DNA Katlama Sanatı >> DNA’da gizli yeni veri katmanı keşfedildi: Epigenetik kod

DNA’da iki ayrı veri katmanı var: Biri bildiğimiz genetik kod, yani gen dizisi. Genler örneğin gözümüzün rengini belirliyor. Diğeri ise DNA’nın kendini katlama şekline bağlı olan epigenetik kod: DNA bugün vücudumuzda hangi genin aktif olacağına farklı şekillerde katlanarak karar veriyor.¹

Yabancı dil öğrenmek gibi

Okuma yazmayı öğrendiniz ve artık Latin harfleriyle en azından bilgisayar başında hızlı yazabilirsiniz. Ancak, ana dilinizin Türkçe olmasına karşın İngilizce yazmak istiyorsanız önce İngilizceyi öğrenmeniz gerekiyor: Okuma-yazma öğrenmek birinci veri katmanı, İngilizce öğrenmek de ikinci veri katmanı.

DNA genlerimizi bu şekilde kodluyor. Örneğin boyumuzun maksimum ne kadar uzayacağı genetik kodumuzda yazılı. Buna kromozomlarımızdaki gen dizilimi diyoruz (temel veri katmanı).

Bir de boyumuzun gerçekte ne kadar uzayacağı var. O da yaşadığımız iklime, ne kadar iyi beslendiğimize, stres durumumuza ve diğer geçici faktörlere bağlı (ikinci veri katmanı). Şimdi DNA’da gizli olan ikinci katmana yakından göz atalım.

İlgili yazı: DNA Yeniden Yazılıyor >> İnsan DNA’sına Yeni Harfler Ekleniyor, Sentetik İnsan Geliyor

 

İkinci katman epigenetik veri

Epigenetik gen ifade bilgisi demek. Epigenetik faktörler vücutta hangi genlerin kendini ifade edeceğini, yani genetik kodumuzdaki hangi genlerin aktif olacağı ve o gün vücudumuzu etkileyeceğini belirliyor.

Örneğin 15-20 yaşlarında iyi beslenemeyen insanların boyu kısa kalabiliyor. Bu insanlar 30’lu yaşlarında ne kadar iyi beslenseler de büyüme çağını kaçırdıkları için bir şey değişmiyor.

Elbette anne-babanız kısa boylu olduğu için doğuştan kısa boylu olabilirsiniz. Ancak amcanızdan da uzun boy geni almış olabilirsiniz. Gençlikte iyi beslenirseniz epigenetik olarak anne babanızın genini değil de çekinik olan amca genini aktif hale getirebilir ve çekirdek ailedeki ilk uzun boylu kişi olabilirsiniz!

DNA vücutta hangi genlerin aktif olacağını kendi üzerine katlanarak belirliyor. Bu da o anki stres durumunuza, yediğiniz yemeğe ve sigara−içip içmediğinize bağlı. DNA’daki genler geçici olarak aktif oluyor. Geçici epigenetik faktörler genetik kodunuzu değiştirmiyor, ama genleri kontrol ederek sağlık durumunuzu etkiliyor.

İlgili yazı: Anne-Fetüs Rekabeti ve Adet Görme >> Kadınlar neden regl oluyor?

 

Stres anneden bebeğe geçebilir

Stres epigenetik faktörlerle anneden bebeğe geçebilir. Tesadüf bu ya, tam stresli iken hamile kalan annelerin bebeklerinde hastalık riski taşıyan genler daha aktif olabiliyor. Buna gen ifadesinin vurgulanması diyoruz. Sorun da burada:

Günlük hayatta insan her an stresli olabilir. Geçim derdi var, sağlık var, okul var; saymamıza bile gerek yok. Ancak, epigenetik verinin DNA’da nasıl kodlandığını gösteren bu son haber vesilesiyle tüm çiftlere yeni doğacak çocuklarının sağlığı için stresten olabildiğince uzak durmalarını öneriyorum.

Stres epigenetik olarak ana karnındaki bebekleri ve her yaştan çocukla genç insanın gelişimini etkileyebiliyor. Hatta yaşlılarda hangi hastalıkların ortaya çıkacağını uyku düzeni, beslenme, stres, yalnızlık gibi epigenetik faktörler belirliyor. Evet, “Adam üzüntüden hasta oldu” lafı gerçek olabilir.

İlgili yazı: Hayat Neden Var? >> Yeni hayat teorisi evrimin termodinamik kökenlerini açıklıyor

 

Babalar da dikkatli olmalı

Çocuk yapmak iki kişilik bir iş: Sperm bankasından anonim sperm alınsa bile bağışlayıcı baba stresliyse ve iyi beslenmiyorsa sperm kalitesi düşebilir.

Hastaneler gen dizilimine bakarak genetik kod kalitesini ölçebiliyor, ama epigenetik riskleri önceden tespit etmeleri imkansız. Yarın bir insan sigara içtiği için hangi genlerin aktif olup kanser riskini artıracağını nereden bilsinler? Belki sadece stresli iken sigara içen talihsiz bir insan kansere yakalanacak.

Epigenetik faktörleri şimdilik kontrol edemediğimiz için sağlıklı yaşayarak riskleri azaltmak elimizdeki tek yol. Gerçi vücudumuzdaki DNA’yı gerçek zamanlı olarak analiz eden süper zeka yazılımları veya kuantum bilgisayarlar geliştirebiliriz. Bu bilgisayarlar vücudumuzdaki genleri anında kontrol ederek genetik hastalıkları önleyebilir; ama buna 30 yıl var. O zamana dek stres yönetimi candır.

İlgili yazı: Dinozorların Sessiz Gecesi >> Dünya’da hayat sıfırdan başlasa insanlar ortaya çıkar mıydı?

 

Biyologlar yıllardır tahmin ediyordu

Bilim insanları DNA’nın epigenetik faktörleri kendi üzerine katlanarak kontrol ettiğini, böylece hangi gen moleküllerinin vücutta aktif olacağını belirlediğini uzun zamandır tahmin ediyordu; ama bugüne dek ellerinde kanıt yoktu.

Artık strese giren insanın midesinin büzülmesi gibi, DNA’nın da büzülerek riskli genleri birkaç saniye, birkaç saat veya birkaç günlüğüne aktif hale getirebileceğini biliyoruz. Hatta genler tek tek riskli olmayabilir ama birkaç gereksiz gen yanlışlıkla birlikte aktif olursa sorun çıkabilir.

İlgili yazı: IBM Kuantum Bilgisayar Yaptı >> İnternette üniversitelerin kullanımına açtı

 

Peki DNA nasıl katlanıyor?

Biyolog James Watson ve Francis Crick ünlü bilim insanı Rosalind Franklin’in yaptığı X-ışını kristalografisi görüntüleme testleri ile DNA’nın çifte sarmal şeklinde olduğunu 1953 yılında keşfettiler. Bugün spiral merdivene benzeyen DNA’nın kendi üzerinde farklı şekillerde katlanarak genleri tek tek kontrol ettiğini biliyoruz.

DNA genlerimizi her biri farklı bir moleküle karşılık gelen G, A, C ve T harfleriyle kodluyor. Kısacası genetik alfabemizi ve genetik dilimizi kullanarak bireysel hikayemizi yazıyor. Yaşam boyu yeni sayfalar eklenen en büyük maceramız, kendi hayatımız.

Bu harflerin sırası hücrelerimizde hangi proteinlerin üretileceğini belirliyor. Vücudumuz sonuçta proteinlerden inşa edilen bir binadır. Donanıma kodlanan yazılım olarak düşünebileceğimiz DNA bizi böyle kontrol ediyor.

İlgili yazı: Jurassic Park mı Yoksa Buzul Çağı mı? >> Mamutları klonlamak mümkün mü?

 

Anahtar kilit gibi çalışıyor

Organik moleküllerin nasıl bir araya gelip protein sentezlediğini, yani yeni moleküller ürettiğini hiç düşündünüz mü? Vücudumuzdaki genleri ve diğer organik molekülleri Lego blokları gibi düşünün.

Bunlar kendi üzerine iplik gibi kıvrılan moleküller. Her birinin şekli farklı ve o anki şekline göre, iki molekül birbirine anahtar−kilit gibi uyabiliyor. Böylece kilidin kapıyı açması gibi hücrelerimizde protein sentezi başlatıyor.

İlgili yazı: AIDS’e Kesin Çare >> Amerikalı doktorlar HIV virüsünü insan DNA’sından sildi

 

Origami her şey

Bir molekül farklı şekillerde kıvrılabilir. Katlanma şekline göre daha önce uyduğu bir genle birleşmek yerine, başka bir gene yapışabilir (veya kenetlenebilir, kendini monte edebilir). Kısacası molekülün atom dizisi kadar nasıl kıvrıldığı da önemli.

DNA da bu molekülleri kıvıran, büken, yerine vidalayan bir alyan anahtarı gibi çalışıyor. Nitekim bazı vidaların nereye oturacağını bilirsiniz, ama elinizde alyan anahtarı yoksa bu vidaları başından tutup sıkıştıramazsınız.

DNA kendi üzerine katlanarak farklı tür alyan anahtarları veya penselere dönüşüyor. Böylece farklı genleri farklı şekilde büküyor. Farklı şekillere giren genler de DNA’nın istediği genlerle çalışmak üzere aktif oluyor. Özetle epigenetik sistemin çalışma şekli bu.

İlgili yazı: İnternetinizi uçuracak en iyi 10 modem

 

Aç kapa Artema

Hay Allah! Eski bir TV reklamına gönderme yaptım, yaşımız çıkacak. 🙂 Ancak özetle DNA’nın ve stresin genlerimizi kontrol etme şekli bu: Aç kapa Artema. Bu biraz da yer tasarrufuna bağlı bir olay; çünkü her hücrede 2 metre uzunluğunda DNA var. İnsan vücudunda da trilyonlarca hücre var.

DNA kendi üzerine katlanan çifte sarmal olmasaydı genetik kodumuz vücudumuza sığmazdı. Bu sebeple moleküllerin katlanması yer tasarrufu açısından önemli. Ayrıca genler bu sayede farklı anahtar ve kilitlere dönüşebiliyorlar. Farklı katlanan moleküller farklı molekülleri kavrayıp zincir gibi birleştirebiliyorlar.

İlgili yazı: İnternette teknik takip ve gözetimi önleme rehberi

 

Öyleyse neyi keşfettik?

DNA’nın, genlerin ve proteinlerin kendi üzerine katlandığını biliyorduk ama nasıl katlandıklarını bilmiyorduk. Daha doğrusu bunları DNA’nın katladığını ve bu işi nasıl yaptığını bilmiyorduk. Ancak, Hollanda Leiden Üniversitesi’ndeki bilim insanları DNA’yı inceleyerek bilgisayar simülasyonu yaptılar ve DNA’da gizli olan ikinci veri katmanını açığa çıkardılar.

Üstelik teorik fizikçiler yaptı

Biyoloji özünde kimya, kimya özünde kuantum kimya ve kuantum kimya da özünde fiziktir. Bu sebeple DNA’nın molekülleri nasıl katladığını biyologlardan önce fizikçiler buldu. Helmut Schiessel yönetimindeki araştırma ekibi ekmek mayası ve fizyon mayasını alarak bunların genlerini uyardılar.

Ardından bilgisayar simülasyonu ile elde ettikleri verileri kullanarak maya mantarlarının DNA’sının katlanma şeklini belirli genler için değiştiren ikinci veri katmanını eklediler. Bu epigenetik veri katmanında DNA’nın nasıl katlanacağını gösteren mekanik talimatlar vardı.

Ardından mayaya baktıklarında eski proteinleri üreten genlerin kapandığını ve farklı proteinler üreten yeni genlerin aktif olarak kendini ifade ettiğini gördüler.

Helmut Schiessel’in dediği gibi: “DNA yapısının mekaniği değişerek moleküllerin farklı şekillerde katlanmasını ve DNA’nın farklı moleküllere erişmesini sağlıyor. Bu da bir proteinin ne kadar sık üretileceğini belirliyor.”

İlgili yazı: Organik Bilgisayar Çağı >> DNA’yı bellek ve hücreyi genetik devre olarak kullanan canlı PC

 

Evrimin temel mekanizması

Evrim canlıların DNA’sının rastgele mutasyonlarla değişmesi ve mutant canlılar arasında çevreye en iyi uyum sağlayan bireylerin hayatta kalarak soyunu sürdürmesidir (yeni türler böyle ortaya çıkıyor).

Ancak, DNA’nın gizli kalan ikinci veri katmanını keşfettiğimizde gördük ki evrimi stres ve beslenme gibi geçici durumlara bağlı epigenetik faktörler de etkiliyor; çünkü epigenetik faktörler hangi mutasyonların, yani mutasyon geçiren hangi genlerin aktif olacağını belirliyor!

Anne babalar evrime katkıda bulunuyor

Anne babanın epigenetik faktörleri bebeğin genetik kodunu etkilediği için anne babaların evrime dolaylı katkıda bulunduğunu söyleyebiliriz. Kısacası türümüzün devamlılığını sadece çocuk yaparak garanti etmiyor, aynı zamanda evrimi sürecini de epigenetik olarak etkiliyorsunuz. Kolaylıklar. 🙂

Moleküller nasıl katlanıyor, kodlanıyor ve sentezleniyor?

¹Multiplexing Genetic and Nucleosome Positioning Codes: A Computational Approach — Behrouz Eslami-Mossallam, Raoul D. Schram, Marco Tompitak, John van Noort, Helmut Schiessel
PLOS Published: June 7, 2016 http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0156905