İnsanlığın genetik haritasını kaplıcadaki bakteriler mi çıkardı?
Şu ana kadar binlerce insanın genetik haritası çıkarıldı ve bu bilgiler tıbbi araştırmaların geleceğini şekillendirmekte. Bugün vardığımız nokta, neredeyse 30 yıllık emeğin sonucu. Kaplıcalarda yaşayan bakterilerden, test tüpü içinde DNA çoğaltmaktan insanlığın genetik haritasına bir yolculuk...
1953’te DNA’nın gizemi çözüldüğünden beri moleküler biyoloji altın çağını yaşıyor. DNA’yı genetik kod olarak tanımlayabiliriz. Genetik kodumuz, çevresel faktörlerle birlikte bizi biz yapan tüm özelliklerimizi belirliyor: Saç rengi, göz rengi, hatta bazı hastalıklara yakalanma ihtimalimiz... Peki bu nasıl oluyor?
4 harfin değişik dizilimleri genetik bilgimizi kodluyor: A-T-G-C harfleri. İnsanların bir hücresindeki tüm DNA yaklaşık 3 milyar adet harften oluşuyor ve bu yaklaşık 20 bin gene tekabül ediyor. Yani DNA’da sadece bir gene yoğunlaşırsak “ATGGACCAACAAAACCAT...” diye uzayıp giden bir dizilim göreceğiz. Bu dizilimdeki bilgiyi kullanarak hücrelerimiz proteinler üretecek, proteinler de hücrede çeşitli görevleri yerine getirirken bizi biz yapan özelliklerimizi belirleyecekler.
İNSAN GENOM PROJESİ
Bir hücredeki genetik bilginin tamamına, yani 3 milyar harflik dizilime, “genom” deniyor. 1990’dan önce her bir genin dizilimi teker teker çıkartılıyordu. Bu yüzden sadece işlevi bilinen, önemsenen genlerin dizilimini biliyorduk ve DNA’mızın geri kalanı karanlık bir kutu gibiydi. 1990’da insanlığın genetik haritasını çıkarmak için çok büyük bir adım atıldı. Bir insandaki genetik kodun tamamını, yani genomu oluşturan 3 milyar harfi, 20 bin geni birden çözmek için tarihi bir proje başlatıldı: İnsan Genom Projesi. Bu uluslararası proje Amerika, İngiltere, Fransa, Almanya, Japonya ve Çin’den araştırmacıları kapsıyordu. 13 yıl sürdü ve toplam 2.7 milyar dolar tuttu. 2003’te sona eren proje sayesinde 1800’den fazla hastalık geni keşfedildi ve hastalıklara yakalanma riskini değerlendirmek için 2000’den fazla genetik test geliştirildi. Bunun en medyatik örneği Angelina Jolie’nin meme kanseri geni BRCA1 için yaptırdığı genetik test. Jolie, meme kanseri riski yüzde 87 olduğu için 2013’te önleyici bir operasyon ile iki memesini de aldırdı.
TEKNOLOJİ GELİŞTİKÇE FİYATLAR DÜŞTÜ
Tek bir insanın genetik haritasını genel hatlarıyla çıkarmak tabii ki bilim insanlarına yetmedi. Ne kadar çok insanın genetik haritasını çıkarırsak, kendimiz hakkında o kadar çok şey öğrenebiliriz. Ve her öğrendiğimiz bilgiyi hastalıkları tedavi etmek veya yaşam kalitemizi artırmak için kullanabiliriz. Sadece 10 yıl önce, 2007’de, tek bir insanın genomunu çözmek 350 bin dolarken, 2010’da 50 bin dolar tutuyordu. 2015’te gelişen teknoloji sayesinde bu fiyat kişi başı 1000 dolara düştü ve bu pek çok yeni analizi mümkün kıldı.
Gelelim günümüze... 60 binden fazla insanın genetik haritasını kapsayan veri tabanları mevcut. Bu veri tabanlarındaki genetik kod bilgisayarlarla analiz ediliyor, çünkü 60 bin kişiden gelen milyonlarca harfi gözle bakarak kıyaslamak imkânsız. Yani artık biyoinformatik bilim dalı tıbbi araştırmaların vazgeçilmez bir parçası haline geldi.
ÇEŞİTLİLİĞİ ARTIRMAK ŞART
Önümüzde hâlâ birkaç sorun var. Bunlardan biri, veri tabanlarındaki bilginin çoğunlukla Avrupalı beyaz insanlardan gelmesi. Asyalı, Afrikalı, Latino gibi gruplardan gelen bilgi çok sınırlı. Bu durumu çok sesli bir orkestrayla tek bir enstrüman arasındaki farka benzetebiliriz.
Etnik kökeni benzer insanlardaki çoğu gen benzer durumda oluyor. Tek tip insan grubuna bakınca ortaya yanıltıcı sonuçlar çıkabiliyor. Örneğin, sadece Avrupalılara bakınca hastalığa yol açıyormuş gibi görünen bir genetik değişiklik, aslında hastalıkla tamamen alakasız olabilir. Bunu da farklı etnik kökenlerden insanlara baktığımızda o genetik değişikliğin sağlıklı pek çok insanda bulunduğunu görünce anlayabiliyoruz.
Tek bir etnik gruptan bilgi almanın diğer dezavantajı, geliştirilen ilaçların azınlık gruplarda çok farklı etkilere yol açabilmesi. Mesela 2015’te Zimbabve’de HIV ilacı olarak kullanılan efavirenz, Afrikalıların yüzde 20’sinde bulunan yaygın bir genetik değişiklikten ötürü kan dolaşımında birikerek halüsinasyon, depresyon ve intihar eğilimine yol açmıştı. Zamanla daha farklı etnik kökenlerden insanlar veri tabanlarında temsil edildikçe pürüzler giderilecek.
TÜMÖR GENETİK HARİTALARI İLE UYGUN TEDAVİLER SEÇİLECEK
Bu teknoloji sadece insanlar arasındaki farklılıkları anlamak açısından önemli değil, kanserle savaşırken daha net teşhis koyabilmek ve daha doğru tedaviler seçebilmek için de kullanılıyor. Hücrede biriken genetik bozukluklar, tümör oluşumuna yol açar ve her tümördeki bozukluk farklıdır. Genelde tümörler vücutta bulunduğu yere göre sınıflandırılıyor, akciğer kanseri, prostat kanseri gibi. Tedavi de ona göre belirleniyor. Hastalardan alınan tümörlerin genetik haritası çıkarılırsa hangi ilacın kullanılacağına tümörün konumundan ziyade genetik haritasına göre karar verilebilir. Çünkü her ilaç farklı bir geni hedef alıyor ve tümörde bozulan genin ne olduğunu bilirsek bozulan geni durdurmak için daha uygun bir ilaç seçebiliriz. Mesela meme kanserinde 4 farklı genetik tip var ve her birine farklı tedaviler iyi geliyor. Veya akciğer kanserine sebep açan ROS1 genindeki bozukluksa, tedaviye olumlu yanıt verme ihtimali daha yüksek. Tümörün genetik haritası ve hangi tedavinin işe yaradığı bilgisi daha çok hastadan elde edildikçe doğru tedavileri seçmekte daha başarılı olacağız.
HEPSİ KAPLICADA YAŞAYAN BAKTERİLER SAYESİNDE
İnsanlığın genetik haritasını çıkarmamızı ve tüm bu bahsettiklerimi gerçekleştirmemizi sağlayan ileri teknolojiler, aslında çok daha basit bir tekniğe dayanıyor. “Polimeraz Zincir Reaksiyonu (PCR)” adı verilen 1993 Nobel Kimya Ödüllü teknik, bir test tüpü içinde eser miktarda bulunan DNA’yı çoğaltmamızı sağlıyor. Ayrıca popüler kültüre sızmış pek çok DNA analizi de PCR sayesinde mümkün. Polisiye televizyon şovlarında görüyoruz, olay mahallinde bulunan eser miktardaki DNA çoğaltılıyor, analiz ediliyor ve suçlu yakalanıyor. Veya pembe dizilerde çocuğun babası kim anlamak için babalık testi yapılıyor. Bütün bu analizleri mümkün kılan PCR, kaplıcalardaki bakteriler sayesinde geliştirildi desem şaşırır mısınız?
1983’te araştırmacılar bir test tüpü içinde kolayca DNA çoğaltamıyordu. Çünkü DNA sentezlemek için önce DNA çift sarmalını ayrıştırmak gerekiyordu. Çift sarmalı ayrıştırmak için gereken yüksek sıcaklıklar ise DNA sentezleyen enzimlerin bozulmasına yol açıyordu. Yani yüksek sıcaklıklara dayanabilecek DNA sentezleyen enzimler lazımdı. Fakat o dönemde genel kanı, çok yüksek sıcaklıklarda enzimler işlevini yitirdiği için, 55 derecenin üzerinde yaşamın mümkün olamayacağı yönündeydi. Ta ki 1967’de Thomas Brock adında genç bir biyolog, Yellowstone Ulusal Parkı’ndaki kaplıcalarda 70-80 derecede yaşayabilen “thermus aquaticus” bakterisini keşfedene kadar. Bu bakterinin DNA sentezlemek için kullandığı enzim, 80 derecede bile çalışabiliyordu, yani DNA çift sarmalını ayrıştırmak için gerekli yüksek sıcaklıklara dayanabilirdi. Kary Mullis sayesinde bu enzim, bir test tüpü içinde DNA kopyalamak için kullanıldı ve PCR 1993’te Nobel Kimya Ödülü’nü kazandı. Kısacası, günümüzde moleküler biyoloji araştırmalarında kullanılan en yaygın teknik olan PCR, eğer Brock kaplıcalardaki bakterileri merak etmese ve Mullis bu dahiyane bağlantıyı kuramasa belki de hiç geliştirilemeyecekti. PCR olmadan da insanlığın genetik haritası çıkarılamayacaktı!
