Yaşamın Kitabı DNA Nedir? DNA Hakkındaki Her Şey

Yaşamın Kitabı DNA Nedir? DNA Hakkındaki Her Şey

DNA Nedir ve Nasıl Çalışır?

Deoksiribo-Nükleik-Asit yani DNA bir canlının bütün genetik bilgisini, materyalini içinde barındıran bir moleküldür. Genetik ve kalıtsal bilginin nesilden nesile aktarılması yine bu molekülün kendini eşlemesi ile mümkündür. DNA, her şey gibi atomların birleşiminden meydana gelen nükleotitlerin, hidrojen bağları ile ikili sarmal bir yapı oluşturması sonucu ortaya çıkar. DNA, bizi biz yapan, bizi diğerlerinden farklı yapan ya da gelecekte hangi hastalıktan muzdarip olacağımıza kadar bir çok şeyde birincil rolü bulunur. Fakat tam olarak ne yaptığını ve çalışma mekanizmasını çözememiş olsak da, DNA’nın yerine getirdiği önemli bir şey biliyoruz. DNA, karbon temelli yaşamımızın yapı taşı olan 20 farklı amino asidin genetik bilgisini içerisinde barındırır. Her biri farklı kimyasal bağlar ile bağlanmış 20 adet farklı amino asit türü vardır.

Amino asitler, birbirlerine farklı şekillerde bağlanarak protein denilen yapıları oluştururlar. Protein, diğer kimyasallar ile birleşerek canlı hücreleri, hücreler dokuları, dokular organları ve organlar bir araya gelerek sizin, benim ve diğer canlılar gibi sistemleri meydana getirir. İşte DNA denilen molekülden, evrendeki en karmaşık yapıların ortaya çıkmasındaki, muzzamlık ve mükemmel tasarım burada yatar. DNA bu noktada aminoasitlere protein yapmak için hangi şekillerde dizileceğini söyler. Bu DNA’nın bilinen en önemli işlevidir. Bir diğer önemli nokta ise DNA’nın (replikasyon) yani kendini kopyalamasıdır. Fakat bu konuya geçmeden önce sizlere DNA’nın yapısı hakkında bilgi vermem yerinde olacaktır.

DNA’nın Yapısı

DNA’nın yapısında, her biri nükleotid adı verilen basit bileşiklerden oluşan ve birbirine hidrojen bağları ile “sarmal şeklinde“ bağlanmış iki zincir bulunur. Her bir nükleotid fostat, şeker ve farklı dört azotlu bazdan (Adenin, Timin, Guanin, Sitozin) birini içerir. Nükleotidler belirli bir sıra ile yan yana gelerek bir zinciri oluştururken aynı zamanda diğer zincirdeki nükleotidler ile hidrojen bağlarıyla eşleşerek ikili sarmalı oluşturur. Bu eşleşme için iki kombinasyon söz konusudur. Her seferinde adenin timin ile, sitozin ise guanin ile eşleşir. İnsanda DNA eşlenmesi esnasında saniyede eklenen nükleotid sayısı 50’dir. Eğer aklınızda kalıcı bir şekilde DNA’nın yapısını hayal etmek isterseniz şöyle düşünebilirsiniz.

DNA’yı bir döner merdiven olarak düşünün. Merdivenin sağında ve solundaki trabzanların şeker ve fosfat gruplarından, basamakların da baz çiftlerinden ( A-T/G-S ) oluştuğunu söyleyebiliriz. “  Şimdi biraz daha hayal gücünüzü kullanıp DNA’nın bir kitap olduğunu hayal edin. Bu kitabın adı ” Yaşam Kitabı “ olsun. Bu kitap 4 alfabeden oluşmaktadır ve diğer yandan bu kitap, 4 harfin milyarlarca farklı kombinasyonundan meydana geliyor. Bu harfler; Adenin (A), Timin (T), Guanin (G) ve Sitozin (C) ‘ dir.

Genetik Materyalimiz 46 Kromozomdan Oluşur

Yaşam kitabımız 46 ciltten (kromozomdan ) oluşmakta ve bu kitabın 23 cildi annemizden ve diğer 23’ü ise babamızdan gelen kromozomlardan oluşuyor. Bu 4 harfin değişik kombinasyonlarının yan yana gelmesi ile ortaya çıkan ve harf sayısı bir kaç binden yüz bine kadar çıkabilen kelimelere ise “ gen “ adını veriyoruz. Genetik yapımızda yaklaşık 25-30 genin olduğunu düşünürsek eğer; işte o zaman yaşam kitabımız 4 harfe, 46 cilde ve o ciltlerin “ alt başlığı “ niteliğinde olan 30 bin alt başlığa sahiptir. Şimdi tüm bunlardan sonra adenin yerine timin değil de sitozin geldiğini düşünün. Buna “ mutasyon “ denir.

Çoğu zaman gerçekleşmesi çok düşük olasılıklara tekabül eder. Fakat sonuçta gerçekleşir ve gerçekleştiğinde de çoğu zaman hayatlarımızı mahveder fakat istisnalar da mevcuttur. Bu istisnaya “ mutasyonlar nedir ? “ adlı alt başlıkta değineceğim. Bir baz’ın yanlış eşlenmesi genetik rahatsızlıklardan zihinsel rahatsızlıklara kadar bir çok şeyi tesir altında bırakır. Çünkü bizi biz yapan o kitapta ki genlerin dizilişi değil midir ? Bir virgülün bile bir cümleyi nasıl değiştireceğini biliriz. “ Oku, baban gibi eşek olma. Oku baban gibi, eşek olma “. Elbette bu örnek çok yetersiz fakat dikkatiniz çekmek istediğim şey şudur; Bugün olduğunuz kişi ya da sahip olduğunuzun o sistem ( vücut ) rastgele gerçekleşen bir olasılık sonucu değil. Belki de hiçbir zaman anlayamayacağımız bir düzenin ürünüdür.

DNA’nın Eşlenmesi (Replikasyon)

Vücudumuzda yaklaşık olarak 206 farklı hücre tipinden bazıları sürekli olara yenilenmektedir. Aslına bakarsanız ömrümüz boyunca bazı hücrelerimiz trilyonlarca kez kendini yeniler. Bu mitoz bölünme ile gerçekleşir. Hücre ikiye bölünmeden (boğumlanmadan)  önce hücre, DNA’sını kopyalar ve böylece 2 yeni yavru hücreye genetik bilgi aktarılmış olur. DNA’nın kopyalanmasında bir çok protein görev alır. DNA polimeraz enziminin görevi DNA’nın kopyasını yapmaktır. Bunun için DNA’nın ikili sarmalının bir fermuar gibi açılması gerekmektedir ve bu görevi üstlenen de farklı proteinler vardır. Bu işlem aslında merdivenin ( ikili sarmalın ) bir kısmını alıp diğer kısmını oluşturmaya dayanır. Sarmalın tek zincirinde ki baz dizilimi, onun karşısına gelecek olan sarmalı belirlemeye ve eşlemeye yeter. Mesela fermuar gibi açılan sarmalın tek kısmını düşünün. Adeninin yanına Timin geleceğini ve Sitozinin yanına Guanin geleceği bilindiğinden, sarmalın tek bir kısmından DNA kopyalanmış olur.

RNA Sentezi (Transkripsiyon)

Amino asitlerin, yaşamın temek yapı taşı olan proteinlerin yapı taşı olduğundan bahsetmiştik. Transkripsiyon en temel anlamı ile DNA’yı oluşturan nükleotid dizisinin RNA polimeraz enzimi tarafından RNA dizisi olarak kopyalanma sürecidir. RNA’nın görevi; DNA’daki bilginin proteinlere dönüşmesinde “ geçiş “ sağlamaktır. DNA’daki bilgiye göre sentezlenen RNA ve DNA arasındaki farklar şunlardır; DNA’daki timin bazının yerini RNA’da urasil alır. RNA, DNA’dan kısadır ve tek bir zincire sahiptir. RNA polimeraz enzimi, DNA’nın protein kodlayan kısımlarındaki bilgileri “ haberci RNA’ya “ ( messenger RNA, mRNA) dönüştürür. Hücrenin sitoplazmasında bulunan RNA’lardan biri de “ taşıyıcı RNA “ dır. Taşıyıcı RNA yani ( tRNA ) proteinlerin yapıtaşları olan amino asitleri taşır. Eğer tüm bilgiler ışığında kısaca bu işlemi özetleyecek olursak; “ DNA’nın bir zincirinden  m-RNA sentezlenir. m-RNA daha sonra hücrenin sitoplazmasına geçer; ribozom adını verdiğimiz, protein sentezinin yapıldığı organellere ulaşır. T- RNA’lar proteinlerin yapıtaşları olan amino asitleri taşır. m- RNA’daki bilgiye göre ( dizilime ) proteinler üretilir.

Mutasyon Nedir ?

Mutasyonlar basitçe DNA’daki değişimlerdir. Neden mutasyonlar önemlidir peki ? Mutasyonlar, önemlidir çünkü sizi siz yapan proteinlerde ve enzimler değişikliklere sebep olur. DNA’daki bilginin m-RNA aracılığı ile ribozoma oradan da protein üretildiğini öğrenmiştik. İşte yaşam kitabımızın tek bir bazında yanlış bir kodlama ( mesela adenin yerine timin değil de sitozin gelmesi gibi) tüm sistemi iyi ya da kötü etkiler. DNA’nın değişmesi bu yüzden sizin değişmeniz anlamına gelir. Nadir gerçekleşen kodlama hatalarıdır. Mutasyona neden olarak DNA’nın kendini doğru olarak kopyalayamaması ya da gama ışınları, radyasyon ve çeşitli mutajen kimyasallar gibi çevresel faktörler DNA’nın bütünlüğüne ya da onarım mekanizmasına zarar verebilir.

Yüzlerce genetik rahatsızlık vardır. En bilineni kromozom sayısına bağlı olarak gelişen rahatsızlık olan Down sendromu, 1867 yılında John Langdon Down adlı doktor tarafından tanımlanmıştır. Normal çocuklarda anneden ve babadan gelen 23’er kromozom ile birlikte 46 olan kromozom sayısı bilinmeyen sebepler ile Down sendromunda 47 olur. Genetik hastalıkların, bozuklukların çoğu kromozomların sayısı ya da yapısı ile ilgili değil genlerin yapılarında meydana gelmiş “ mutasyon “ adını verdiğimiz bozuklukların sebebidir. Mutasyonlar iyi, kötü ya da etkisiz olabilir. Mutasyonların çoğu etkisizdir. Nükleotid başına mutasyon gerçekleşme oranı 0.000000001’dir. Bu küçücük sayıya aldanmayın çünkü eğer bir canlıda milyonlarca,milyarlarca nükleotid olduğunu düşünürseniz, mutasyon oranı daha olası bir hale geliyor. Mutasyonlar, popülasyonlar için yeni genler, özellikler ve çeşitlilik kattığı için evrim için önemlidir. 2000 yılında yapılan bir çalışmaya göre de insanların her bir neslinde meydana gelen 175 farklı mutasyondan sadece 3 tanesi zararlıdır.

Yararlı Bir Mutasyon Örneği

1964 yılında Finlandiya asıllı Eero Antero, Avusturya da düzenlenen kış olimpiyatlarının kros kayağında üst üste üç altın madalya alıyor. 1960-1968 arasında kış olimpiyatlarında üç altın, iki gümüş ve iki bronz madalya alıyor, ayrıca dünya şampiyonalarında iki altın, iki gümüş ve bir de bronz madalya alıyor. Sıradan olmayan bu başarı o dönem ki sporseverlere Eero’nun hile yapmış olabileceğini düşündürüyor. Bu söylemlere karşın Eero hile yapmadığını ve bileğinin hakkı ile madalyaları kazandığını söylüyor. Aslına bakarsak evet hile yapmıyor. Doktorların denetiminde yapılan incelemeler sonucu Eero’nun hile yapmadığı anlaşılıyor fakat daha ilginç bir şey keşfediliyor bu denetleme sonunda. Eero’nun kanının, normal insanlardaki ortalamaya göre % 15 daha fazla kırmızı kan hücresi (alyuvar) taşıdığını. Vücudunda diğer sporculara göre daha fazla alyuvar taşıması onu oksijen ve dayanıklılık açısında ister istemez diğerlerinin önüne geçiriyor.

Tam anlamıyla bu durumun açıklaması 30 yıl sonra Ohio State Üniversitesi’nde genomik araştırmaları yürütecek olan Albert Dela Chapelle tarafından getiriliyor. Eero’nun kırmızı kan hücrelerinin yapımında görev alan genlerin diziliminin ortaya çıkarılması çok önemli bir mutasyonu açığa çıkardı. Kan hücrelerinin oluşumunda önemli olan “ eritropoietin almacı “ geninde bir mutasyon vardı. Bu mutasyon etkisi ile Eero’nun vücudu sanki dışardan eritropoietin hormonu almışçasına alyuvar üretiyordu. Bu da diğer sporculara karşı önemli bir fiziksel üstünlük sağlıyordu Eero’ya. Elbette yıllarca süren disiplinli çalışmayı tek bir mutasyona bağlamak ne etik olur ne de mantıklı. Bu durumun benzeri aslında şöyle de açıklanabilir; Deniz seviyesinden yukarı çıktıkça havadaki oksijen oranı azalır. İnsan vücudu bu açığı telafi etmek için kırmızı kan hücresi sayısını arttırır. Bir nevi vücudun ortama uyum sağlamak için genlerin çalışmasını yeniden düzenlemesidir bu.

Genetik Mühendislik ve CRISPR Tekniği

Bilgi ( enformasyon ) molekülün yapısına ( DNA’ya ) kodlanmıştır. Dört nükleotid hidrojen bağları sayesinde birbirine milyarca farklı şekilde bağlanarak “ yaşam yönergerlerini “ oluşturur. DNA nedir sorusunun yanıtı işte tam olarak burada yatıyor. Genetik mühendisliği ise canlıların kalıtsal özelliklerinin değiştirilerek onlara yeni işlevler, özellikler kazandırılmasına yönelik araştırmalar yapan bilim dalıdır. Tarihçesine göz atacak olursak eğer; 1880, Gregor Mendel’in bezelyeler üzerindeki çalışmaları ile modern genetiğin temelleri atıldı. 1950, Hershey ve Chase hücrede ki genetik bilginin DNA’da taşındığı kanıtlandı.  Nisan 1953’de, Watson ve Crick, DNA’nın çift sarmal yapısını açıklayan makaleyi Nature dergisinde yayınladı ve 1962’de Nobel odülüne layık görüldüler. 1980’de farelerde gen transferi ilk kez başarı ile uygulandı. 1982’de endüstriel alanda ilk genetik mühendislik ürünü olan insülin üretildi.

1990’de “ İnsan Genom Projesi “ başladı ve 2000’de bu proje tamamlanarak insanlığın en büyük başarılarından biri olarak tarihe geçti. Bu süre boyunca atıfta bulunmadığım daha bir çok endüstriel, tarımsal, ve belki de etik anlamda bir sürü gelişme oldu. Bu gelişmelerden en önemlilerinden biri İnsan Genom Projesidir elbette. Bu projenin amacı, DNA nedir ve nasıl dizilir sorularını yanıtlamak ve insan genomundaki tüm DNA nükleotid baz belirlenerek, kalıtsal hastalıklardan ve genetik rahatsızlıklardan sorum olan genlerin tanımlanması, haritalandırılmasıdır. Yaşam kitabını okumaya, anlamaya ve bu kitapta meydana gelen yazım,kodlama hatalarını öğrenmeye cesaret etme girişimidir bu proje. 2000 yılında  bir çok ülke ve özel şirket işbirliğinde insanlığın genetik haritası çıkarılmıştır. Her geçen bu haritaya yeni alanlar, genler eklenmektedir.

Gen Düzenleme Teknikleri ile Hastalıklar Tedavi Edilebilir

Aslına bakarsanız genetik mühendisliğin en az nükleer mühendislik kadar bir potansiyeli var. Nükleer enerji, atomların çekirdeklerinin ayrışması ve birleşmesi esnasında ortaya çıkan bağ enerjisi ile enerji elde etmeyi tanımlarken; genetik mühendislik yaşamı planlayan, yaşamın kodunu içinde barındıran, yaratılışın dilini okumaya çalışan bir bilim dalı olarak karşımıza çıkıyor. Nükleer enerjiyi tıp alanında nasıl yararımıza kullandıysak maalesef tam tersini yaparak 1945’te ve devamında zararımıza kullandık. Aynı şey genetik mühendisliği içinde geçerli. Bugün belki günümüzün en önemli hastalıklarını, tüm kanser türlerini ve genetik rahatsızlıkları ortadan kaldıracak bir bilim dalına sahibiz. Ancak diğer yandan bu bilim dalını “ yapay salgınlar ve yapay biyoteknolojik silahlar “ yapmak içinde kullanabiliriz.

Aslına bakarsanız tüm dünyayı tesir altında bırakabilecek ve tüm  ökaryot-prokaryot temelli yaşam formlarını ortadan kaldırabilecek bir biyoteknolojik silah, bir hidrojen bombasından daha güçlü bir potansiyele sahiptir. Çünkü biliyoruz uzayda, yüksek sıcaklıklarda ve olmayacak şartlarda “ hayatta kalan” canlılar var. Fakat hiçbiri temel yapıtaşının bozulması ya da zarar görmesi sonucu hayatta kalamaz. Genetik mühendisliğinden tarım alanlarında da yararlanırız ayrıca. Sebzelerin, meyvelerin besin değerini arttırmak ve iklim şartlarına olan direncini arttırmak amacı ile bugün tükettiğimiz bir çok şeye genetik mühendisliği eli değmiştir belki de.

CRISPR ile Anemi Tedavi Edildi, Sıra Diğer Hastalıklarda

Biraz da Gen Sürümünde yani CRISPR’dan bahsedelim. Eminim çoğunuz bu gen modifikasyon tekniğini duydunuz. Çünkü bu gen düzenleme teknolojisi ile ilgili son zamanlar da genetik ve biyoteknoloji alanlarda bir çok gelişme oldu ve olmakta. Ayrıca bu gen düzenleme teknolojisi hem ucuz, hem hızlı hem de basit, daha ne olsun? Bu teknoloji ve potansiyeli zihinlerinizde şu soruların uçuşmasına neden oluyor; İnsan embriyosuna müdahale etmeli miyiz ? İnsanlığa zararlı olan tüm hastalıklara dirençli bireyler yaratmak için kullanabilir miyiz ? Peki ya uzay koşullarına dayanıklı süper-insanlar yaratılması? Belki de Mars’a gidecek koloninin, mars için gerekli olan özelliklerin kazandırılmasını CRISPR ile sağlayabiliriz ? Bunun üzere düşününce insanın aklına mantıklı, ahlaklı ve etik bir çok sayıda soru geliyor. CRISPR’in ingilizce açılımı “ Clustered Regularly InterSpaced Palindromic Repeats “ dir ve en iyi bir çeviri yapacak olursam bu şöyle olurdu;  “ düzenli aralıklarla bölünmüş palindromik tekrar  kümeleri “. Tam bir Türkçe karşılığı olmadığını da belirtmek gerekir.

CRISPR Bize Yaşam Kitabının Telif Hakkını Veriyor

Bakterilerdeki bağışıklılık sisteminden elde ettiğimiz CRISPR’nin yapısına göz atacak olursak sistem şöyle çalışıyor; DNA’yı istenen noktadan kesebilen bir çeşit moleküler makas yani Cas9 enzimi ve bu makası hedef genomda istenen yere yönlendiren rehber RNA molekülü ( g-RNA ).  Genom boyunca ilerleyen Cas9 ve Rehber RNA bileşimi olan bu sistem RNA’nın eşleşeceği bir dizilim bulduğunda ikili sarmalın arasına yerleşip, sarmalları ayırır. Cas9’u DNA’yı kesmesi için tetikler. Kesilmiş nükleotitlerin yerine gelecek olan DNA nedir? İşte o kesilen DNA parçasının yerine istediğiniz DNA dizilimini koyarak hücreyi kandırabilirsiniz. İsterseniz belirli bir geni aktif edersiniz ya da tamamen farklı bir dizilim koyarsınız o kesilen kısma. CRISPR bize yaşam kitabının telif hakkını veriyor. Elbette yaratıcılığın ve hayatı yeniden şekillendirmenin etiği ve ahlaki sorumlulukları olacaktır. Ancak şuan o sorumlulukları ama gereksinimi duymak için çok erken.

CRIPSR, bakterilerin virüs kaynaklı enfeksiyonlar ile nasıl savaştığını araştıran bir projenin sonucunda keşfedilmiştir. Bakteri hücresinin virüs DNA’sını tanıyıp kesmesi işlemine CRISPR deniyor. CRISPR’a önceden tanıtılan bir virüs DNA bilgisi var. Ne zaman o virüs DNA’sı tespit edilirse sistem hemen o dizilimi ya genomdan çekip çıkarıyor. DNA nedir ve nasıl çalışır konusu ile ilgili detaylı bilgi için aşağıya bir kaç TED konuşması linki bıraktım, isteyen olursa konu ile ilgili ingilizce ve öğretici makaleler mevcut. Okuyan herkese teşekkür ederim.

Bu anonim bir yazıdır.

Kaynaklar

Bilgi paylaştıkça çoğalır 🙂 Arkadaşlarınla paylaşmak ister misin?
0

Bir Cevap Yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak.

Bilgi paylaşıldıkça çoğalır :)