Doğal evrim, genetik mutasyonların kademeli olarak birikmesine dayanan ve oldukça yavaş ilerleyen bir süreçtir. Son yıllarda bilim insanları bu süreci, laboratuvarlarda hızla yeni proteinler ve diğer moleküller oluşturmalarına olanak sağlayacak şekilde küçük ölçekte hızlandıran ve ‘yönlendirilmiş evrim’ olarak da bilinen yöntemi buldu.
Şimdiyse MIT'den araştırmacılar, paralel olarak 100 kat daha fazla yönlendirilmiş evrim deneyi yapabilmenin ve daha büyük bir popülasyona bir çözüm bulabilmenin yanı sıra bunların gelişimini eş zamanlı olarak takip edebilen bir robotik platform geliştirdi. Platformun yeni molekülleri daha hızlı geliştirmeye yardımcı olmaya ek olarak doğal evrimi simüle etmek ve nasıl çalıştığına dair temel soruları yanıtlamak için de araştırmacılara yardımcı olması bekleniyor.
Yeni sistem, virüslere 'bebek bakıcılığı' yapıyor
Yönlendirilmiş evrimin, mühendislik disiplini ve bilim bir yana, daha çok bir ‘sanat’ olduğunu kaydeden MIT Medya Laboratuvarı’ndan yardımcı doçent ve çalışmanın kıdemli yazarı Kevin Esvelt, bunun sadece farklı permutasyonları sistematik olarak keşfedip sonuçları gözlemleyene kadar geçerli olduğunu ifade ediyor.
Bundan yaklaşık 10 yıl öncesinde Harvard Üniversitesi'nde yüksek lisans öğrencisi olan Esvelt, yönlendirilmiş evrimi hızlandırmanın bir yolunu geliştirdi. Bu yaklaşımda Esvelt, proteinlerin istenen bir işleve doğru daha hızlı evrimleşmesine yardımcı olmak için bakteriyofajlardan (bakterileri enfekte eden virüsler) faydalandı. Sürekli olarak devam eden bu süreçte her mutasyon yaklaşık 20 dakika kadar sürerken, herhangi bir insan müdahalesine gerek kalmadan birçok kez de tekrarlandı. Faj destekli sürekli evrim veya PACE olarak bilinen bu yöntemi kullanan yönlendirilmiş evrim, geleneksel yönlendirilmiş evrim deneylerinden 1 milyar kat daha hızlı gerçekleştirebiliyordu.
Nature Methods makalesinde açıklandığı üzere PRANCE olarak adlandırılan faj ve robotik destekli yeni teknik ise farklı koşullar kullanılarak paralel olarak 100 kat daha fazla popülasyon geliştirebiliyor. PRANCE sisteminde her viral popülasyon, evrim sürecinden geçerken bir robot tarafından takip ediliyor. Virüs istenen proteini üretmeyi başardığında ise robotun algılayabileceği bir floresan protein üretiliyor.
Araştırma ekibi üyelerinden Erika DeBenedictis, "Robot, virüslerin iyi performans gösterip göstermediğini veya gerçekten mücadele edip etmediklerini ve onlara yardım etmek için bir şeyler yapılması gerekip gerekmediğini görmesini sağlayan bu verileri ölçerek bir virüs popülasyonuna bebek bakıcılığı yapabilir" şeklinde kaydediyor. Bu da demek oluyor ki yeni sistem, hayatta kalmakta zorlanan virüslerin yok olmasını engellemek ve hedeflenen proteinin istenen şekilde evrimleşmesi için yardımcı olabiliyor.
Yeni sistem, evremin tarihsel geçmişine de ışık tutabilir
Araştırmacılar şimdi de PRANCE’i yeni küçük moleküllü ilaçlar yapmak için kullanıyor. Bu tür büyük ölçekli yönlendirilmiş evrim için diğer olası uygulamalar arasında, plastiği daha verimli bir şekilde parçalayan enzimleri veya epigenomu düzenleyebilen molekülleri geliştirmeye çalışmak yer alıyor.
Bu yeni sistem, bilim insanlarının belirli bir evrimsel sonuca yol açan süreci daha iyi anlamasına da yardımcı olabilir. Sistem sayesinde bilim insanları pek çok popülasyonu paralel olarak inceleyebildikleri için; mutasyon oranı, orijinal popülasyonun boyutu ve çevresel koşullar gibi faktörleri ayarlayabilir ve ardından bu varyasyonların sonucu nasıl etkilediğini analiz edebilir. Bu tür büyük ölçekli ve kontrollü bir deney, evrimin doğal olarak nasıl meydana geldiğiyle ilgili temel sorulara da potansiyel olarak cevaplar bulabilir.
Konuya dair "Sistemimiz, sistemde neler olduğunu büyük ölçüde daha iyi anlayarak bu evrimleri gerçekten gerçekleştirmemize olanak sağlıyor" ifadelerini kullanan araştırma ekibinden Emma Chory, "Evrimin sadece bitiş noktasını değil tarihini de öğrenebiliriz." şeklinde kaydediyor.