Menü Kapat

Yapay Yaşam İçin Sentetik Enzim Nasıl Katalizör Oldu?

Canlı organizmaların genlerini düzenlemek ya da daha akıllı suni zekalar yaratmakla yetinmeyen bilim adamları, sonunda sıfırdan ve benzersiz suni yaşam biçimlerinin biyoloji mühendisliğini yapmayı başardılar. Princeton Üniversitesi’nde sürdürülen çalışmalarda, araştırmacılar geliştirdikleri suni proteinin canlı bakterilerde bir enzim olarak işlev gördüğünü kannıtlayarak, geleceğe bir adım daha yaklaştılar.

2010 senesinde, bilim adamları, doğal bir hücrede, bilgisayarla tasarlanan bir genomdan, kendini çoğaltabilen sentetik bir organizma oluşturmuştu. 2016’da, Scripps Araştırma Enstitüsü, genomunda tamamen yeni iki DNA nükleobazı olan bir bakteri yarattığını açıkladı ve son olarak, 2017’de yepyeni bir protein oluşturduklarını bildirdi. Scripps araştırmacıları, genetik koduna eklenen fazladan bazlarla birlikte ilk kararlı yarı sentetik organizmayı yarattığını açıkladı. Tek hücreli organizma, bölünürken, eklenmiş sentetik baz çiftini de devamlı olarak çoğaltabiliyor; bu da gelecekteki sentetik organizmaların DNA dizilerinde sonsuza kadar fazladan eklenen genetik bilgiyi taşıyabileceği anlamına geliyor.

Tüm organizmaların hücreleri, DNA’larında genetik bilgi olarak, iki baz çiftli, A, T, C, G (Adenin, Sitozin, Timin, Guanin) olmak üzere dört molekülden oluşan bir dizi içeriyor. Bunların herbirinin bir azotlu baz, bir fosfat molekülü ve bir şeker molekülünden oluşan bir nükleotid olduğu, ek olarak sadece A’nın, T ile, ve C’nin G ile eşleştiği bilinmektedir. Bu nükleotidler, bir nükleotidin şekeri ile bir diğerinin fosfatı arasındaki kovalent (elektron ile bağlanmış) bağlarla bir zincir halinde, şeker fosfat omurgasını oluşturmaktadır.

Scripps ekibi, E.koli taşıyıcı organizmanın genetik koduna “X” ve “Y” dedikleri iki sentetik baz ekledi ve sonrasında bunun ilave DNA molekülleri bozulmadan yaşaması, çoğalması ve canlı kalması için gerekli kimyasal ortamı hazırladı. Araştırmacılardan Floyd Romesberg, “Böylece yarı sentetik bir organizmayı, doğal bir canlıya benzer hale getirdik.dedi. Artık yaşam ışığının sönmemesini sağlayabiliriz. Bu da yaşamın tüm süreçlerinin manipülasyona tabi tutulabileceğini gösteriyor.” dedi.

Senelerdir aynı mevzu üstünde çalışan Princeton ekibi, bu tür deneylerde kontrol amacıyla yaygın olarak kullanılan, basit bir bakteri türü olan E.koli (Escherichia coli) için suni proteinler yarattılar. Sonuçları kontrol etmek için, bakterilerin hayatta kalması için gerekli olan ve hayati bir mineral olan demiri elde etmek için, hücrelerin kullandığı Fes enziminin üretetilebilmesini engelleyen bazı genleri kaldırdı. Ekip, sonrasında da eksik fonksiyonların yerini alabilecek, bakterileri “kurtaracak” ya da canlandıracak proteinleri ekledi.

Araştırmacılar yeni proteinlerinden ikisinin, eksik enzimleri telafi ederek hücredeki diğer proseslerin üretimini artırdığını ve E. coli’yi canlı tuttuğunu keşfettiler. Ayrıca başka bir protein de problemi doğrudan çözdü. Araştırmacılardan Ann Donnelly, “Syn-F4 adını verdiğimiz bu suni protein aslen bir enzimdi. Bu bizim için olağanüstü ve inanılmaz bir andı. Deneyi birkaç kez tekrarlamadan herhangi bir açıklama yapmak istemedik” diyor. Donnelly, hücrelerin demir elde edebildiğini fark etti ve Syn-F4’ün bir enzim olduğunu düşündü. Testi birkaç kez daha tekrarlayıp emin olduktan sonra, onu laboratuvarı yöneten araştırmacı Michael Hecht’in dikkatine sundu.

Hecht, “Biyoloji, biyokimyasal reaksiyonların ve katalizörlerin sistemidir. Her basamak onu katalize eden bir enzime sahiptir, aksi takdirde reaksiyonlar yaşamın var olması için yeterince hızlı olamazlar. Her enzim katalizör bir proteindir. Ve enzimler, buna milyarlarca yıl harcayan evrimin en iyi katalizörüdür. Enzimler, reaksiyonun hızını sayısız büyüklüklerde arttırır” diyor.
Araştırmacılar hala yaşamın yapı taşlarını incelemeye devam ederken, işlevsel bir suni enzim, tamamen sentetik bir biyolojiyi geliştirmeye yönelik devasa bir adımdır. Bu sentetik yaşam biçimleri, yiyecek, yakıt ya da ilaç geliştirmede etkili olacak şekilde tasarlanabilmelerinin yanı sıra, başka koşullar altında, mesela diğer gezegenlerde, yaşamın nasıl geliştiğini ya da geliştirilebileceğini anlamamıza da yardımcı olabilir.

Hecht, “Suni bir genomu kodlamaya başladık” diyor. E.koli genomunun yüzde 0.1’ini tamamlandı. Şu an için, bazı suni genlerin büyümesine izin verdiği acayip bir E.koliye sahibiz. Yüzde 10 yada yüzde 20’ye ulaşıldığında, sadece suni genlere sahip acayip bir E.koliden değil, yeni bir suni organizmadan, yani suni yaşamdan söz ediyor olacağız.

Kaynakça:
-Yorke Zhang, Brian M. Lamb, Aaron W. Feldman, Anne Xiaozhou Zhou, Thomas Lavergne, Lingjun Li, Floyd E. Romesberg, “A semisynthetic organism engineered for the stable expansion of the genetic alphabet”, Pnas, vol.114 no.6.
-Ann E Donnelly, Grant S Murphy, Katherine M Digianantonio & Michael H Hecht, “A de novo enzyme catalyzes a life-sustaining reaction in Escherichia coli”, Nature Chemical Biology, doi:10.1038/nchembio.2550.

Gönderiye Yorum Yap