DNA Alfabesini Nasıl Yeniden Yazıyoruz?

DNA alfabesini değiştirerek tasarım bebekler ve yapay evcil hayvanlar üretebilir miyiz? Genetik hastalıkları nasıl tedavi ederiz? Peki tasarım bebekler etik mi ve gen tedavisi DNA’yı yozlaştırır mı? İnsan DNA’sı sanıldığı kadar temiz değildir. Belki yaşlanmayı geciktiren veya virüs genleri olan Çöp DNA var ve bir de bu yazıda söz edeceğimiz ihtiyaç fazlası DNA… Nitekim sakat doğumlar DNA’mızın kusurlu olduğunu gösteriyor. Hatta yaşlılıktan kaynaklanan ölümlerin ana sebebi, doğuştan getirdiğimiz genetik kusurların yaşlandıkça organ yetmezliğine dönüşmesidir.

Genetik tedavi neden gerekli?

Örneğin babamın 2017’de inme geçirmesinin sebebinin kalbinde doğuştan gelen bir deformasyon olduğunu öğrendik. DNA’daki bir hata atriyal fibrilasyona yol açmıştı ki bu en sık görülen kalp ritim bozukluğudur. Babamın rahatsızlığı genetik kusurlardan kaynaklanıyor. Bilim insanları işte bu sorunları önlemek için genetik kodumuzdaki ihtiyaç fazlası bölümleri kullanarak DNA’yı yeniden yazmak istiyor.

Böylece DNA’ya sıfırdan yeni bölümler ekleyip radikal gen tedavisi yapmadan, yani bir yeri düzelteyim derken başka yeri bozmadan, kalıtsal ve kanser gibi genetik hastalıkları önleyebilecekler. Peki ihtiyaç fazlası yoz DNA nedir ve nasıl çalışır? Bunu genetik tedavide nasıl kullanırız? İhtiyaç fazlası DNA ile tasarım bebekler ve yapay hayvanlar mümkün olacak mı? Hemen görelim:

İlgili yazı: Kodlama İçin En Gerekli 16 Programlama Dili

 

DNA alfabesi nedir ve nasıl çalışır?

İhtiyaç fazlası nükleotidlerle DNA alfabesini değiştirerek canlılara yeni özellikler ekleyebilirsiniz. Teorik olarak kedi–köpek kırması gibi yapay hayvanlar üretebilirsiniz. Kısacası GDO gıdaların çok daha ileri formlarını yaratırsınız. Bunun dışında miyobu önlemek ve her türlü hastalığa karşı gen tedavisi uygulamak, hatta zihinsel ve bedensel olarak daha güçlü bireyler tasarlamak mümkündür. Yine de bu saydıklarım birer potansiyel ve bugün yapabileceğimizin en iyisi sınırlı kök hücre tedavisidir.

Peki nasıl gen tedavisi yaparız? Bunun için iki iplikli bir sarmal olan DNA’nın yapısına kısaca bakalım. Hücrelerin DNA’daki genleri okuyarak nasıl yeni proteinler sentezlediğini görelim. İnsan DNA’sı adenin (A), sitozin (C), timin (T) ve guanin (G) olmak üzere 4 baz içerir. Buna genetik alfabenin harfleri de diyebilirsiniz. Bazlar DNA ipliklerinin arasında birleşerek bir sarmal merdivenin basamaklarına benzeyen baz çiftleri oluştururlar.

Genetik alfabemiz 4 harflidir ama bunlar çok sayıda sözcük (gen parçası) ve söz (farklı) genler üretir. Bütün esprisi de baz çiftlerinin hangi bazları içerdiği ve bunların nasıl dizildiğiyle ilgilidir. Ayrıca hemen tüm insan hücrelerinin çekirdek DNA’sı vardır. Bu DNA, hücrelerin işlevini ve ne tür proteinlerle enzimler üreteceklerini belirler. Kanda oksijen taşıyan alyuvarlar ve bağışıklık hücresi akyuvarlar gibi… Hücre bir protein yapacağı zaman DNA’nın ilgili kısmı fermuar gibi ikiye ayrılır.

DNA’nın kopyalanması

Ardından mesajcı RNA (mRNA) ilgili gen dizisini üzerine yazar. Tek farkı mRNA’nın T yerine U, yani urasil bazını kullanmasıdır. Ardından mRNA gen yönergelerine hücre içindeki bir organcık ve protein fabrikaları olan ribozomlara taşır. Ribozomlar mRNA’yı üçer bazlı gruplar halinde okur. Biz de bunlara dizgi veya genetik kodun Grekçesinden türeterek kodon deriz. Bunlar da Aminoasit dediğimiz ve insan bedeninin işleyip yaşaması için gereken aminoasit moleküllerinin yapıtaşlarını oluşturur.

Ribozomlar mRNA dizgisini taşıyıcı RNA (tRNA) ile okur. mRNA uyarınca dizgileri belirli sıra ve uzunlukta dizerek ilgili aminoasidi, hatta aminoasit dizisini üretir. Gereksiz uzunlukta moleküller üretmemek için mRNA’nın nokta koyduğu yerde durur. Proteinler farklı aminoasit zincirlerinden oluşur. Nitekim hücrelerimiz 20 farklı aminoasit üreterek bedenimizdeki her şeyi oluşturur. Pekala, buraya dek en temel genetiği gördük. Peki ihtiyaç fazlası DNA nedir?

İlgili yazı: Evrenin En Büyük Yıldızı UY Scuti mi?

 

DNA alfabesini 21 sinyalle okumak

İnsan bedeninin gereksinim duyduğu bütün proteinleri üretmek için 20 genetik sinyal, yani 20 farklı dizgi (kodon) yeterlidir. Bu da ribozoma dur diyen sinyalle 21 aminoasit eder… Oysa DNA’da 64 dizgi var! Resme bakarsanız 64 basit aritmetik toplamıdır. Her dizgi ayrı bir aminoasit oluşturur ve üç baz içerir. DNA’mızda 4 farklı baz olduğuna göre, toplam baz birleşimi 4³ = 64 eder. Peki neden bize 21 aminoasit yeterken DNA’mız 64 farklı aminoasit üretecek kapasiteye sahiptir?

Öncelikle DNA aynı aminoasidi en az iki farklı dizgiden sentezlemeye imkan verir. Yine resme bakın. Tirozin, serin, lösin ve arginini resimdeki gibi farklı şekilde kodlayıp dizebilirsiniz. Aslında tirozin hariç diğerlerini 6 farklı birleşimle sentezleyebilirsiniz! İhtiyaç fazlası DNA’dan kastımız budur ama blogda kibarlık yaptım… Bilim insanları bunun yerine yoz (dejenere) DNA terimini kullanıyor. Gen tedavisi DNA’yı yozlaştırır mı sorumuz buradan çıkıyor. Yoz DNA’nın kötü bir şey olduğunu düşünebilirsiniz ama sanıldığı kadar kötü değil; çünkü ek bazlarla farklı proteinler kodlamak mümkündür.

Tabii önce DNA’nın neden yoz dizgiler sakladığını açıklayalım. Bir kez olsun lastiğiniz patladığı için yolda kaldıysanız bunu biliyorsunuz. Yedek lastik sizi acil dertlerden kurtarabilir! DNA da ihtiyaç fazlası dizgilerle yedekli gidiyor. Yedekli kodlar DNA’yı zararlı noktasal mutasyonlardan, örneğin adenini (A) gibi bir bazın rastgele timinle (T) değişmekten koruyor. DNA hata payına yer bırakmasa baz mutasyonları aminoasit sırasını değiştirerek gereksiz veya hücreye zararlı bir proteinin sentezlenmesine yol açabilirdi.

DNA alfabesini modüler kılmak

Öte yandan tirozinin iki farklı şekilde dizilmesi, dizgilerden biri mutasyona uğrasa bile doğru aminoasidin alternatif yoldan üretilmesine imkan verir. Dikkat ederseniz yedekli DNA aminoasit üretimini modüler hale getiriyor. Bu da son birkaç milyar yılda aynı işi gören gittikçe daha basit aminoasitlerin, daha az sayıda atom içeren basit moleküllerin ortaya çıkmasını sağlamış bulunuyor. Basit aminoasitlerin genetik hata olasılığını azaltacağını ve bunları üretmenin daha az besinle enerji gerektireceğini belirtelim. Demek ki ihtiyaç fazlası yoz DNA aynı zamanda optimize DNA’dır. 😉

Yedekli DNA genlerin ne ölçüde aktif olacağı ve kendini nasıl ifade edeceğini veya proteinlerin üretim hızını da belirliyor olabilir. Gen ifadesi (epigenetik) vücudun, kişinin hayatındaki değişikliklere adeta gen düzeyinde, biyolojik öğrenimle uyum sağlamasıdır. Protein üretim hızı ise metabolizma, yani bedenin çalışma hızını etkiler. Elbette yedekli DNA, genetikçilerin aminoasitleri değiştirerek veya yepyeni aminoasitler üreterek gen tedavisi ve tasarım bebek yapmasını da kolaylaştırır:

İlgili yazı: Yerel Delik: Standart Kozmoloji Yanlış mı?

 

Gen alfabesini tasarım bebekte kullanmak

Sözünü ettiğimiz 20 aminoasit DNA’daki talimatlarla üretildiği için bunlara resmi aminoasitler deriz. Sanki resmi Uzay Yolu dizisi izler gibi! Oysa biyokimyacılar için aminoasitler basit birer moleküldür. Aminoasitler karbon tabanlı bileşikler olup bir ucunda amino grubu, diğer ucunda da hidroksil (hidrojenli oksijen) grubu içerir. Bunların bir de yan zincirleri vardır ama bu detaydır. Üstelik milyonlarca farklı aminoasit molekülü olabilir ve bu çeşitliliği de yan zincirler artırır. Farklı aminoasitlerle milyonlarca yeni ve değişik protein üretmek de mümkündür!

İnsan bedeninin normalde kullanmadığı ve üretmediği bütün ekstra aminoasitlere, bildiniz, gayri resmi aminoasitler deriz. Sanki hayranların kendi çekip Youtube’a koyduğu Uzay Yolu dizileri gibi… “Resmen” moleküler biyoloji hayran kurgusu! 😀 Gayri resmi aminoasitler geleceğin gen tedavisi, retroviral tedavi, kök hücre terapisi ve mRNA aşılarının temelidir. Nasıl derseniz:

Farklı organizmalar aynı dizgiyle farlı aminoasitler üretir de ondan… Örneğin maya mantarları CUG dizgisi ile serin yerine lösin sentezler. Oysa biz güzel ve basit bir hücreyle başlayarak genetik kodunu yeni bir gayri resmi aminoasit üretecek şekilde programlayalım. İdeal olarak bunu hücreyi öldürmek yerine hastalıklara dirençli kılacak, yaşlanmayı geciktirecek veya genetik hastalıkları tedavi edecek şekilde yapalım. Gerçi bu sandığınızdan zordur; çünkü hücrenin birçok bileşeninin genetik kodunu değiştirmeniz gerekir. Bunun için de tRNA ve ribozomlardan başlarsınız.

Ribozomları düzenlemek

Daha derine inip tRNA’yı ribozomlarda işlenecek aminoasit dizgilerine bağlayan molekülleri de değiştirmek zorunda kalırsınız. Ayrıca çekirdek DNA alfabesini de değiştirmeniz gerekir. Sonuçta hücreniz yeni aminoasidi kendi yapamazsa sürekli hücreyi bunu içeren besinlerle beslemeniz gerekecektir. Merak etmeyin! Evrimde biz insanlara da aynı şey olmuştur ki çok çeşitli besinler tüketmenizin sebebi budur. Histidin, iszolösin, lösin, lizin, metiyonin, fenilalanin, treonin, triptofan ve valin aminoasitlerini siz üretemezsiniz. Bunları meyve, sebze ve benzerinden almanız gerekir. Peki, diyelim ki bütün bunları başardık. Sonra nasıl gen tedavisi yaparız?

İlgili yazı: Düz Dünya Teorisini Çürüten 12 Kanıt

 

DNA alfabesini değiştirme hilesi

Genetik kodu değiştirmenin bir yolu yeni DNA’ya daha fazla harf eklemektir. Bunu bir ribozomun mRNA’nın dur komutuna uymadan arka arkaya aminoasitler dizmeye devam etmesi gibi düşünün. Mesela 1992’de araştırmacılar sitozinde değişiklik yaparak 65. dizgiyi ve bu sayede de yeni bir gayri resmi aminoasidi üretti. Birkaç yıl önce ise E. Coli bakterisini 6 baz çiftiyle çoğalttık (A, C, T, G, X ve Y). Böylece genetik kodda hem harf sayısını artırdık hem de yeni harfler ekledik. 2019’da ise hızını alamayan genetikçiler sekiz nükleotid (baz) içeren DNA yarattılar!

Genetik kodu programlamanın diğer yollarına gelince… Aynı aminoasidi üretmek için farklı dizgiler kullanabiliyorduk ya, işte bu yedekli dizgileri başka proteinleri kodlamak için görevlendirebiliriz. Böylece normal DNA ile yeni gayri resmi aminoasitler oluşturursunuz. Üçüncü yol çok daha basittir. Dur komutu eklemek… Böylece bir ribozomun protein sentezleme işlemini yarıda bırakmasını sağlarsanız. Bu da pratikte yeni protein, yeni enzim oluşturmak demektir. Bunu UAA, UAG ve UGA ile yapabilirsiniz. Mesela UGA dizgisini UAA ile değiştirirsiniz:

Böylece proteinde daha fazla UAA dizili aminoasit olur ama ribozom buna aldırmaz. Öyleyse sadece protein sentezini erken durdurmak şart değildir. Bazen de dizgilerin sayısını değiştirirsiniz. Böylece ribozom aynı uzunlukta farklı bir protein kodlar. Oysa dikkatli olmak gerekir! Bu değişikliği organizmanın genomunun tamamında yapmazsanız yaşamsal önemi olan bir enzimi bozabilirsiniz. O zaman da kıyak bakteri yerine ölü bakteriniz olur. Her şey yolunda giderse hücre artık doğal yoldan UGA üretmez ama aynı proteini kodlamayı sürdürür. Siz de UGA’yi yeni bir aminoasitte kullanırsınız:

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

 

İhtiyaç fazlası yoz DNA

İşte yazının başında ihtiyaç fazlası yoz DNA’nın yedekli dizgilerini kullanarak DNA’yı kökten değiştirmeden güvenli gen tedavisi yapabiliriz derken kastettiğim budur. İster kansere dirençli bebekler tasarlayın ister yeni bir mRNA aşısı geliştirin, bedende bir şeyi düzeltirken başkasını bozmak istemezsiniz. O zaman UGA ribozomu durdurmaz ve onun yeni bir aminoasit sentezlemesine neden olur. Tabii bedeni yeni aminoasidi kabul edip kullanacak şekilde programlamanız da gerekir. Kısacası DNA alfabesini UGA içeren yeni aminoasidi kodlayacak şekilde değiştirirsiniz. Bu şekilde bir protein aminoasidinin alternatiflerini başka aminoasit ve proteinler kodlamakta kullanırsınız.

Hem yaptık bile!

Bakterilerle de yetinmeden canlı farelerin genetiğini değiştirdik. Hatta bu yıl, ribozoma dur diyen bir dizgiyle iki serin aminoasit dizgisini başka görevlere atadık. Böylece E. coli’nin yeni gayri resmi aminoasitler üretmesini sağladık. İşin ilginci bu yöntem bakterileri virüslere dayanıklı kıldı! Neden derseniz gariban virüsleri düşünün… Bunlar genetik kodunu bakteri DNA’sında bir yere eklemek ister. Oysa DNA değişince kaynak yapacak yer bulamaz ve etkisiz hale gelirler. Buyurun size virüsün bulaşarak çoğalmasını engelleyen yeni bir ÖNLEYİCİ mRNA aşısı.

Bu aşılar nasıl çalışır? Virüsün genetik kodunun kaynak yaptığı kodları değiştirir. Virüs, kodunu bir şekilde eklemeyi başarsa bile ribozom virüs proteinleri yerine rastgele işe yaramaz proteinler sentezler. Nitekim ihtiyaç fazlası yoz DNA’yı değiştirmenin ana amacı, biyoteknoloji şirketlerinin bakterilerini korumaktır. Bu bakterileri yeni ilaçlar üretmekte kullanıyoruz. Dolayısıyla hastalığa yakalanmalarını önlemek gerekiyor. Buna karşın bir bakteriyi değiştirmek kolay ama insan DNA’sını değiştirmek zordur. Öyleyse bu deneyimler gelecekte insana yönelik gen tedavisinin de önünü açacaktır. Nasıl mı?

İlgili yazı: Zamanda Yolculuk Etmenin 9 Sıra Dışı Yolu

 

DNA alfabesini tıpta kullanmak

Bakteri genetiğini değiştirerek onların yeni protein ve ilaçlar üretmesini de sağlarız. Hatta bakterileri gen tedavisini insan hücrelerine ulaştıracak şekilde programlarız. Bu yöntemlerden biri de protein işlevini hücreye ışık tutarak (optogenetik) yoldan kontrol etmektir. Sonuçta ister tasarım bebek ister üstün insan, isterse kansere dirençli bünye geliştirmek olsun, önce güvenli gen tedavisi yöntemleri geliştirmeliyiz. Öyle ki bu sayede proteinleri görev yeri değiştirilmiş UGA ve benzeri dizilerle etiketleriz:

Böylece proteinlerin hücrede ne işe yaradığını öğreniriz. Bu da daha etkili gen tedavisine izin verir. Bu işin en ileri aşaması ise kanseri önlemenin de ötesine geçecektir. Mesela Dünya dışındaki gezegenlerde hayat var mı sorusunu yanıtlayabiliriz. İnsanların yaşamayacağı zorlu ortamlarda çoğalan yeni ekstremofil bakteriler üretmek, bunların yaşadığı gezegenler olabileceği anlamına gelir. Belki de evrendeki en yaygın bakteriler Dünya’da yaşamayan türden bakterilerdir!

Böylelikle tasarım bebeklere ve süper güçlere sahip Arnold türevi Hollywood askerleri üretmek gibi spekülasyonlara girmeden gen tedavisinin gerçek potansiyelini gördük. İhtiyaç fazlası yoz DNA ile etkili gen tedavisi için neler yapmak gerektiğini öğrendik. Şimdi yazıyı tasarım bebeklerle bitirelim:

İlgili yazı: Güneşimiz Nasıl Isı ve Işık Saçıyor?

 

DNA alfabesini bitirirken…

Her sağlıklı ebeveyn, çocuklarının kendinden üstün olmasını ister. Oysa insanların üstünlükten anladıkları farklıdır. Bu da bizi aşkın insan üstün insana karşı yazımdaki çelişkiye götürür. Tek koluyla 100 kilo kaldıran bir erkek mi, yoksa etik insan mı istersiniz? Peki genetiği değiştirildiği için etik olan bir insan mı, yoksa özgürce etik davranan bir insan mı ahlaklıdır? İşin felsefi boyutlarını tahmin edersiniz. Diğer yandan, genetiği değiştirilip normal insandan üstün fiziksel ve zihinsel kapasite kazanan insanlar, Hindistan’daki kast sistemini tüm dünyaya yayabilir.

Bırakın herhangi bir açıdan üstün insanları, bir çocuğu ölümcül hastalıktan korumak için gereken gen tedavisi bile çoğu insanın yaptıramayacağı kadar pahalı olabilir. Bildiğiniz gibi eğitimsizlikle yoksulluk hastalık ve ölüm oranını artırıyor. Coğrafya yazgı oluyor ve bunu zaten yaşıyoruz. Kanseri önlemek veya normal insanlardan daha hızlı koşan bir GDO atlet yaratmak durumu daha da zorlaştıracak. Peki 30 yıl sonra 300’de birlik kalp krizi riskini azaltmak için bebeğinizde binde 3 kanser riski yaratacak bir genetik tedavi ister misiniz? Geleceğin anne–babaları bunlarla uğraşacak!

Sonsöz

Tasarım genetiği kedi–köpek karışımı yapay hayvanlar için de sorunlu. Kedi ve köpeklerin ekosistemine ne olacak? Haydi onlar bir şekilde doğada yaşar… Peki sokağa bırakılan bir yapay hayvan nasıl hayatta kalacak? Bugün genetik bilimi bu anlattığım sorunlara yol açamayacak kadar ilkeldir. Oysa zamanla bunlar ciddi toplumsal sorunlara yol açacak. mRNA aşıları ne kadar etkili ve aşı karşıtları toplum sağlığını nasıl etkiliyor soruları, aslında tasarım bebeklerin ayak sesleridir. Günümüzde uzun boylu kızlarla bile ilkokulda alay edildiğine tanık oluyoruz. Tasarım bebekleri ayrımcılıktan nasıl koruyacağız?

Öyleyse ana fikrimiz biyoteknolojiyle doğru işler yapacak kadar bilinçli olmak olsun. Gerçi kervan yolda düzülür ve biz deneme yanılmayla öğrenirken bunu nasıl yapacağımız ayrı merak konusu. Peki virüsler uzaydan bulaşır mı ve yaşam Dünya’ya uzaydan mı geldi? Onu da şimdi okuyabilir ve DNA testi yaparsanız neler öğreneceğinize hemen bakabilirsiniz. Biontech mRNA aşısı nasıl çalışıyor diye merak edebilirsiniz. Rota değişikliği yaparak DNA tabanlı biyolojik bilgisayar ne zaman geliyor diye de sorabilirsiniz. Yeni öğretim döneminde tüm öğrencilere başarılar dilerim. Bilimle ve sağlıcakla kalın. 😊

DNA’dan proteine

¹The Language of DNA
²Genetic code redundancy and its influence on the encoded polypeptides
³A third purine biosynthetic pathway encoded by aminoadenine-based viral DNA genomes
⁴Rewriting the Genetic Code