Canlı organizmaların genlerini düzenlemek ya da daha akıllı yapay zekalar yaratmakla yetinmeyen bilim insanları, sonunda sıfırdan ve benzersiz yapay yaşam biçimlerinin biyoloji mühendisliğini yapmayı başardılar Princeton Üniversitesi’nde sürdürülen çalışmalarda, araştırmacılar geliştirdikleri yapay proteinin canlı bakterilerde bir enzim olarak işlev gördüğünü kannıtlayarak, geleceğe bir adım daha yaklaştılar
2010 yılında, bilim insanları, doğal bir hücrede, bilgisayarla tasarlanan bir genomdan, kendini çoğaltabilen sentetik bir organizma oluşturmuştu 2019’da, Scripps Araştırma Enstitüsü, genomunda tamamen yeni iki DNA nükleobazı olan bir bakteri yarattığını açıkladı ve son olarak, 2019’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 sürekli 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, ayrıca 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, Ekoli taşıyıcı organizmanın genetik koduna “X ve “Y dedikleri iki sentetik baz ekledi ve daha sonra 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 getirdikdedi Artık hayat ışığının sönmemesini sağlayabiliriz Bu da yaşamın tüm süreçlerinin manipülasyona tabi tutulabileceğini gösteriyor dedi
Yıllardır aynı konu üzerinde çalışan Princeton ekibi, bu tür deneylerde test amacıyla yaygın olarak kullanılan, basit bir bakteri türü olan Ekoli (Escherichia coli) için yapay 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, daha sonra 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 Bu arada başka bir protein de problemi doğrudan çözdü Araştırmacılardan Ann Donnelly, “SynF4 adını verdiğimiz bu yapay protein aslında 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 SynF4’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 yapay enzim, tamamen sentetik bir biyolojiyi geliştirmeye yönelik dev bir adımdır Bu sentetik yaşam biçimleri, yiyecek, yakıt ya da ilaç geliştirmede etkili olacak şekilde tasarlanabilmelerinin yanı sıra, başka koşullar altında, örneğin diğer gezegenlerde, yaşamın nasıl geliştiğini ya da geliştirilebileceğini anlamamıza da yardımcı olabilir
Hecht, “Yapay bir genomu kodlamaya başladık diyor Ekoli genomunun yüzde 01’ini tamamlandı Şu an için, bazı yapay genlerin büyümesine izin verdiği garip bir Ekoliye sahibiz Yüzde 10 veya yüzde 20’ye ulaşıldığında, sadece yapay genlere sahip garip bir Ekoliden değil, yeni bir yapay organizmadan, yani yapay 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, vol114 no6
Ann E Donnelly, Grant S Murphy, Katherine M Digianantonio & Michael H Hecht, “A de novo enzyme catalyzes a lifesustaining reaction in Escherichia coli, Nature Chemical Biology, doi:101038nchembio2550
2010 yılında, bilim insanları, doğal bir hücrede, bilgisayarla tasarlanan bir genomdan, kendini çoğaltabilen sentetik bir organizma oluşturmuştu 2019’da, Scripps Araştırma Enstitüsü, genomunda tamamen yeni iki DNA nükleobazı olan bir bakteri yarattığını açıkladı ve son olarak, 2019’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 sürekli 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, ayrıca 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, Ekoli taşıyıcı organizmanın genetik koduna “X ve “Y dedikleri iki sentetik baz ekledi ve daha sonra 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 getirdikdedi Artık hayat ışığının sönmemesini sağlayabiliriz Bu da yaşamın tüm süreçlerinin manipülasyona tabi tutulabileceğini gösteriyor dedi
Yıllardır aynı konu üzerinde çalışan Princeton ekibi, bu tür deneylerde test amacıyla yaygın olarak kullanılan, basit bir bakteri türü olan Ekoli (Escherichia coli) için yapay 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, daha sonra 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 Bu arada başka bir protein de problemi doğrudan çözdü Araştırmacılardan Ann Donnelly, “SynF4 adını verdiğimiz bu yapay protein aslında 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 SynF4’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 yapay enzim, tamamen sentetik bir biyolojiyi geliştirmeye yönelik dev bir adımdır Bu sentetik yaşam biçimleri, yiyecek, yakıt ya da ilaç geliştirmede etkili olacak şekilde tasarlanabilmelerinin yanı sıra, başka koşullar altında, örneğin diğer gezegenlerde, yaşamın nasıl geliştiğini ya da geliştirilebileceğini anlamamıza da yardımcı olabilir
Hecht, “Yapay bir genomu kodlamaya başladık diyor Ekoli genomunun yüzde 01’ini tamamlandı Şu an için, bazı yapay genlerin büyümesine izin verdiği garip bir Ekoliye sahibiz Yüzde 10 veya yüzde 20’ye ulaşıldığında, sadece yapay genlere sahip garip bir Ekoliden değil, yeni bir yapay organizmadan, yani yapay 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, vol114 no6
Ann E Donnelly, Grant S Murphy, Katherine M Digianantonio & Michael H Hecht, “A de novo enzyme catalyzes a lifesustaining reaction in Escherichia coli, Nature Chemical Biology, doi:101038nchembio2550