ANTİK DNA: FOSİLLEŞMİŞ KEMİKLERİN SÖZCÜSÜ

Hepimiz Jurassic Park’ı izlerken içimizden “Hadi canım bu bilim kurgudan başka bir şey olamaz!” demişizdir. Ancak son yıllarda bilim insanlarının yaptığı çalışmalar gösteriyor ki bu sadece bir bilim kurgudan ibaret değil. “Nasıl yani, dinozorları geri getirebilir miyiz? Bir T.rex’i veya dodo kuşunu yeniden canlandırabilir miyiz?” dediğinizi duyar gibiyim. Bunun cevabına geçmeden önce gelin bu Jurassic Park hayalini bizim için gerçekleşebilir hale getiren molekül ile tanışalım. Bütün bunları yapabilen molekülün adı: Antik DNA

Merhaba değerli okuyucu, Esra Nur ben. Tıpkampüs Blog’un bana ayrılan bu bölümünde size bu soruların cevaplarını vereceğim:

• Nedir bu Antik DNA? Nasıl oluyor da on binlerce yıl önce nesli tükenmiş bir canlının fosilleşmiş kemiğinden DNA elde edebiliyoruz?
• Bu çığır açıcı yöntemle acaba daha önce neler gerçekleştirildi?
• Hiçbir buluş eksiksiz ve mükemmel olmaz. Acaba bu buluşun eksiklikleri neler?
• Bu buluş sayesinde nesli tükenmiş canlıları geri getirebilir miyiz, yoksa çoktan geri getirdik mi?

Çayınızı veya kahvenizi hazırladıysanız Antik DNA’nın derinliklerine yolculuğumuz başlıyor. Keyifli okumalar dilerim.

Nereden çıktı bu Antik DNA? Bunu daha iyi anlamak için, kemerlerinizi bağladıysanız, gelin önce bir zaman makinesiyle 1980’li yıllara gidelim ve Antik DNA’nın tarihçesine göz atalım.

Antik DNA’nın Tarih Yolculuğundaki Durakları

Antik DNA’nın tarih sahnesine ilk çıktığı tarih :1984. Bu tarihte Russell Higuchi ve arkadaşları Quagga denilen ve günümüzdeki zebranın atası olduğu düşünülen canlı üzerinde çalışmalar yaptı ve bu çalışma Antik DNA araştırmalarının başlangıç noktası olarak kabul edildi. Fakat bu konuyla ilgili çalışmaların hız kazanması 1980’lerin sonunda gerçekleşti. Bunu sağlayan olay ise Polimeraz Zincir Reaksiyonu(PCR)’nun tarih sahnesine çıkmasıydı.

Tabii ki Antik DNA’nın yolculuğu burada bitmiyor. 2015 yılında Colossal Biosciences şirketinin kurucularından biri olan George Church, ekibiyle birlikte mamut DNA’sını modern fil DNA’sı ile birleştirmeye başladı. Bu çalışmaları hala devam ediyor. Eğer bu çalışmalarını başarabilirlerse mamutlardaki bazı özellikleri fillere aktarabileceklerini söylüyorlar.

Yolculuğun ilerleyen aşamasında 2022 yılına geldiğimizde Svante Pääbo’ya nesli tükenmiş homininler ve insan evrimi ile ilgili keşifleri ( Pääbo, Neandertal genomunu başarıyla dizileyen ilk kişidir. Bu, insan evrimi hakkında devrim niteliğinde bilgiler sağlamıştır. Ayrıca, daha önce bilinmeyen bir hominin türü olan Denisovanlar’ı keşfetmiştir.) nedeniyle Nobel Fizyoloji veya Tıp Ödülü verilmiştir.

Bu kadar uzun yoldan gelen Antik DNA’nın günümüzdeki son durağında ise yine Colossal Biosciences şirketi nesli yaklaşık 10.000 yıl önce tükenmiş olan ve Game Of Thrones dizisi vasıtasıyla hepimizin bildiği ulukurtları sentetik olarak tekrardan üretmeyi başardı. Evet, yanlış okumadınız! Şu an dünyamızda nesli binlerce yıl önce tükenmiş ulukurtlardan (dire wolf) Romulus ve Remus isimli iki erkek ve onlardan biraz daha küçük Khaleesi adlı bir dişi kurt yaşıyor. Bu mucizeyi başarmamızı sağlayan ise fosilleşmiş ulukurt kemiklerinden elde ettiğimiz Antik DNA. Şirket bununla da yetinmedi yaptığı bir açıklamada birkaç yıl içinde sentetik mamutları üretmeyi hedeflediğini açıkladı. Görünen o ki Antik DNA’nın yolculuğu daha çok uzun yıllar devam edecek.

Peki nasıl oluyor da fosilleşmiş kemiklerden DNA elde edebiliyoruz?

ANTİK DNA(aDNA) NEDİR?

Antik DNA geçmişten günümüze kadar ulaşmış bir zaman kapsülü gibidir. Bu kapsülü açıp içindeki gen şifrelerini çözümleyebilirsek geçmişte yaşamış ve nesli çoktan tükenmiş birçok canlının yaşam biçimleriyle ilgili bilgilere ulaşabiliriz. Fakat şimdiden söylemeliyim bu çok meşakkatli bir süreç. Bunun nedenlerine ise yazının ileriki kısımlarında değineceğiz.

Antik DNA ile ilgili  Adelaide Üniversitesi Biyolojik Bilimler Fakültesi’nde Antik DNA araştırmacısı olan Bastien Llamas , “Belirli bir zaman noktasında, belirli bir konumdaki genetik çeşitliliğin çok doğru bir anlık görüntüsünü sağlıyor” diyor. Tüm bunların yanında Antik DNA’nın literatürdeki tanımına bakacak olursak: Antik DNA binlerce yıl önce yaşamış canlıların kalıntılarından (özellikle dişler ve kemikler) bulunan genetik materyallerdir. aDNA analizleri insan genetiği, antropoloji, arkeoloji ve evrimle ilgili geniş bir alanı kapsamaktadır.

Antik DNA’nın ne olduğunu öğrendiysek hep birlikte bunu nasıl elde edebiliriz bir de ona bakalım isterseniz.

PEKİ ANTİK DNA NASIL ELDE EDİLİYOR?

Başlangıçta DNA’nın çıkarılması, çoğaltılması ve dizilenmesi fazlasıyla zahmetli bir işlemdi ancak polimeraz zincir reaksiyonu (PCR) yönteminin bulunmasıyla yöntem çok daha kolay hale geldi. DNA çıkarma işlemini, kaynak materyale göre değişiklik gösterse de, genel olarak şu basamaklar altında sıralayabiliriz:

• Numune Toplama
• DNA Ekstraksiyonu
• Dizileme (Sequencing)

Bu yöntemlere bakmadan önce gelin Antik DNA hangi koşullarda saklanıyor ona bakalım.

aDNA’nın en iyi korunduğu yerler buzullardır. Soğuk hava DNA’yı korumanın en iyi yoludur. Bunun yanında mağaralarda da DNA uzun yıllar saklanabilir. Canlıların özellikle diş minesi DNA’yı en uzun süre saklayan dokular arasındadır ama buradan elde edilen örneğin çok az olmasından dolayı genelde çalışmalarda bir diğer korunaklı doku olan kemikler tercih edilir.

Şimdi sıra yukarıda saydığımız yöntemlerin ayrıntılarını öğrenmekte;

1)Numune Toplama:

Antik DNA’nın elde edildiği dokular değişkenlik gösterse de genelde diş minesi (korunaklı bir yapıdadır) ve petrosa kemiği (kafatasındaki en yoğun kemik) gibi dokulardan elde edilir.

2) DNA Ekstraksiyonu:

DNA ekstraksiyonu, hücrelerden DNA’nın izole edilmesi işlemidir. Bu işlem birkaç basamaktan oluşur:

a.Hücrelerin Parçalanması (Lizis)

Hücre pelletini (örnek) bir tüpe alıyoruz. Üzerine lizis tamponu + SDS (sodyum dodesil sülfat) ve Proteinaz K ekleyip 55 °C’de 2 saat inkübe ediyoruz.

b.Proteinlerin Uzaklaştırılması

Tüp içine eşit hacimde fenol:kloroform:izoamil alkol karışımı ekleyip önce vortexleyip (Vortexleme işlemi, laboratuvar ortamında genellikle sıvı numunelerin homojen şekilde karıştırılması amacıyla kullanılan bir tekniktir.) sonra da santrifüj ediyoruz. Üste kalan sulu kısım DNA içeriyor. Bu kısmı başka bir tüpe aktarıyoruz.

c.DNA’nın Çöktürülmesi

Üst faza 2 hacim %100 etanol (veya 0.7 hacim izopropanol) ve bir miktar sodyum asetat ekleyip karıştırıyoruz. -20 °C’de 30 dakika bekletip santrifüj yapınca beyaz bir DNA pellet oluşuyor.

d.DNA’nın Yıkanması

Pellet üzerine %70 etanol ekleyip hafifçe çalkaladıktan sonra santrifüjle süpernatantı (Bir sıvı-karışım santrifüj edildikten sonra, üstte kalan berrak sıvı kısmı ifade eder.) atıyoruz.

e.DNA’nın Çözülmesi

DNA pelletini TE tamponu (TE tamponu, özellikle DNA ve RNA gibi nükleik asitlerin saklanması ve stabilitesinin korunması için kullanılır.) veya distile su içinde çözdürüyoruz.

3.Dizileme (Sequencing):

Bozulmuş DNA parça parça dizilir. Ardından bu parçalar bilgisayarlar yardımıyla bir araya getirilerek genom haritası oluşturulur. Daha sonra PCR kullanılarak bu elde edilen bu DNA’nın kopyaları oluşturulur.

İşte DNA bu kadar uzun bir çabanın sonucunda elde edilir. Her şey bununla da bitmiyor. Size yukarıda yazının ileriki kısımlarında değineceğim dediğim DNA elde etmeyi meşakkatli hale getiren zorluklara geldi sıra. Hadi gelin hep birlikte bir de DNA’yı elde ederken karşılaştığımız sorunlara bakalım.

ANTİK DNA ÇALIŞMANIN ZORLUKLARI NELERDİR?

Bu kadar nazlı ve uzun yollardan gelmiş DNA’mızın tabii ki elde etme sürecinde bize çıkardığı bazı zorluklar da oluyor. Ama gülü seven dikenine katlanır misali bilim insanları Antik DNA elde etmek için bu sorunların hepsine teker teker çözüm buluyorlar.

DNA, protein yapımı için bir reçete görevi görüyor, tıpkı bir dolabın kurulum kılavuzu gibi. Tıpkı bunun gibi nesli tükenen bir canlının kemiklerinden elde edilen DNA parçacıkları da o canlının proteinin yapım kılavuzudur aslında. Bilim insanları bu yapım kılavuzunu kullanarak nesli tükenen canlıları geri getirmeye çalışıyor ama birçok sayfanın eksik veya yırtık olması gibi baz çiftlerinin zamanla koparak kısa fragmentlere dönüşmesi bu konuyu zorlu bir süreç haline dönüştürüyor

Karşılaşılan zorlukları sıralayacak olursak;

• DNA bozulması
• Kontaminasyon
• Yüksek maliyetli laboratuvar işlemleri
• Etik sorunlar (örneğin mezar açılması)
• Zamanla DNA’nın yok olması

1.DNA Bozulması ve Parçalanma

Antik DNA örnekleri, zamanla kimyasal olarak bozulur. Yüzlerce ya da binlerce yıl toprağa gömülü kalan DNA:

Parçalanır: DNA zinciri, kısa parçalara ayrılır (bazen sadece 30-100 baz çifti uzunluğunda kalır).

Kimyasal olarak değişir: Özellikle sitozin bazları, urasile dönüşerek dizileme hatalarına neden olur.

Çevresel faktörlerden etkilenir: Sıcaklık, nem, pH seviyesi gibi çevresel koşullar DNA’nın korunma süresini doğrudan etkiler.

2.Kontaminasyon (Modern DNA Karışması)

En büyük sorunlardan biri, Antik DNA örneklerinin modern DNA ile karışmasıdır. Bu kontaminasyon; kazı alanında çalışan kişilerden, laboratuvarda kullanılan aletlerden, ortam havasından dahi gelebilir. Kontaminasyon ile ilgili Llamas, “Örneğin, elinizde bir insana ait kemik varsa, biraz insan DNA’sı elde edersiniz, ama aynı zamanda ölümden sonra vücuda giren bakterilere ait çok sayıda DNA da elde edersiniz” diyor.

Bilim insanlarının bulduğu çözümler:

• Özel steril laboratuvarlarda çalışmak
• HEPA filtreli odalar
• UV ışığı ile DNA parçalama
• İşlem yapanların koruyucu giysiler giymesi

3.Yüksek Maliyet ve Ekipman Gereksinimi

Antik DNA çalışmaları çok ileri teknolojiler ve özel ekipmanlar gerektirir:

• DNA dizileme cihazları (örneğin Illumina, Oxford Nanopore)
• Antik DNA’ya özel temiz odalar (clean rooms)
• Yüksek performanslı bilgisayarlar ve yazılımlar (veri analizinde)

4.Etik Sorunlar

Antik DNA çalışmaları özellikle insan kalıntıları üzerinde yapıldığında, etik tartışmalar ortaya çıkar:

• Mezarlıkların açılması ve kutsal alanlara müdahale
• Yerli toplulukların rızası olmadan DNA analizi yapılması
• Irksal kimlik ve köken araştırmalarının politik olarak kötüye kullanılması

5.Yaş Sınırı (Zamanla DNA’nın Yok Olması)

Antik DNA’nın başarıyla elde edilip analiz edilebilmesi, örneğin yaşına yani ne kadar eski olduğuna bağlıdır. DNA, zamanla doğal olarak bozulur ve parçalanır, bu da belirli bir yaş sınırını beraberinde getirir.,

 Teorik Yaş Sınırı,

Bilimsel tahminlere göre: Normal koşullarda (toprakta gömülü, ılıman iklim) DNA yaklaşık 50.000 ila 100.000 yıl arasında büyük oranda bozulur. Soğuk ve kuru ortamlarda (buzullar, mağaralar, tundra) bu sınır 400.000 yıla kadar uzayabilir.

Sona doğru gelirken,

Peki Türk bilim insanları bu konuda neler yapıyor biraz da buna değinelim. Antik DNA ile ilgili çalışmalar yapmak üzere ODTÜ/Hacettepe aDNA Laboratuvarı 2012 yılında ODTÜ Biyoloji Bölümü’nde İnci Togan tarafından TÜBİTAK desteğiyle kurulmuştur. Bu laboratuvar Türkiye’deki ilk Antik DNA laboratuvarıdır. Günümüzde pek çok Türk bilim insanı bu laboratuvarda aDNA çalışmalarına devam etmektedir.

Bunun yanı sıra NATURE ’da yayınlanan ve araştırma ekibinde Türk bilim insanlarının da (Ekin Sağlıcan, Mehmet Somel, Fatma Rabia Fidan) bulunduğu bir çalışmayla fiziksel örneklerden dizilenen en eski DNA bulundu. 1 milyon yıldan daha eski olan bu DNA Sibirya’daki mamut azı dişlerinden alınmıştır.

Velhasılıkelam,

aDNA çalışmaları sadece geçmişi anlamamızı sağlamakla kalmadı aynı zamanda bilim dünyasında şu soruyu gündeme getirdi: Nesli tükenmiş canlıları geri getirebilir miyiz?

Dinozorlar için bu maalesef çok uzak bir ihtimal çünkü DNA zamanla parçalanır ve bozulur. Dinozorlar 65 milyon yıl önce yaşadığından sağlam bir dinozor DNA’sı bulmak neredeyse imkansız. Ancak mamutlar için durum farklı çünkü mamutların nesli 4000 yıl önce tükendi ve bazı mamut fosilleri buzullar içinde hiç bozulmamış şekilde günümüze kadar ulaşabildi. İşte bu sayede mamutları geri getirmek mümkün gibi gözüküyor.

Peki bunu yapabiliyor olmamız gerçekten yapmamız gerektiği anlamına mı geliyor? Örneğin yeniden dünyaya getirilen sentetik canlıların yaşayacağı rahatsızlıklar, tüketeceği kaynaklar ve öngörülemeyecek şekilde ekosistemde oluşturacağı zararlar bizim için hangi felaket senaryolarına neden olacak bunu bilmiyoruz. Burada bir Jurassic Park repliği akla geliyor. “ Yapabilir miyiz diye sormakla o kadar meşguldük ki yapmalı mıyız diye sormayı unuttuk.” İşte asıl mesela burada başlıyor.

Hatta bu konuyla ilgili 2024 yılında Colossal şirketinin baş bilim sorumlusu olarak atanan Beth Shapiro yaptığı bir konuşmasında “ Belki de şu soruya daha fazla odaklanmamız gerekir, yapmalı mıyız?” diyor. Cevabı da yine kendisi şu sözleriyle veriyor: ‘‘Bu konuda kitap yazmış biri olarak bu soruya resmi olarak verebileceğim çok açık ve net bir cevabım olduğunu düşünüyorsunuz değil mi? Evet, var: Bilmiyorum!”. Bu konuşmadan da anladığımız gibi bu konuyla ilgili tartışmalar ve bilinmezlikler çok fazla. Fakat şu da bir gerçek ki bilim insanları her geçen gün bu bilinmezliklerden birine daha çözüm buluyor.

“Antik DNA’nın hiç mi olumlu yanları yok?” dediğinizi duyar gibiyim. Tabii ki her şeyin olduğu gibi bununda hem avantaj hem de dezavantajları mevcut. Dünya üzerinde her yıl yaklaşık 200 ila 2.000 canlı türünün neslinin tükendiği tahmin edilmektedir. Bilim insanları yaptıkları bu çalışmayla sadece geçmiş türlerin yaşayış biçimlerini ışık tutmakla kalmayıp aynı zamanda günümüzde nesli tükenmiş ve nesli tükenmek üzere olan canlıların neslinin devamını sağlamayı amaçlamıştır. Eğer çalışmalarında başarılı olurlarsa Vahşi Kurt, Ala Geyik, Cava Gergedanı ve Asya Fili gibi nesli tükenme tehlikesiyle karşı karşıya olan birçok canlı tekrar biyoçeşitliliğe kazandırılmış olacak. Çalışmalar ilerleyen yıllarda neyi gösterir bilinmez ama bu konuda hakkında gerçek şu ki Antik DNA’nın yolculuğu daha uzun yıllar devam edecek gibi görünüyor. Bakalım bu yolculuk bizi daha nerelere götürecek. Hep birlikte bekleyip görelim.

Bir sonraki blog yazımda görüşmek üzere. Sağlıcakla kalın:)

 

İleri Okuma için buradan sizler için seçtiğim bir videoya, buradan da bir yazıya ulaşabilirsiniz!