Virüsler Canlı mı ve RNA Yaşamın kökeni mi?

İnsan DNA’sının yüzde 8’i virüs geni içeriyor. Virüsler de genellikle tek iplikli RNA molekülü taşıyan basit birer protein kılıfıdır; ama basit olduğu için kolay çoğalır ve en tehlikeli hastalık yapıcı organizmalar arasında yer alırlar. Corona virüsü salgınından bildiğimiz gibi parazit virüsler ele geçirdiği hücrenin içinde hızla çoğalıyor:

Kendi RNA’sını hücreye şırınga ederek onu ele geçiriyor ve hemen kendini kopyalamaya başlıyor. Konak hücrenin su torbası gibi patlamasından sonra içindeki virüsler kana karışıp yeni hücreler avlamaya çıkıyor. Peki virüsler canlı mı, yoksa doğal mikroskobik robotlar mı? Tek iplikli RNA en basit genetik kodlardan biri olduğuna göre, virüsler de dünyadaki yaşamın kökeni olabilir mi? 3 virüs teorisinig örelim.

Öncelikle virüs fosilleri nerede?

Virüsleri anlamak için onların bakteriler gibi klasik mikroskobik canlı türleri olmadığını kavramak lazım. Örneğin, 3,5-4 milyar yıl öncesine ait katmanlarda ve stromatolit kayalarında bakteri fosilleri buluyoruz ki bu kayaları bakterilerin oluşturduğunu söyleyebiliriz. Oysa tipik bir virüs bakterilerden 1000 kat küçük ve kırılgandır ki bu yüzden virüsler doğada fosil izleri bırakmaz. Ancak, eski virüslerin genleri insan DNA’sında yaşıyor. Virüslerin canlı türlerinin ve bağışıklığın evrimindeki rolünü görelim.

İlgili yazı: Corona Virüsüne Karşı Baidu Antivirüs Yapay Zekası

 

Virüsler nasıl ortaya çıktı?

Virüsler 4 milyar yıl önce dünyayı ele geçirdi ve bugün her yerdeler. Bırakın insanları, bakterilere bile bulaşıyorlar. Hepsi Corona virüsü gibi hastalık da yapmıyor ama her taşın altından çıkıyorlar. O kadar hızlı evrim geçiriyor ve yeni ilaçlardan farklı iklim koşullarına dek değişime o denli hızlı ayak uyduruyorlar ki çoğalmak için başka canlılara gerek duymasalar; Dünya bir gün yaşanmaz olduğu zaman virüsler de soyu en son tükenen organizma olurdu.

Peki bu nasıl oldu? Ne 30 metrelik dev otçul dinozorlar gibi dünya ayaklarının altında titredi ne de insanlar gibi teknolojinin imkanlarından yararlanarak zirve yırtıcı oldular. Virüsler kendi varlığının farkında bile değiller. Onlar genellikle tek iplikli RNA genetik kodunu taşıyan ve bunu hücrelere enjekte ederek kendini kopyalayan basit birer protein kılıfı.

Öyleyse dünyayı nasıl ele geçirdiler ve canlı türlerinin evrim geçirmesinde nasıl önemli bir rol oynadılar? Bu sorunun yanıtı virüslerin ve yaşamın kökeninde yatıyor: İnsan DNA’sında bulunan eski virüs genleri artık bizi hasta etmiyor. Tersine birçok virüse bağışıklı olmamızın sebebi bu genler ki aynı zamanda, virüslerin son 4 milyar yılda nasıl evrim geçirerek günümüze geldiğini de gösteriyorlar.

Virüsler neden çok başarılı?

Bunun sebebi çok basit olmaları; yani çoğalmak için büyük besin kaynaklarına ihtiyaçları yok. Çoğalmak için yüksek enerjiye gereksinimleri yok ve tek iplikli RNA’dan oluşan basit genetik kodları çok hızlı bir şekilde mutasyon geçiriyor (gerçi ikili sarmal RNA ve DNA içerenleri de var). Bu da değişen çevre şartlarına hızla uyarlanmalarını sağlıyor. Virüs RNA’sı hücre zarı işlevi gören ve virüsün içini dış dünyadan ayıran bir protein kılıfının içinde bulunuyor.

İlgili yazı: Gerçek Adem: ilk insan ne zaman yaşadı?

 

Çok küçükler

Virüsler resimdeki gibi gerçekten küçükler (metrenin birkaç yüz milyonda biri); ama içlerinde en büyüğü olan minivirüsün boyu 500 nanometreye ulaşıyor (1 nm metrenin milyarda biri olduğu için bu da metrenin sadece 50 milyonda biri demek). Bugün ticarileştirilmek üzere olan en küçük bilgisayar işlemcisi 5 nm olduğuna göre (Samsung ve TMSC), minivirüs bu çipten 100 kat büyük demektir! 😮

Siz de diğer resimdeki evrim ağacına bakarsanız virüslerin dünyada hayatın evrim geçirmeye başladığı anda ortaya çıktığını ve o zamandan beri yaşama eşlik ettiğini görebilirsiniz. Bunun sebebi de bütün canlı türlerine bulaşabiliyor olmaları (bakteriler, arkeler ve çekirdek zarı olan ökaryot mikroorganizmaları). Çok küçük oldukları için en eski hücrelerden daha eski oldukları düşünülüyor.

Paleoviroloji

Bilim insanları virüslerin genetik kökeni araştırmak için paleoviroloji, yani eski virüs bilim dalını geliştirdi. Aslında insandan yumuşakça ve bakteriye kadar bütün canlıların genetiğine bakıyor, bunların DNA’sındaki virüs genlerini arıyorlar. Hatta birçok canlının evrimsel yakınlığını taşıdıkları virüs genlerine bakarak anlıyorlar (resimde genleri gösteren bir gen tablosu görüyorsunuz). Paleoviroloji gen bilim denilen ve yapay zeka ile gen sentezi yapmaya başladığımızda hızlanan daldan türüyor.

İlgili yazı: Zamanuzay: Kara deliklerde uzay zaman yer değiştiriyor

 

Virüsler nasıl bulaşıyor ve çoğalıyorlar

Virüslerin mikroskobik enjektörleri var ve konak hücrelere iğne yaparak İçindeki RNA veya DNA’yı hücreye enjekte ediyorlar; ama burada yeni bir detay çıkıyor: Virüslerin önce hücre veya bakteri zarına tutunması ve kenetlenmesi gerekiyor. Bunun için de zardaki özel protein almaçlarını kullanıyorlar.

Bunlar sinyal gönderen moleküllere bağlanıyor ve zarın su geçirmesini sağlamak gibi fizyolojik tepkilere yol açıyor. Hücre zarı hem hücrenin içinden hem de dışından gelen moleküllerle etkileşim kurabiliyor. Öyle ki dışarıdan gelen bir molekülün hücreyi etkilemek için içine girmesi gerekmiyor. Virüsler ise kamuflaj ustalarıdır ve RNA’yı saran protein kılıfları belirli hücrelere tutunmak üzere evrim geçirmiştir:

Kısacası bir virüsün hücreye bulaşmak için ona anahtar-kilit gibi uyması ve zarın kapısını açması gerekir. Hatta AIDS’e yol açan HIV virüsü zar kılıfının yapısı ve almaçlarını o kadar hızlı değiştirir ki insan bağışıklık sisteminin üretebileceği antikor kombinasyonu aşar. Bağışıklık sistemini yenince de AIDS’e yol açar ki virüsün hızla şekil, kılık değiştirmesi HIV aşısı geliştirmeyi zorlaştırmıştır.

Ancak, virüs hücreye girdikten sonra mesajcı RNA’yı kullanarak hücrede protein sentezleyen küçük organlara (ribozom) virüs proteini imal etme talimatını verir. Hücre aynı zamanda çok sayıda virüs RNA’sı da üretir ki gerisini biliyoruz. Hücrenin patlaması ve ürettiği yüzlerce virüsün çevreye saçılması…

İlgili yazı: Kodlama İçin En Gerekli 16 Programlama Dili

 

Viral kalıtıma gelince

Oysa bazen virüs RNA’sı kazara hücre DNA’sına yapışıp kalır. Tümüyle değil ama bazı virüs genleri yapışabilir. Bu durum hücreye yeni virüslere bağışıklık kazanarak hayatta kalmak gibi evrimsel bir avantaj da sunabilir. Böylece eski virüs yeni hücrelerin içinde bir anlamda yaşamaya devam eder.  Bunun için avantaj sağlamaya da gerek yok. Hiçbir artısı olmasa bile viral genler hücreye zarar veren bir mutasyona yol açmıyorsa sonsuza dek DNA’da kalabilirler.

Peki virüs genleri gelecek kuşaklara nasıl kalıyor? Bazen virüs genleri sperm veya yumurta hücrelerine bulaşıyor. İşte o zaman genetik kalıtım yoluyla anneden veya babadan çocuğa geçiyor. Böylece viral genler genetik fosile dönüşüyor ve Dünya’daki 4 milyar yıllık evrim sürecini gösteren kayıtlar bırakıyor.

Bu neden önemli derseniz: Virüsler çok hızlı mutasyon geçirerek hayatta kalıyor. Örneğin halk arasında corona virüsü olarak bilinen ve Covid-19 enfeksiyonuna yol açan SARS-CoV-2, 2003’te görülen orijinal SARS virüsünden türemiştir. Sonuçta virüsler birkaç yüz yıl içinde tümüyle evrim geçirerek tanınmaz hale gelirler; ama insan DNA’sındaki pasif virüs genleri değişmeden kalarak virüsün evrimine ışık tutar.

Şimdi diyeceksiniz ki “Ama hocam, mademki viral genler hızla evrim geçiriyor, öyleyse insan DNA’sında nasıl pasif kalıyor?” Güzel soru ve cevabı insan DNA’sında hapis kalmaları: İnsan genlerinin arasına sıkışan virüs geni artık sadece insan DNA’sı hızıyla, yani bir virüse göre çok yavaş mutasyon geçiriyor. Bu da birkaç yüz milyon yıllık virüs genlerinin en azından kısmi olarak günümüze ulaşması demek.

İlgili yazı: İnternetinizi Uçuracak En İyi 10 Modem

 

Virüslerin yaşını nasıl hesaplıyoruz?

Genetikçiler bunu insan gen haritasını çıkarır ve kök hücre yoluyla gen tedavisi tasarlar gibi yapıyorlar. Farklı canlılardaki virüs genlerini karşılaştırıyorlar. Bitkiler ve hayvanlar çok farklı olduğu için her birini genellikle kendi içinde karşılaştırıyorlar.

İki ayrı memelide aynı virüs geninin bulunması ise bu iki türün ortak bir atadan geldiğini gösteriyor. Virüs genleri oldukça kesin filogenetik bilgiler (gen soyağacı bilgileri) veriyor; çünkü bir canlıya bulaşabilmek için onunla aynı çevreden gelmeleri gerekiyor. Virüs en azından ortak atalarımız kadar eski olmak zorunda. Bir örnek verelim:

Sirkovirüsler köpeklerde mide problemlerine yol açıyor ve araştırmacılar bunların son 500 yıldır aktif olduğunu biliyor. Oysa bu genler kedi ve pandalarda da bulundu. Bu durumda viral genler bu hayvanların son ortak atasından veya daha eskiden kalmış olmalı. Bu da viral genlerin sahibi olan virüsün 68 milyon yıldan eski olabileceğine işaret ediyor: Dinozorların son demlerini yaşadığı Kretase Devrinden kalma bir virüs… Peki ya bilinen en eski virüs ne zaman yaşadı?

İlgili yazı: Ay’a Gitmedik Komplo Teorilerini Çürüten 10 Kanıt

 

Virüsler ne zaman oluştu?

Bildiğimiz en eski virüsler eşekarılarına bulaşan brakovirüslerdir. Bunlar arılar kadar eski olabilir ve bu da bizi 310 milyon yıl öncesine, yani Dünya’daki kömürün ve kısmen de doğal gazla petrol yataklarının kaynağı olan karbonifer devrine götürür. Bunlar 2011 yılındaki verilerdi ama 2009’da en kadim virüslerden birini daha ortaya çıkarmaya başardık:

Memelilerde bulunan CGIN1 geni memelilerin ilk kez ortaya çıktığı yıllara uzanıyor ki bu da 125 ila 180 milyon yıl öncesi demektir. İşin ilginci bu genler de virüslerden değil, onlar arasında bile en eskilerden olan retrovirüs RNA’sından geldi. Bilim insanları bu retrovirüs geninin pasif olduğunu düşünüyor; ama önemi virüs genlerinin insan DNA’sına nasıl bulaştığını gösteriyor olmasından geliyor.

Bunu da günümüzdeki Corona virüsü gibi viral salgınları önlemekte kullanabiliriz. Nitekim bazen virüslerle ilgili pratik bilgiler yetmez. Virüs RNA’sının kökenine uzanan teorik bilgiler de olası atak vektörlerini tespit ederek virüs aşısı geliştirmek işimize yarar. Zaten insan bağışıklığını güçlendirmek için virüslerin kökenini öğrenmek zorundayız; çünkü insan DNA’sının yüzde 8’i viral genler içeriyor!

İlgili yazı: Büyük Patlamada şaşırtan varsayım >> Evren 2 boyutlu başladı

 

Evrimin kökeni

Öte yandan, virüslerin kökeniyle ilgili kanıtlarımız canlı türlerinde bulabildiğimiz viral genlerin ötesinde, türlerin evrimiyle ilgili bilgilerimizle sınırlıdır. Açıkçası kara hayvanlarının ortaya çıktığı kambriyen patlamasından öncesindeki evrim süreciyle ilgili çok detaylı bilgiye sahip değiliz. Bunun en büyük nedeni eski hayvanlarla bitkilerin çok küçük olmasıdır ki bunlardan kalan fosil sayısı sınırlıdır. Ayrıca eski fosiller üzerinde detaylı gen analizi yapmak da imkansızdır.

Dahası çokhücreli canlılardan önce birhücreliler, bakteriler ve arkeler vardı. Bunlar hem hızlı mutasyon geçirdiği için hem de yeterli sayıda fosil bırakmadığı için geçmişte gizli kalıyor. Her durumda virüslerin çoğalmak için diğer canlılara ihtiyaç duyan parazitler olması nedeniyle milyarca yıl önce ortaya çıktıklarını düşünüyoruz. Yine de Dünya’da ortaya çıkan ilk canlı virüsler mi diye sorarsanız. Yanıtı belli değil ve bu hararetle tartışılan bir konu; çünkü virüslerin canlı olduğundan bile emin değiliz.

1. Virüsler ve RNA hipotezi

Bu teoriyi savunanlara göre Dünya’daki ilk genetik molekül DNA’dan çok daha basit olan RNA’dır. RNA 3-4 milyar yıl önce bulunan sığ göllerde ortaya çıktı. Yıldırımlar, göllerdeki zengin besleyici maddeler, enerjik kimyasal çorba, sıcak su kaynakları ve hatta Güneş’in morötesi ışınları basit moleküllerin birleşerek RNA’yı oluşturmasını sağladı. İlk canlılar da virüsler oldu. Hatta bazı tanımlarda canlılıkla cansızlık arasındaki geçiş noktası gibi görülmeleri buna bir kanıt olabilir.

İlgili yazı: Dünyada 12 Metrelik Eksen Kayması Oluştu

 

2. Virüslerin kaçış hipotezi

Bu teori tam tersini söylüyor. Öyle ki virüs genleri aslında canlıların DNA’sından dışarı çıkan genlerden türemiştir. Sonuç olarak insan DNA’sının hücreler çoğalırken kendini kopyalaması, hücrelerin yaşaması için gereken talimatları hücre içinde iletmesi ve zararlı mutasyonlarla kopyalama hatalarına karşı kendini onarması gerekiyor.

Dolasıyla DNA’mızda kendini kesip kopyalayabilen ve yapıştırabilen genler var. Hatta hücrede çekirdek zarında bulunan DNA’nın genetik talimatlarını mesajcı RNA ile ribozomlara iletiyor ve onların protein molekülleri imal etmesini sağlıyor. Peki ya milyarlarca yıl önce bir canlının mesajcı RNA’sı bir mutasyon sebebiyle değişip kendine protein kılıfı yaparak hücreden kaçmış ve Dünya’nın ilk virüsü olmuşsa?

Özellikle de matematikçi Jermy England’ın evrim termodinamik yasalarından türer teorisi ve biyolog Nick Lane’in Yaşam Neden Var kitabında öne sürdüğü üzere, yaşam evrimden önce ortaya çıkmıştır teorisi doğruysa bu hipotez kulağa çok mantıklı geliyor.

Tek iplikli RNA bile eski dünyanın kimyasal reaktör işlevi gören havuzlarında kendiliğinden ortaya çıkamayacak kadar karmaşık bir moleküldür. Bu sebeple virüsler ister canlı kabul edelim ister robot, ancak ilk canlılar cansızdan türedikten sonra ortaya çıkmış olabilirler fakat virüslerin kökeniyle ilgili bir teorimiz daha var:

İlgili yazı: Renk Körlüğünü Düzelten Gözlük EnChroma

 

3. Mini virüs teorisi

Biyologlar 2003 yılında dünyanın en büyük virüsü olan minivirüsü keşfettiler. Zaten dev gibi olmasının nedeni çevreye bulaşmak için bakteri kılığına girmesiydi ve biz de bazı minivirüs rekortmenlerinin 750 nanometre boyunda olduğunu biliyoruz. Hatta bazılarının boyu bakterilerden büyük oluyor, ama sadece amiplere bulaştığından biz insanlar için tehlikeli değiller.

Bilim insanlarının minivirüsleri mercek altına almasının sebebi ise birçok virüste protein sentezlemeye yarayan genler olmasıdır. Oysa virüsler başka canlıların içinde çoğalırlar ve protein kılıflarını da bulaştıkları hücreler üretir. Öyleyse protein sentezleme genleri virüslerde ne arıyor? Biyologlara göre eskiden virüsler dev gibiydi, daha karmaşık canlılardı ve daha çok bakteriye benziyorlardı.

Buna göre virüsler eskiden asalak değildi ve suda tek başına yaşıyordu; ama bir gün diğer bakterilerle ortakyaşarlık geliştirdiler ve onların içinde yaşamaya başladılar. Ancak, zamanla yaşamak için içinde bulundukları bakteriye gittikçe daha fazla muhtaç olmaya başladılar. Bunun sebebi mutasyonlardı ve virüsler basitleştikçe artık gereksiz hale gelen genlerini de RNA’dan silmeye başladı.

Sonunda virüsler başka canlılara bulaşarak çoğalan parazitlere dönüştüler. Bugünkü dev virüsler ise eskinin bağımsız virüslerinden günümüze pek değişmeden kalan örneklerdir. Ancak, virüslerin protein genlerine sahip olması virüslerin kaçış hipotezini de destekliyor ve bu konudaki tartışmalar sürüyor. Diğer itiraz ise gerileme hipotezi yanlılarından geliyor: Buna göre nasıl ki viral genler konak organizmaya bulaşabiliyor, konak organizmanın bazı genleri de minivirüslere bulaşmış olabilir.

İlgili yazı: Neden Hala Kansere Çare Bulamadık?

 

Virüsler canlı mı?

Biyolojide canlıların cansızlardan geldiği şeklinde özetlenebilecek abiyojenez teorisinin son zamanlarda kabul görmesiyle birlikte, ilk canlıların RNA ve retrovirüslerden türediği hipotezleri de geçerliliğini yitiriyor. Oysa virüsler için geriye kalan son bir soru var: Bırakın ilk canlıyı, virüsler canlı mı?

Virüsler genellikle canlı kabul edilmiyor; çünkü kene gibi klasik parazitlerin tersine, sadece beslenmek ve çoğalmak için değil bizzat bedenlerini üretmek için (protein kılıfı) bakterilerle başka hücrelere bulaşmak zorundalar. Teknik ifadesiyle yaşamak için gereken enerjiyi kendi bünyesinde üretmiyor ve iç işleyişlerini kontrol edemiyorlar.

Bu da geleneksel canlı tanımının kapsamına girmiyor. Öte yandan, virüsler diğer canlılarla birlikte ve onların içinde evrim geçiriyor. Hatta RNA enjeksiyonu yoluyla evrim sürecini de hızlandırıyor (ki bağışıklığın evrimini hızlandırdıklarını yukarıda gördük).

Bütün bu sebeplerle virüslere cansız doğal, organik ve mikroskobik robotlar diyerek işin içinden çıkmak mümkün olmuyor. Sonuç olarak biyologlar virüsleri yarı canlı sınıfına sokuyor. Bu da gerçek bir türler sınıflandırması (taksonomi) terimi değil. Sadece biz virüslerin ne olduğuna karar verene kadar kullanacağımız bir isim.

İlgili yazı: İnsanlar Gelecek 100 Yılda Nasıl Evrim Geçirecek?

 

Virüslerde sonsöz

Her durumda virüslerin evrim geçirdiğini biliyoruz ve hem insanların evrimini anlamak hem de Corona virüsü gibi patojenlere karşı bağışıklığı geliştirmek için virüslerin canlılar dünyasındaki yerini anlamamız gerekiyor. Bunlar canlı olmasa bile canlılarla nasıl bir ilişki içinde olduklarını öğrenmeliyiz.

Peki GDO retrovirüslerle kanser tedavisi geliştirmeye çalıştığımızı biliyor musunuz? Onu da şimdi okuyabilir ve RNA yoluyla nasıl genetik hafıza transferi yaptığımıza bakabilirsiniz. DNA testi ve kök hücre tabanlı gen tedavisi ile bağışıklık sistemimizi güçlendireceğimiz sağlıklı günler dilerim.

Virüse karşı bağışıklık savaşı

¹What Does Virus Evolution Tell Us about Virus Origins?
²Viruses and cells intertwined since the dawn of evolution
³The origins of giant viruses, virophages and their relatives in host genomes
⁴Paleovirology: inferring viral evolution from host genome sequence data
⁵Paleovirology – Ghosts and gifts of viruses past
⁶New coronavirus stable for hours on surfaces