak, ilk kez bir canlının tüm gen setini bilgisayarla üretmiş bulunuyoruz. Canlıların genetik kodunu içeren çifte sarmal DNA molekülünü düzenleyerek elde ettiğimiz bu gen setine yapay genom diyoruz. Yine de henüz gerçek bir yapay bakteri üretmedik ama bu hedefe gittikçe yaklaşıyoruz.

Nitekim aşağıda göreceğimiz gibi, bilim insanları yapay DNA için doğal bakteri genomunu baz aldılar ve bunun çok daha az sayıda gen içeren kısa versiyonunu bilgisayarla yazdılar. Neden kısa olduğunu anlatacağım ama önce sentetik biyoloji hakkında bilgi verelim:

BAKTERİ 2.0

Sentetik biyoloji plastik, metal ve kauçuktan yapay canlı üretmek değildir. Bu nedenle konuyu insana benzeyen robotlarla karıştırmayalım. Ancak, mevcut canlıların genetiğini değiştirerek veya bilgisayar yoluyla doğada bulunmayan yapay genomlar yazarak kanlı canlı yeni organizmalar üretmeye sentetik biyoloji diyoruz.

Bunu nden yapıyoruz derseniz çok sebebi var: Örneğin insanlarda kanseri, diyabeti, kalp-damar hastalıklarını, Alzheimer’ı iyileştirmek ve körlüğü gidermek için kök hücre tedavileri geliştiriyoruz. Bunun için de insan vücuduna gen aşısı yapıp hasarlı DNA’yı düzeltmemiz gerekiyor.

Sentetik biyolojiyle hastalık yapan bakterileri alıp DNA’sını yeniden yazıyor ve onları gen aşısı yapan faydalı bakterilere dönüştürüyoruz. Küresel ısınmaya bağlı iklim değişikliği yüzünden artan sıcakta yetişen GDO buğday üretmek ve böylece sıcak iklimlerde tarımsal üretimi artırıp açlık tehlikesini önlemek için yine sentetik biyoloji kullanıyoruz.

Son olarak sentetik biyolojiyi endüstride kullanıyoruz: İpekböceklerinin DNA’sını değiştirip çelikten sert ve iplikten hafif örümcek ipeği üreterek vinçlerde çelik kabloların yerine kullanmak, ekmek mayasını elimize sürünce parfüm gibi güzel kokmasını sağlamak, bakterilerin ateş böceği gibi ışık saçmasını sağlayarak doğal gece lambası üretmek için yapay DNA yazıyoruz.

Sentetik biyoloji CRISPR gen makasıyla çalışıyor. Gen makası DNA’yı hızla ve toplu olarak değiştirmekte kullanılıyor.

NEDEN GEN MÜHENDİSLİĞİ DEĞİL?

Bunun nedeni genetik bilgimizin yetersiz olması: Yapay zeka yazılımları ve DNA sentezleme makinelerini kullanarak doğanın 4,3 milyar yıllık evrim sürecinde türettiği doğal DNA gibi güçlü bir genomu yapay yoldan yazamıyoruz.

Yapay DNA kanserojen olabiliyor. Dahası organizma sakat doğuyor, kısa ömürlü oluyor ve çabuk yaşlanıyor. Oysa mevcut bir bakteriyi alıp biyolüminesans yoluyla gece lambası olarak odada ışık saçmasını sağlamak çok daha kolay. Böylece hem DNA yazmayı öğreniyor, hem temiz biyo-ışık üretiyor, hem de elektrikli lamba kullanmadığımız için küresel ısınmayı yavaşlatıyoruz.

İşte bu bağlamda, Zürih Federal Teknoloji Enstitüsü (ETH Zurich) Deneysel Sistemler Biyolojisi bölümünden Profesör Beat Christen ve aynı kurumun kimya bölümünden Matthias Christen, tatlı suda yaşayan Caulobacter ethensis bakterisinin DNA’sını baz alarak bilgisayarla yapay genom yazdılar: Caulobacter ethensis 2.0.

Farklı baz dizileri aynı geni kodlayabilir. DNA editlemek için epigenetik kodlarla genetik kodları ve protein kodlayan genleri birbirinden ayırmamız ayırmamız gerekiyor.

YAPAY BAKTERİ TASARIMLARI

Bilim insanlarının asıl amacı doğal bakteri DNA’sı gibi protein sentezleyen, böylece gelecekte yapay bakterileri yaşatabilecek olan; ama aynı zamanda doğal bakterilerden çok daha az sayıda gen içeren bir DNA yazmaktı.

Böylece sadece Caulobacter ethensis bakterisinin yaşaması için gereken genleri aldılar (minimum genom) ve 4000 bakteri genini 676’ya indirdiler. Bunun dışında, hücre bölünmesinde gen kodlamayan, ama DNA üzerinde gerçek genleri birbirine bağlayan molekül dizilerini de aldılar. Böylece toplam 785 kilobaz gen (785 bin baz çifti) içeren bir yapay genom ürettiler.

Karşılaştırma açısından, insan DNA’sı yaklaşık 3 milyar baz çifti, 46 bin 831 gen ve bunların içinde yaklaşık 20 bin protein kodlayan gen (yaşamak için minimum genom) içeriyor. Zaten biz de bu yüzden sentetik biyoloji kullanıyoruz:

Sentetik biyoloji aynı zamanda öte gezenlerde uzaylıların nasıl evrim geçirdiği ve ortaya çıktığını anlamamızı da kolaylaştırabilir.

ZORAKİ SENTETİK BİYOLOJİ

Aslında bilim insanları sadece doğal bakteri DNA’sını kısaltarak minimum genoma indirmek istiyordu. Sonuçta kısa genomları kullanarak hangi genlerin kansere yol açtığını bulmak ve bunları gen aşısı ile tedavi etmek çok daha kolay.

Ancak, biyologlar doğal bakteri DNA’sını bilgisayarla kısaltmayı başaramadıklarını gördüler. Bunun sebebi de farklı baz harflerinin (kodon) aynı amino asitleri kodlamasıydı. Peki bakteri DNA’sındaki genleri hangi baz harfleri kodluyordu? Bunu sadece doğal DNA’ya bakarak anlamaları imkansızdı.

Böylece bilgisayara başvurdular. Bilgisayar da gen simülasyonu yazılımları kullanarak potansiyel kodonlardan yarısını elimine etti ve bakteri DNA’sında minimum genomu oluşturan 676 geni kendi tahmin ettiği baz harfleriyle kodladı.

YAPAY BAKTERİ İŞE YARADI MI?

Evet. 4000 genlik tam gen setini yapay yoldan kodlamak yerine, sadece 676 geni kodlayan biyologlar genlerdeki zararlı mutasyonları önlediler. Böylelikle özet DNA içeren Caulobacter ethensis 2.0 bakterisi var olsaydı, bu bakterinin en azından laboratuarda çoğalmasına izin verecek olan bir yapay genom ürettiler. Ancak bunu anlamak için epigenetik ve genetik arasındaki farkı görmemiz lazım:

Sentetik biyoloji ile GDO bakteriler yaratabilir ve bunların insan vücudunda ömür boyu kişiye özel aşılar ile ilaçlar geliştirmesini sağlayabiliriz. Ömür boyu bağışıklık.

EPİGENETİK FAKTÖRLER

Sonuçta Caulobacter ethensis’in 4000 genden oluşan tam genomu, doğada gen sayısını gereksiz yere artıran evrimsel bir israf değil: DNA’daki bazı harfler bizzat genleri kodlarken, diğerleri ise bu genlerin hangi şartlarda aktive olacağını ve ne kadar etkili olacağını kodluyor.

Biz de genlerin yapısal planına genetik ve çalışma planına da epigenetik diyoruz. Epigenetik; bir canlının hastalıklara, sıcağa-soğuğa ve hızla değişen diğer ortam şartlarına kısa sürede adapte olmasını sağlıyor. Yararlı mutasyon geçirme şansını da artırarak evrim sürecine katkıda bulunuyor.

Öte yandan, biyologlar gerçek bir bakteri üretmek yerine, gen tedavisinde kullanmak üzere yapay DNA yazma tekniklerini geliştirmek istiyor. Bunun için de doğal genomdaki epigenetik dizileri protein kodlayan genlere zarar vermeden silmeleri gerekiyor.

Oysa doğal genoma sadece insan gözüyle bakar ve epigenetik dizileri tahmin yoluyla silmeye kalkarsak DNA’yı kısaltmak yerine genoma hasar verebiliriz. O zaman da elimizde gerçekten çalışan bir yapay DNA kalmaz. Bilim insanları bunun için bilgisayara başvurdular.

Yapay zeka bize nasıl canlılar tasarlayacak?

YAPAY ZEKADAN YARDIM ALDILAR

Biyologların işini zorlaştıran bir nokta da 4000 genlik doğal genomdaki bütün harf dizilerini tanımıyor olmamızdı. Yukarıda belirttiğim gibi, farklı harf dizileri aynı genleri kodlayabiliyor. Biz de bu yüzden DNA’daki hangi dizilerin epigenetik diziler ve hangilerinin de protein kodlayan genetik diziler olduğunu bilemiyorduk. İşte bu yüzden DNA’yı sadeleştirmek için yapay zeka kullandık.

Sonuç olarak yapay zeka kendi gen analizini yaparak ve kendi tahminlerini yürüterek bakteri DNA’sındaki epigenetik kodları genetik kodlardan ayırdı. Aslında orijinal DNA üzerindeki 120 bin nükleotid üzerinde değişiklik yaptı ve gereksiz olduğuna karar verdiği harf dizilerini silerek sadece protein kodlayan genlerden oluşan kısaltılmış bir genom sentezledi.

Böylece biyologlar yeni genomu laboratuarda 3-4000 baz çiftinden oluşan kısa diziler halinde sentezlediler. Sonra bunları birleştirerek bağlantı molekülleriyle birlikte toplam 785 bin baz çiftinden oluşa yapay genomu ürettiler.

YAPAY BAKTERİ TEST EDİLDİ VE ONAYLANDI

İsviçreli araştırmacılar yeni genomu bilgisayar simülasyonu ile test ettikleri zaman en azından laboratuarda çalışacağını gördüler:

Evet, 4000 yerine 676 genden oluşan minimum genomu çekirdek DNA’sı çıkarılmış bir bakteriye yerleştirerek Caulobacter ethensis 2.0 üretselerdi, epigenetik adaptasyon yeteneğinden yoksun bu bakteri doğada fazla yaşamazdı. Ancak, en azından kontrollü laboratuar ortamında yaşardı.

Sentetik biyoloji ile doğal bitkilerden 5 kat verimli çalışan yapay yaprak üretebiliriz. Yapay yapraklar ve biyonik bitkiler akıllı telefonları şarj edebilir, oksijen ve hidrojen yakıtı üretebilir. Böylece elektrikli araçlar için pillere alternatif olan hidrojen yakıt hücrelerini doldurabilir.

YAPAY BAKTERİ NEDEN BÜYÜK BAŞARI?

Aslına bakarsanız bunun sentetik biyoloji açısından büyük başarı olmasının temel sebebi yukarıda anlattığım teknik detaylar değil. Asıl sebebi eskiye göre çok daha hızlı ve ucuz olarak DNA sentezliyor olmamız.

11 yıl önce bilim insanları başka bir bakterinin DNA’sını yapay olarak sentezlediler; ama bunun için 20 genetik bilimcinin 10 yıl çalışması ve 40 milyon dolar harcaması gerekti. Üstelik yapay DNA yazmadılar. Sadece mevcut genomu makinede kopyaladılar.

Oysa bu kez bakteri genomunu yapay zeka ile kısalttık, baştan yazdık ve sentezledik. Hem de sadece 1 yıl içinde, 13 genetikçiyle ve 120 bin dolar harcayarak başardık. İşin acemisi olmamıza karşın yapay genom yüzde 81,5 oranında doğru çalıştı ve ilk deneme için bu harika oldu.

KAYBIN NEDENİ

DNA’nın yüzde 18,5 oranında hatalı olmasının nedeniyse genetikçilerin önemsiz olduğunu düşündüğü genlerin aslında protein kodlayan genler olmasıydı. Bundan sonraki aşama ise yüzde 99 oranında doğru çalışan yapay genom tasarlayıp tümüyle sağlıklı yapay bakteriler üretmek.

Sentetik biyoloji sakat doğumları ve genetik hastalıkları önlemek bahanesiyle tasarım bebekler ve süpermenler yaratmakta kullanılabilir.

PEKİ NEDEN?

Sentetik biyoloji araştırmalarını kök hücre tedavisi geliştirmenin, küresel açlığı önlemek için küresel ısınmaya dayanıklı tahıllar türetmenin ve organik parfümler üretmenin ötesinde de kullanabiliriz. En basitinden:

1) Böcek ilaçlarına dayanıklı bitkiler yerine, böcek ilacının öldürdüğü haşereye dayanıklı olan bitkiler üretebiliriz. Örneğin, elmalarda daha az böcek ilacı kullanırız ve böcek ilaçlarındaki kimyasal maddelerin, otuz yıllık ömründe çok sayıda elma yiyen insanlarda birikimli olarak kanser riskini artırmasını önleriz. Kısacası GDO tekellerinin belini kırarız.

2) İlaç şirketlerinin kimyasal yollarla pahalı ilaçlar üretmesinin önüne geçeriz. Bunun yerine, herkesin bünyesine uygun özel ilaçları genetiği değiştirilmiş bakterilerin içinde üretiriz. Hatta yanal gen transferine dayalı zararlı mutasyon riskini önlersek bu bakterileri insanlara enjekte edebiliriz. Onlar da her yıl vücudunda yeni grip aşıları üreterek gribe ömür boyu bağışıklı olabilirler.

Yakın gelecekte fillerin kaçak avlanma ve aşırı sıcaklar yüzünden soyunun tükenmesini önlemek için sentetik biyoloji yoluyla gen değişikliği yapabiliriz. Böylece hem filleri değiştirerek buzul çağında soyu tükenen mamutları klonlarız (orijinal mamut olmasalar da fil-mamut melezleri ortaya çıkar), hem de fillerin mamut melezine dönüşmesiyle onların Rusya gibi soğuk ülkelerde, avcılardan uzakta yaşamasını sağlarız.

YAPAY BAKTERİ VE SALGIN HASTALIKLAR

Ancak, bakterilerin zararlı mutasyonlar geçirerek dünya nüfusunun yüzde 99’ını öldürecek bir süper veba yaratmasını da önlemeliyiz.

Ayrıca insanlarda kanseri iyileştirmek yerine daha çok kanser tetiklemesi tehlikesini önlemeliyiz. Kısacası yapay bakterilerin insan vücudunda, laboratuarda, havada ve suda DOĞAL yollardan mutasyon geçirerek tehlikeli hastalıklara yol açmasına engel olmak zorundayız.

Küresel ısınmaya bağlı iklim değişikliğinde canlıların soyunun tükenmesini önlemenin bir yolu da onların değişen şartlara adapte olması için genetik değişiklik yapmak; ama o zaman da bu canlılar eski orijinal canlılar olmayacaklar. Yine de soy tükeniş yerine yapay evrim elimizdeki tek seçenek olabilir.

HASTALIK DEMİŞKEN

Sentetik biyolojinin ölümcül biyolojik silahlar geliştirmekte kullanılmasına mani olmamız gerekiyor. Neyse ki devletler bakterilerin genetiğini değiştirmeyi yasalarla sınırlandırıyor. Hatta o kadar sıkı düzenlemeler yapıyor ki çoğu zaman sentetik biyolojinin gelişmesini baltalıyor.

Bunun dışında sentetik biyoloji ile geliştirdiğimiz bakterileri, laboratuar dışında yaşamasını önleyecek genetik değişikliklere uğratıyoruz. Örneğin, sadece laboratuarda bulunan özel bir şekerle beslenecek şekilde dizayn ediyoruz. Böylece deyim yerindeyse pencereden kaçsalar bile bahçede çoğalamıyorlar.

Yine de gelecekte sentetik biyoloji teknikleriyle üretilecek olan yapay bakterilerin doğada tehlikeli bir mutasyon geçirme şansı her zaman var. Bu da insanları etkileyen bir hastalık olmasa da buğday kıran, besi hayvanlarını öldüren ve böylece ekolojik dengeyi bozan başka bir salgın hastalık olabilir.

Uzay Yolu’nun 60’lardaki ilk dizisinde Kaptan Kirk’ün düşmanı olan Khan Noonien Singh, Hitler tarzı ari ırk ülküsüyle genetik olarak tasarlanmış bir süper insandı. 1996 yılındaki Öjenik Savaşlar sırasında Dünya’yı ele geçirmeye çalışan, ancak yenilen süper zeki Khan, kendini dondurarak uzaya kaçmış ve Kirk tarafından kurtarıldıktan sonra Atılgan’ı ele geçirmeye çalışmıştı. Sentetik biyoloji hem insanlığı kurtarabilir hem de en büyük ırkçı kabuslarımızı gerçekleştirebilir.

ETİK DAVRANMALIYIZ

Genetik bilimciler bugüne dek standart tıp etiği çerçevesinde hareket ettiler. Ancak, gelecekteki sağlık risklerini önlemek için yeni yasal düzenlemeler gerektiğini kendileri de ifade ediyorlar. Bu konudaki en büyük risklerden biri de genetiği değiştirilmiş süper insanlar yaratmak.

Bunlar normal insanlardan daha hızlı koşan süper atletler veya süper zeka dehaları olabilir. Her durumda GDO insanlar toplumda yeniden genetik ırkçılık başlatarak Hitler’in ari ırk kabusunu geri getirebilir. Bunun için de sentetik biyolojinin gen tedavisi ve beden hacklemede doğru kullanılmasına dikkat etmemiz gerekiyor.

Siz de bu riskleri değerlendirmek ve insanlığın genetik geleceğini görmek için Aşkın İnsan Üstün İnsana Karşı yazısını okuyabilir ve süper zeka aynı zamanda süper ahlaklı olur mu sorusunun cevabını arayabilirsiniz. Bu arada, sentetik biyoloji ürünü olan yapay yaprak ve biyonik bitkilerle insanlığın temiz enerji ihtiyacını nasıl karşılayacağımıza da ayrıca göz atabilirsiniz.

Kaynak:

Diğer gönderilerimize göz at

[wpcin-random-posts]

İlk Yorumu Siz Yapın

Bir yanıt yazın

E-posta adresiniz yayınlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir