'XNA' ile yapay canlılar üretilecek

Uluslararası bir araştırma ekibi, “XNA” adını verdikleri yapay nükleik asitlerin tıpkı insan gen yapısını oluşturan DNA ve RNA’lar gibi kendini kopyalama ve evrim özelliği olduğunu ortaya çıkardı.

Science dergisinde yayımlanan araştırma, İngiltere’nin Cambridge Moleküler Biyoloji Medikal Araştırma Konseyi Laboratuvarı’ndan Philipp Holliger ve Vitor Pinheiro’nun başını çektiği ekip tarafından düzenlendi.

Sentetik biyoloji uzmanı iki İngiliz araştırmacı, yaptıkları keşfin sentetik biyoloji alanında çığır açan bir gelişme olduğunu ve bilim dünyasına genetik bilginin kökenlerine inebilecek kadar geniş bir uygulama alanı sunacağını ifade etti.
 

X-NA

Dünya üzerinde yaşayan her canlı için, DNA’larında taşınan bilgi, genetik yapı taşlarını oluşturuyor. Ayrıca, bilgiyi tıpkı DNA gibi taşıyabilen, sentetik bir polimer olan XNA adında bir genetik yapı daha bulunuyor. XNA, DNA’ya kıyasla daha farklı bir molekül yapısı barındırıyor.

XNA’daki “X”, xeno anlamına geliyor. Xeno eki, bilim insanları tarafından, DNA ve RNA’daki yapı taşlarının yerini alan doğadaki farklı bir girdinin temsili için kullanılıyor.

DNA ve RNA, nükleotid adı verilen uzun molekül zincirlerinden meydana geliyor. Bir nükleotid, fosfat (grafikte kırmızı), bel karbonlu (pentoz) şeker (sarı) ve beş azotlu baz; Guanin, sitozin, Timin, Adenin ve Urasil'den oluşuyor.

Pinherio ve ekibi tarafından incelenen XNA yapısı, DNA ve RNA’dan tek bir istisna ile ayrılıyor: XNA’da, DNA ve RNA’ya isimlerini veren deoksiriboz veya riboz şekerlerinin yerinde farklı moleküller yer alıyor. Bu moleküllerden bazıları beş karon atomu yerine dört veya yedi atom taşıyabiliyor.

Grafikte gösterilen ve FANA gibi florin atomu gibi spesifik yapıya sahip olan XNA’lar, DNA ve RNA’nın yapısını kopya ediyor ve aynı fonksiyonları gösteriyor. Ancak ortaya tamamen yeni ve yapay genetik yapılar çıkıyor.

Evrim özelliği

Bilim insanları XNA moleküllerini 10 yıldan fazla araştırıyor. Ancak en son araştırma XNA’ların iki yeni özelliğinin ortaya çıkarılması sayesinde geçmiştekilerden farklılaşıyor. Bunlar, kopyalama ve evrim.

Pinherio, “Herhangi bir polimer bilgi depolayabilir... DNA ve RNA’yı spesifik kılan, işlenmiş olan bilgiye erişilebilmesi ve kopyalanabilmesidir. Bir genetik polimerdeki bilginin bir diğerine kopyalanabilmesi, bilginin kalıtımsal olarak taşınabilmesini sağlar” dedi.

DNA ve RNA’da, kopyalama işlemi polimeraz adı verilen moleküller sayesinde gerçekleşiyor. Genetik mühendisliğinde CST olarak bilinen yöntemle, Pinherio’nun ekibi, sadece bir DNA’dan XNA oluşturmakla kalmayan, aynı zamanda XNA’yı tekrar DNA’ya kopyalayabilen polimerazlar üretmeyi başardı. Böylece, XNA’larda genetik bilginin kopyalanması ve dağıtılmasını sağlayan genetik sistem oluşturulmuş oldu.

Kılavuzlu evrim

Bilim insanları, geliştirdikleri genetik sistem için şu örneği verdi: Sınıf arkadaşınızın notlarını DNA zinciri olarak düşünebilirsiniz. Arkadaşınızın kalemi ise bilginin kağıda aktarılmasını sağlayacak kalem görevi görmektedir. Eğer, arkadaşınızın notları XNA ‘dilinde’ yazılmışsa, bilginin kağıda aktarılması için XNA genetik sistemi gerekecektir. Pinheiro, bu aşamada iki farklı yazma aracı geliştirdi. Biri, arkadaşınızın XNA dilindeki notlarını ilk önce DNA diline çeviriyor, ikincisi de bu DNA notlarını XNA notlarına dönüştürüyor.

Bilim insanları, genetik araştırmalarında çığır açabilecekleri yöntemlerle, kilitli nükleik asitlerde (LNA) yüzde 95 ve cyclohexenyl nükleik asitlerde (CeNA) yüzde 99.6 uygunluk oranına ulaşmayı başardı.

Pinheiro, “Evrimin potansiyeli, ne kadar bilginin kopyalanabildiği ve kopyalama sürecinde ne kadar az hata yaşandığına bağlı... Elde ettiğimiz sonuçlar, evrim için yeterli bir seviyeyi gösteriyor” dedi.

XNA’ların evrim kapasitesi, HNA xeno-nükleotidleriyle test edildi. Pinheiro, HNA’nın spesifik dizilimler göstererek bir RNA molekülüne veya protine dönüşebileceğini ifade etti. DNA’lar üzerinde bir süredir gerçekelştirilen bu uygulama, “kılavuzlu evrim” olarak adlandırılıyor. Pinheiro, “Geliştirdiğimiz HNA sistemi, bilginin depolanması, kopyalanması ve evrimi için oldukça elverişli” yorumunu yaptı.

Yeni yaşam formları

Bilim insanlarının elde ettiği sonuçlar çok sayıda bir o kadar çeşitli. Araştırmacılar, yaptıkları deneylerle yaşamın kökeni hakkında önemli bilgiler elde edebileceklerini düşünüyor. XNA üzerinde geçmişte yapılan araştırmalar, RNA ve DNA öncesinde başka genetik sistemlerin var olabileceği ihtimaline odaklanıyordu. XNA’nın evrim özelliğinin ortaya çıkarılması, bu olasılığın gerçek olabileceğini gösterdi.

Pinherio, “Geliştirdiğimiz yöntem bilimleri nükleik asit tedavilerininde öncü olabilir” ifadesini kullandı. DNA veya RNA olarak bilinen doğal nükleik asitler, belli moleküler hedeflere bağlanacak şekilde bir araya getirilebiliyor. Ancak nükleik asitleri enzimler tarafından çözümlenmesi tedavi için kullanılmalarını mümkün kılmıyor.

Pinheiro, bu durumun önüne geçmek için, tıbbi kimya kullanılarak, evrim geçirmiş DNA dizinlerini değiştirebileceklerini, böylece nükleik asitin çözülmeden tedavi edici hedefe bağlanan fonksiyonal bir moleküle dönüştürülebileceğini yazdı. Ancak bu amaca ulaşabilmek oldukça zor. Pinheiro, bu tür tedavilerin geliştirilmesinin çok maliyetli olacağını belirtirken, bugüne kadar piyasaya sürülebilen nükleik asit tabanlı tek bir ilaç (Macugen) olduğuna dikkat çekti.

Yine de Pinheiro ve ekibinin geliştirdiği altı XNA’nın tümü doğal DNA ve RNA’ya kıyasla, nükleaz enzimine daha dirençli. Sonuç olarak, moleküllerin tedavici edici hale geitirilmesi gerekmeyecek ve uygun bir XNA, vücutta bozulma olasılığı olmadan, tedavici edici özelliğine göre kullanılabilecek.

Bu başarının elde edilebilmesi, diğer alanlarda da büyük imkankar sunabilir: XNA, DNA ve RNA’dan bağımsız, yeni yaşam formlarının önünü açabilir. Hiçbir biyolojik molekülün yardımına ihtiyaç duymadan taşıdığı bilgiyi kopyalayabilen sentetik polimer XNA, bir gün Dünya’ya insan eliyle üretilen canlılar sunabilir.

Pinheiro, insan yapımı yaşam türleri için kendini kopyalayabilen XNA sistemlerinin geliştirilerek hücrelere nakledilmesi gerektiğini ifade etti. Genetik bilimi bir gün bunu başarırsa, kendi ayakları üzerinde durabilen canlılar görebiliriz.