Virüsten Küçük Viroitler Yaşamın Kökeni mi?

En küçük virüsten bile küçük olan ve patates gibi sebzelere bulaşan viroitler Dünya’da yaşamın kökeni olabilir mi? RNA Dünyası hipotezine göre ilk canlılar genetik kod olarak RNA molekülünü kullanıyordu. Viroitler de çıplak RNA’dan oluşuyor ve virüsler gibi protein kılıfı taşımıyor. Öyleyse 4 milyar yıl önce beliren ilk canlılar viroit olabilir mi? Viroitlerin nasıl bulaştığını ve salgına yol açan yeni bir biyolojik silah olarak kullanılıp kullanılamayacağını görelim.

Viroitler ve virüsler arasındaki fark

Corona virüsü neden çok bulaşıcı yazısında anlattığım gibi Covid 19 pandemisine yol açan bu virüs doğa ürünüdür, insan yapımı değil. Oysa biyolojik savaş için insanlara öldürücü virüs bulaştırmaya gerek yok. Güç odakları patates ve domates gibi sebzelere virüs bulaştırarak da istedikleri ülkelerde açlığa yol açabilirler ama doğa çok daha acımasız; çünkü patateslere virüsten zararlı olan viroitler bulaşıyor.

Her şey 1971 yılında ABD Tarım Bakanlığında çalışan ziraatçı Theodor Otto Diener ile başladı. Diener o güne dek biyologların görmediği yepyeni bir organizma keşfetti ve dünyanın en küçük patojeni olan bu canlıya (?) küçük virüs anlamına gelen viroit ismini verdi.

Ancak viroitler virüs değildir; çünkü virüsler DNA veya RNA’sını bulaştığı hücrenin içinde genetik kodunu kopyalayabilir. Ayrıca virüslerin genetik kodunu korumaya yarayan ve kılık değiştirerek bağışıklık sisteminden saklanmasını sağlayan protein kılıfları vardır. Viroitler ise çıplak RNA molekülünden oluşuyor ve birazdan göreceğimiz şekilde sebzelere farklı bir şekilde bulaşıyor, ama tam da bu yüzden ileride tehlikeli biyolojik silah ya da etkili bir gen tedavisi olabilirler. Sırayla görelim:

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

 

Vioritler ve virüsler arasındaki fark

Diener’in keşfettiği viroitler patateslere bulaşıyor ve onları acılı krema sürülmüş zencefile benzeyen çarpık çurpuk bir şeye dönüştürüyordu. Gerçi patatesleri kırıp geçiren ve viroitlerin yol açtığı iğ yağmuru hastalığı, 1800’lerin ortasında İrlanda’da görülen patates kıtlığı gibi açlık riskine yol açmıyordu. Yine de Amerikalı çiftçiler patates rekoltesini düşüren bu durumun çözülmesini istiyordu.

Tarım Bakanlığı sorunu çözmesi için Theodor Diener ve meslektaşlarını görevlendirdi ki onlar da iğ yağmurunu bir viral hastalık sandılar; ama sonra patojenlerin virüsten küçük olduğu ortaya çıktı. İşte bu çok şaşırtıcıydı! 😮 Viroitler sadece çıplak RNA’dan oluşuyordu. Bu neden önemli derseniz bütün organizmaların çoğalmak için RNA veya DNA’ya ihtiyacı vardır ama tek iplikli RNA en basit olanıdır.

Bu nedenle biyologlar DNA’dan önce RNA tabanlı canlıların evrim geçirdiğini düşünüyorlar. Nitekim RNA genetik kod olarak virüslerin çoğalması için gereken talimatları içerir. RNA’yı mesajcı RNA okur ve bu molekül virüs bulaşan hücrenin içindeki protein fabrikaları olan ribozomlara virüsün yeni kopyalarını yaptırır. Bunun için birkaç bin nükleotid yeterlidir (İnsan DNA’sında 3,2 milyar nükleotid var). Kısacası RNA protein sentezlemekte kullanılan kek kalıbı veya şablon gibi bir şeydir.

Viroitlerde ise sadece birkaç yüz nükleotid var ve mini viroit RNA’sının bulaştığı hücrelerde kendini tek başına kopyalaması imkansızdır. Virüsler de tek başına çoğalamıyor ve bunu hücrelerdeki ribozomları ele geçirerek yapıyor ama hiç değilse virüs RNA’sı kendini kopyalayabiliyor. Oysa viroitlerin ribozom yerine hücrenin RNA polimeraz enzimlerini ele geçirmesi gerekiyor. Peki bu ne anlama geliyor?

İlgili yazı:  İnternetinizi Uçuracak En İyi 10 Modem

 

Hücreyi ninjalıyor

Viroit RNA’sı patates hücrelerine bulaşıyor ve bunların fotosentezle gün ışığından enerji üretmesini sağlayan kloroplast organcıkları veya hücre çekirdeğine giriyor. Hangisinde RNA polimeraz (RNAP) enzimi bulursa orayı geçiyor ve sonra konağın RNAP süreçlerini kullanarak viroit RNA’sını çoğaltıyor. Unutmayın ki viroitlerin protein kılıfı yok ve bu yüzden ribozomları ele geçirmesine gerek bulunmuyor.

Bunun yerine viroit RNA’sı hücrenin RNAP enzimine yapışıyor. RNAP enzimleri, DNA molekülündeki bilgiyi RNA molekülü olarak kopyalayan bir enzim ailesidir. Bu enzimler ribozomlarda RNA parçacıklarını birleştirip ip gibi dizerek hücrenin DNA talimatlarına uygun molekül zincirleri üretirler. RNAP’lar dört farklı RNA türü üretebilir ve viroitlerin çoğalması için bunlardan ikisi gereklidir:

İlgili yazı: Kodlama İçin En Gerekli 16 Programlama Dili

 

Viroitler ve RNAP enzimleri

RNAP enzimleri ya protein kodlayan RNA üretir (mesajcı mRNA) ya da kodlama yapmayan RNA genleri üretir: 1) Taşıyıcı RNA (tRNA), DNA talimatlarının aktarılmasından sonra protein sentezlemeye başlayan ribozomlara aminoasit taşır. Her protein farklı aminoasitler veya farklı aminoasit dizileri kullanır. Bunlar proteinlerin yapıtaşlarıdır ve tRNA inşaat malzemesi taşıyan bir kamyon gibidir.

2) Ribozom RNA’sı (rRNA) ribozomlarda protein üreten enzimdir ve bir inşaat işçisi gibidir. 3) Mikro RNA (miRNA) hücredeki gen aktivitesini düzenler. Genleri veya gen gruplarını farklı kombinasyonlarla etkinleştirir ya da devre dışı bırakır. Hangi genin ne kadar aktif olacağını da belirler (buna gen ifadesi, epigenetik denir). Bir orkestra yönetmeni gibidir.

4) Katalitik RNA (ribozim) aktifleşen genlerin talimatlarına göre RNA parçalarını kesip biçmek ve birleştirmek için gereken kimyasal reaksiyonları hızlandırır. Doping yapan ilaçlar gibidir. Viroit RNA’sı protein kodlayan RNA molekülleri yerine gen kodlayan RNA moleküllerine bulaşır (örneğin ribozimler). Böylece hücreler kendi genlerini kodlamak yerine viroit geni kodlar. Bu da hücrelerin yaşamsal fonksiyonlarını bozarak patateslerdeki iğ yumrusu hastalığı gibi hastalıklara neden olur.

İlgili yazı: Virüsler Canlı mı ve RNA Yaşamın kökeni mi?

 

Viroitler tarımda tehlikelidir

Viroit RNA’sı 170 ila 450 kilobaz veri içeriyor ve yaklaşık 30 viroit türü biliniyor. Bunlar bitkilere bulaşıyor ama sadece bir kısmı avokado güneş lekesi, elma kabuğu yarası ve şerbetçiotu cüceleşmesi gibi hastalıklara yol açıyor. Bazı viroitler meyve kabuğunun lekelenmesi gibi basit zararlara sebep oluyor ama Hindistancevizine bulaşan viroitler bütün bitkiyi öldürüyor.

Bunlar Mars’taki süper ince, zehirli ve aşındırıcı perklorat tuzlarından beter olup her yere giriyorlar: Çiftlik aletleri, tohumlar, polenler ve hatta böceklere bulaşıyorlar. Örneğin yaprakbitleri hasta bitkilerin suyunu çekerken milyonlarca viroit alıyor ve bunları beslenmek için konduğu diğer bitkilere bulaştırıyor. Neyse ki viroitler insana bulaşmıyor.

Virüsler içinde viroitlere en çok benzeyeni ise hepatit D virüsüdür; ama protein kodlayan RNA molekülleri de içerdiği için viroit sayılmaz. Ayrıca bu virüs kendi başına çoğalamaz; ama viroitler hücrelerin genlerini kodlayan RNA’ya bulaştığı için kusursuz bir biyolojik silah olabilirler.

Bu teknolojiye sahip değiliz fakat viroitler gelecekte normal hücreleri kanserojen yapabilir, genetik hastalıklara yol açabilir ve genetik suikastlarda kullanılabilirler. Aynı zamanda kişiselleştirilmiş gen tedavisinde işe yarabilirler. Özellikle de herkesin bünyesi farklıdır bağlamında, epigenetik faktörleri hesaba katmazsak gerçek bir gen tedavisinden de söz edemeyeceğimizi anladığımız zaman (Bkz. DNA testi ile neler öğrenirsiniz). Peki RNA dünyası hipotezine göre viroitler hayatın kökeni olabilir mi?

İlgili yazı: 5 Soruda Paralel Evrenler

 

RNA Dünyası ve ilk canlı

Virüsler yaşamın kökeni mi yazısında virüslerin canlı olup olmadığını ele almıştım. Virüsler çoğalmak için başka canlılara ihtiyaç duyan parazitlerdir. Bu yüzden ilk canlı ailesi olamazlar (neye bulaşacaklar?). Ayrıca virüslerin metabolizması yok ve kendi başına çoğalamıyorlar. Şimdi diyeceksiniz ki “Ama hocam, viroitler de kendi başına çoğalamıyorlar.”

Evet ama 4 milyar yıl önce bu özelliğe sahip olduklarını düşünüyoruz. Asalak haline geldikleri zamansa bu özelliği kaybettiler. Dünya’da karmaşık canlıların ortaya çıkmasıyla birlikte virüs ve viroitlerin tek başına çoğalması da çıkmaza girdi. Küçük ve basit oldukları için diğer canlılarla rekabet ederek ortam kaynaklarını kullanamazlardı. Böylece asalağa dönüşüp her yere bulaşma stratejisi güttüler.

Yine de bütün canlılarının ortak bir atadan gelmesi gerekiyor ki viroitler virüslerden daha basittir. Bu nedenle RNA Dünyası hipotezine göre ilk canlılar onlardır; yani ilk canlılar kendini kopyalayan basit RNA moleküllerinden, salt genetik koddan ibaret olabilirler. RNA’nın kopyalanması aynı zamanda canlının metabolizmasını oluşturacaktır. Bu nedenle canlılık tanımını yeniden yapmamız gerekebilir.

Sonuçta RNA çok özel bir moleküldür. Canlıların kopyalarına ve soylarına kalıtsal olarak aktarılabilir. Aynı zamanda kimyasal reaksiyonlar başlatarak veya hızlandırarak kendini kopyalayabilir. Dolayısıyla en basit canlı türü olabilir. Tabii bugün doğada bunu yapan RNA molekülleri bulunmuyor ve bu yüzden RNA’yı yeni bir canlı türü olarak sınıflandıramıyoruz ama 4 milyar yıl önce belki de tek canlı türüydü.

İlgili yazı: Düz Dünya Teorisini Çürüten 12 Kanıt

 

Viroitlerin kökeni nedir?

Sonuçta DNA çekirdek zarı olan ökaryot hücreler, prokaryotlar (bakteri ve arkeler) ve bazı virüslerde kullanılan bir genetik kod molekülüdür; ama bunun için asalak olmanız, gelişmiş birhücreli veya çok hücreli canlı olmanız gerekir.

DNA hassas bir molekül olup güçlü bir yaşam destek sistemi gerektirir. RNA ise basit ama dayanıklıdır. En basite indiğiniz zaman RNA genetik bilgileri ve protein talimatlarını DNA’dan daha iyi taşır ve gen kopyalamak için çok iyi bir reaksiyon hızlandırıcıdır.

DNA sabit disk sürücüsü ise RNA esnek bir SSD veya flash bellektir. Viroitlerin virüslerden basit olduğunu ve bazı viroitlerin de diğer molekülleri üreten birkaç RNA türünden biri olan ribozim olduğunu düşünürsek bu asalak çıplak RNA’ların ilk canlı olma ihtimali artıyor. Yine de bir sorun var:

İlgili yazı: Evrenin En Büyük Yıldızı UY Scuti mi?

 

Antik dünya ve viroitler

Dünya’da yaşamın cansız moleküllerden ortaya çıktığını savunan abiyojenez teorisine göre ilk canlılar evrimden önce belirdi. Bunun basit bir nedeni var: En temel RNA molekülünün bile bebek dünyanın sığ göllerindeki aminoasitlerin rastgele olarak birleşmesiyle oluşması imkansız. Bunun gerçekleşmesi için trilyonlarca yıl beklemek gerekiyor ve Dünyamız sadece 4,54 milyar yaşında.

Kısacası RNA’yı da bir canlının sentezlemesi gerekiyor. Gerçi “yumurta mı önce geldi yoksa tavuk mu” sorusunun kesin cevabını ayrı bir yazıda anlatacağım ama bu soru RNA için de geçerli: İngiliz biyolog Nick Lane’in abiyojenez teorisine göre ilk canlılar RNA’dan önce ortaya çıktı. İlk canlıların ister RNA olsun ister RNA genetik kodu yoktu.  Özetle yaşam evrimden önce geldi.

Aslında mantıklı: 1) Canlıların evrim geçirmesi için genetik kod gerekir (filogenetik, yani soy genetiği). 2) Genetik kod tek başına ortaya çıkmıyor ve bir canlı tarafından üretilmesi gerekiyorsa ilk canlı genetik kod taşıyamaz. 3) Genetik kodu olmayan canlılar da evrim geçiremez. Bu durumda ilk canlı viroitler olamaz ama viroitler genetik kodu olan ilk canlı olabilir!

Peki ilk canlılar nasıl oluştu ve neye benziyordu? Onu da şimdi okuyabilir ve yaşayan tüm canlıların son evrensel ortak atası LUCA’ya göz atabilirsiniz. İnsan türünün nasıl ortaya çıktığını İlk İnsan Gerçek Adem ve Çoklu Adem: İnsanların birden çok kökü var başlıklarında yazdım. Bilgiye doyamayıp insanlığın geleceğini de merak ediyorsanız 100 yıl içinde nasıl evrim geçireceğiz ve soyumuz ne zaman tükenecek yazılarını okuyabilirsiniz. Anneler gününüz kutlu olsun. 🤗

RNA dünyası hipotezi

¹Viroids: Survivors from the RNA World?
²Virus genome sequence classification using features based on nucleotides, words and compression
³Darwin Inside the Machines: Malware Evolution and the Consequences for Computer Security (pdf)