Uluslararası bir araştırma ekibi, “XNA” adını verdikleri yapay nukleik asitlerin tıpkı insan gen yapısını oluşturan DNA ve RNA’lar gibi kendini kopyalama ve evrim ozelliği olduğunu ortaya cıkardı.
Science dergisinde yayımlanan araştırma, İngiltere’nin Cambridge Molekuler Biyoloji Medikal Araştırma Konseyi Laboratuvarı’ndan Philipp Holliger ve Vitor Pinheiro’nun başını cektiği ekip tarafından duzenlendi.
Sentetik biyoloji uzmanı iki İngiliz araştırmacı, yaptıkları keşfin sentetik biyoloji alanında cığır acan bir gelişme olduğunu ve bilim dunyasına genetik bilginin kokenlerine inebilecek kadar geniş bir uygulama alanı sunacağını ifade etti.
X-NA
Dunya uzerinde yaşayan her canlı icin, 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 molekul 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 icin kullanılıyor.
DNA ve RNA, nukleotid adı verilen uzun molekul zincirlerinden meydana geliyor. Bir nukleotid, 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 molekuller yer alıyor. Bu molekullerden bazıları beş karon atomu yerine dort veya yedi atom taşıyabiliyor.
Grafikte gosterilen ve FANA gibi florin atomu gibi spesifik yapıya sahip olan XNA’lar, DNA ve RNA’nın yapısını kopya ediyor ve aynı fonksiyonları gosteriyor. Ancak ortaya tamamen yeni ve yapay genetik yapılar cıkıyor.
EVRİM OZELLİĞİ
Bilim insanları XNA molekullerini 10 yıldan fazla araştırıyor. Ancak en son araştırma XNA’ların iki yeni ozelliğinin ortaya cıkarılması sayesinde gecmiştekilerden 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 molekuller sayesinde gercekleşiyor. Genetik muhendisliğinde CST olarak bilinen yontemle, Pinherio’nun ekibi, sadece bir DNA’dan XNA oluşturmakla kalmayan, aynı zamanda XNA’yı tekrar DNA’ya kopyalayabilen polimerazlar uretmeyi başardı. Boylece, XNA’larda genetik bilginin kopyalanması ve dağıtılmasını sağlayan genetik sistem oluşturulmuş oldu.
KILAVUZLU EVRİM
Bilim insanları, geliştirdikleri genetik sistem icin şu orneği verdi: Sınıf arkadaşınızın notlarını DNA zinciri olarak duşunebilirsiniz. Arkadaşınızın kalemi ise bilginin kağıda aktarılmasını sağlayacak kalem gorevi gormektedir. Eğer, arkadaşınızın notları XNA ‘dilinde’ yazılmışsa, bilginin kağıda aktarılması icin XNA genetik sistemi gerekecektir. Pinheiro, bu aşamada iki farklı yazma aracı geliştirdi. Biri, arkadaşınızın XNA dilindeki notlarını ilk once DNA diline ceviriyor, ikincisi de bu DNA notlarını XNA notlarına donuşturuyor.
Bilim insanları, genetik araştırmalarında cığır acabilecekleri yontemlerle, kilitli nukleik asitlerde (LNA) yuzde 95 ve cyclohexenyl nukleik asitlerde (CeNA) yuzde 99.6 uygunluk oranına ulaşmayı başardı.
Pinheiro, “Evrimin potansiyeli, ne kadar bilginin kopyalanabildiği ve kopyalama surecinde ne kadar az hata yaşandığına bağlı... Elde ettiğimiz sonuclar, evrim icin yeterli bir seviyeyi gosteriyor” dedi.
XNA’ların evrim kapasitesi, HNA xeno-nukleotidleriyle test edildi. Pinheiro, HNA’nın spesifik dizilimler gostererek bir RNA molekulune veya protine donuşebileceğini ifade etti. DNA’lar uzerinde bir suredir gercekelştirilen bu uygulama, “kılavuzlu evrim” olarak adlandırılıyor. Pinheiro, “Geliştirdiğimiz HNA sistemi, bilginin depolanması, kopyalanması ve evrimi icin oldukca elverişli” yorumunu yaptı.
YENİ YAŞAM FORMLARI
Bilim insanlarının elde ettiği sonuclar cok sayıda bir o kadar ceşitli. Araştırmacılar, yaptıkları deneylerle yaşamın kokeni hakkında onemli bilgiler elde edebileceklerini duşunuyor. XNA uzerinde gecmişte yapılan araştırmalar, RNA ve DNA oncesinde başka genetik sistemlerin var olabileceği ihtimaline odaklanıyordu. XNA’nın evrim ozelliğinin ortaya cıkarılması, bu olasılığın gercek olabileceğini gosterdi.
Pinherio, “Geliştirdiğimiz yontem bilimleri nukleik asit tedavilerinin gelişitirilmesin oncu olabilir” ifadesini kullandı. DNA veya RNA olarak bilinen doğal nukleik asitler, belli molekuler hedeflere bağlanacak şekilde bir araya getirilebiliyor. Ancak nukleik asitleri enzimler tarafından cozumlenmesi tedavi icin kullanılmalarını umkun kılmıyor.
Pinheiro, bu durumun onune gecmek icin, tıbbi kimya kullanılarak, evrim gecirmiş DNA dizinlerini değiştirebileceklerini, boylece nukleik asitin cozulmeden tedavi edici hedefe bağlanan fonksiyonal bir molekule donuşturulebileceğini yazdı. Ancak bu amaca ulaşabilmek oldukca zor. Pinheiro, bu tur tedavilerin geliştirilmesinin cok maliyetli olacağını belirtirken, bugune kadar piyasaya surulebilen nukleik asit tabanlı tek bir ilac (Macugen) olduğuna dikkat cekti.
Yine de Pinheiro ve ekibinin geliştirdiği altı XNA’nın tumu doğal DNA ve RNA’ya kıyasla, nukleaz enzimine daha direncli. Sonuc olarak, molekullerin tedavici edici hale geitirilmesi gerekmeyecek ve uygun bir XNA, vucutta bozulma olasılığı olmadan, tedavici edici ozelliğine gore kullanılabilecek.
Bu başarının elde edilebilmesi, diğer alanlarda da buyuk imkankar sunabilir: XNA, DNA ve RNA’dan bağımsız, yeni yaşam formlarının onunu acabilir. Hicbir biyolojik molekulun yardımına ihtiyac duymadan taşıdığı bilgiyi kopyalayabilen sentetik polimer XNA, bir gun Dunya’ya insan eliyle uretilen canlılar sunabilir.
Pinheiro, insan yapımı yaşam turleri icin kendini kopyalayabilen XNA sistemlerinin geliştirilerek hucrelere nakledilmesi gerektiğini ifade etti. Genetik bilimi bir gun bunu başarırsa, kendi ayakları uzerinde durabilen canlılar gorebiliriz.
Kaynak
__________________