Nükleik Asitlerin Keşfi ve Önemi

Günümüzde, nesli tükenmiş olan canlıları tekrar ortaya çıkarabilmek için birçok çalışma yapılmaktadır.

Bunlardan biri de nesli 1983 yılında tükenmiş olan, yavrularını gelişme safhasında midesinde taşıyan Rheobatrachus (Röbatrakus) cinsi kurbağaların üretilmesidir.

Yavrularını gelişme safhasında midesinde taşıyan Rheobatrachus cinsi kurbağa

Yavrularını gelişme safhasında midesinde taşıyan Rheobatrachus cinsi kurbağa

Günümüzde bu canlıların embriyoları, Avustralyalı bilim insanları tarafından DNA’ları kullanılarak tekrar üretilmektedir. Bu gelişme, nesli tükenen diğer hayvanların da tekrar oluşturulabileceği konusunda ümit vermiştir fakat bunun için iki büyük engelin aşılması gerekmektedir: Fosillere ait, yapısı hiç bozulmadan korunmuş DNA moleküllerinin bulunması ve nesli tükenmiş canlının DNA’larının aktarılacağı yaşayan yakın akraba türlerin varlığı.

Nükleik Asitlerin Keşfi

Canlı organizmaların yapısında iki çeşit nükleik asit bulunmaktadır. Bunlar DNA (DeoksiriboNükleik Asit) ve RNA (RiboNükleik Asit) molekülleridir. Bugünkü bilgilerimiz ışığında canlılara ait tüm kalıtsal bilgiler; anatomik, fizyolojik ve hatta davranışsal özellikler hücrelerdeki DNA molekülünün içinde şifrelenmiştir. DNA, her hücre bölünmesi öncesinde kendisini hatasız bir şekilde eşleyerek genetik şifrenin kopyasını bir sonraki hücreye aktarır ve böylece kalıtsal özellikler nesilden nesile taşınmış olur.

Biyologlar, bugün rahatlıkla söyleyebildiğimiz DNA’nın kalıtsal bilgiyi taşıdığı bilgisine tarihsel süreç içinde nasıl ulaşmışlardır? Bu sorunun cevabını ünlü bilim insanı Arthur Kornberg (Artur Kornberg, 1918-2007), DNA’nın keşfi sürecini dört dönemde inceleyerek vermiştir:

Birinci dönem (1869-1943): DNA’nın varlığının keşfedildiği dönemdir. DNA, ilk olarak İsviçreli bir doktor olan Friedrich Miescher (Firedrik Mişer) tarafından 1869 yılında cerrahi pansumanlarda, irin içinde mikroskobik bir madde olarak keşfedilmiştir.

Friedrich Miescher (1844-1895)

Friedrich Miescher (1844-1895)

Önceleri nüklein, daha sonra ise kromatin adı verilen bu bileşiğin yapısının ne olabileceği konusunda bazı fikirler ortaya atılmıştır. Bu dönem ve öncesinde bilim insanları, hücrelere ait genetik bilginin, proteinler tarafından taşındığını kabul ediyorlardı. Çünkü proteinler, hücrenin kuru ağırlığının yaklaşık yarısını oluşturan ve hücreden hücreye farklılık gösterebilen moleküllerdi. Ayrıca tüm hücrelerin yapısındaki proteinlerin farklı olması ve proteinleri oluşturan amino asitlerin 20 farklı çeşidinin bulunması, proteinlerin kalıtsal bilgiyi taşıdığına olan inancı güçlendiriyordu.

İlk olarak Friedrich Miescher tarafından keşfedilen nükleik asitlerin yapısı, o zamana kadar kalıtsal bilgiyi taşıdıkları kabul edilen proteinlerin yapısından daha farklıydı. Proteinlerin yapısındaki bazı amino asitler kükürt taşımaktaydı ancak nükleik asitlerin yapısında hiç kükürt bulunmuyordu.

Proteinlerin yapısında 20 farklı amino asit bulunmasına rağmen nükleik asitler 4 farklı nükleotitten oluşuyordu. İkinci dönem (1944-1960): Önce bakteriler, ardından virüsler üzerinde yapılan deneyler sonucunda DNA’nın kalıtsal bilgiyi taşıdığının ispat edildiği dönemdir. 1944 yılında Oswald Avery (Ozvıld Evıri, 1877-1955), Colin MacLeod (Kolin Meklod, 1909- 1972) ve Maclyn McCarty (Maklin Mekkarti, 1911-2005) adlı bilim insanları daha önce 1928 yılında Frederick Griffith (Frederik Griffit, 1879-1941) tarafından yapılmış olan deneyleri temel alarak gerçekleştirdikleri deneyle DNA’nın genetik madde olduğunu ispatlamışlardır. Bu deneyde zatürreye neden olduğu bilinen Streptococcus pneumoniae (Streptokokus pnömoni) bakterisi kullanılmıştır. Bu bakterinin iki formu vardır. Kapsüllü olan form zatürreye neden olurken kapsülsüz form bu hastalığa neden olmamaktadır.

Griffith, bu bakterilerle yaptığı deneyler sonucunda kapsüllü canlı bakterilerin hastalığa neden olduğunu, kapsülsüz canlı bakterilerin ve ısıtılarak öldürülmüş kapsüllü bakterilerin hastalığa neden olmadığını belirlemiştir.

Griffith’in deneyinin ilk aşaması

Griffith’in deneyinin ilk aşaması

Griffith, tek başına hastalığa neden olmayan kapsülsüz bakteriler ile ısıtılarak öldürülmüş kapsüllü bakterileri bir arada tuttuktan sonra fareye verdiğinde, farenin zatürre hastalığına yakalanıp öldüğünü tespit etmiştir.

Ölü farenin kanını incelediğinde ise çok sayıda kapsüllü bakteri formunun bulunduğunu gözlemlemiştir. Bu durumda ölü kapsüllü bakterilerden kapsülsüz bakterilere geçen ve kapsülsüz bakteriye kapsül yapma özelliği, dolayısıyla zatürreye neden olma özelliği kazandıran bir maddenin bulunduğunu fark etmiştir. Griffith, canlı bakterilerin yaşadıkları ortamdan ölü bakterilere ait maddeleri alması şeklinde gerçekleşen bu olaya transformasyon adını vermiştir ancak bu maddenin ne olduğunu açıklayamamıştır.

Griffith’in deneyinin ikinci aşaması

Griffith’in deneyinin ikinci aşaması

1944 yılında Avery, MacLeod ve McCarty yaptıkları deney ile Griffith’in deneyinde ölü kapsüllü bakterilerden canlı kapsülsüz bakterilere geçen, genetik bilginin taşınmasında görevli maddeleri bulmuşlardır.

Bu deneyde; ısıtılarak öldürülmüş kapsüllü bakterilerden elde edilen özüt, üç ayrı ortamda proteaz (proteinleri parçalayan enzim), DNaz (DNA molekülünü parçalayan enzim) ve RNaz (RNA molekülünü parçalayan enzim) enzimleri ile bir arada tutulduktan sonra her üç ortama da canlı kapsülsüz bakteriler eklenmiştir. Elde edilen özüt, farelere enjekte edilmiştir. Bu bakterilerden sadece DNaz enzimi ile müdahale edilen özüt, farede zatürreye neden olmazken diğer bakteriler yine kapsül yapma yeteneği kazanmış ve farede zatürreye neden olmuştur. Öyleyse DNaz, kapsüllü bakterilere ait DNA moleküllerini parçalamış, böylece kapsülsüz bakterilerin kapsül yeteneği kazanmasına engel olmuştur. Bu deneyle, kapsüllü bakterilerden kapsülsüz bakteriye geçerek kapsül oluşumu sağlayan yani hastalık yapma özelliği taşıyan transformasyon ajanının DNA olduğu bilgisine ulaşılmıştır.

Avery, MacLeod ve McCarty’nin DNA’nın yönetici molekül olduğunu kanıtlayan deneyleri

Avery, MacLeod ve McCarty’nin DNA’nın yönetici molekül olduğunu kanıtlayan deneyleri

DNA’nın genetik bilgiyi taşıdığını ispatlayan bir diğer çalışma ise Alfred Hershey (Alfrıd Hörşi, 1908-1997) ve Martha Chase (Marta Çeys, 1927-2003) tarafından 1952 yılında yapılmıştır. Hershey ve Chase, deneylerinde bir bakteriyofaj (bakteriler içinde çoğalan virüs) olan T2 virüsünü kullanmışlardır. 9. sınıfta anlatıldığı gibi nükleik asitten ve protein kılıftan oluşan virüsler, çoğalmak için başka bir canlı hücreye ihtiyaç duyar. Hershey ve Chase, virüsün hayat döngüsünü biliyorlardı fakat canlı hücreye girerken DNA’sını mı yoksa protein kılıfını mı hücre içine soktuğunu bilmiyorlardı.

Genetik bilgi, bir sonraki nesilde bulunan virüslere DNA ile mi yoksa protein kılıf ile mi aktarılıyordu? Hershey ve Chase, deneylerini tasarlarken proteinlerin çoğunda fosfor elementinin bulunmaması ve DNA’da kükürt elementinin bulunması bilgisinden yola çıkmışlardır. DNA’da bulunan fosforun radyoaktif izotopunu (32P) ve proteinlerde bulunan kükürdün radyoaktif izotopunu (35S) kullanmışlardır.

DNA’nın kalıtsal bilgiyi taşıdığını kanıtlayan deney

DNA’nın kalıtsal bilgiyi taşıdığını kanıtlayan deney

Deneyde bir grup virüsün protein kılıfları, izotop kükürt (35S) ile işaretlenmiştir. Bu virüsler, bakteriler ile aynı ortama konulduğunda protein kılıflarının bakterinin dışında kaldığı gözlemlenmiştir. Diğer bir virüs grubunun DNA’ları, izotop fosfor (32P) ile işaretlenmiştir. Bu virüsler, bakteriler ile aynı ortama konulduğunda ise virüs DNA’larının, bakterilerin içine girdiği gözlemlenmiştir. Böylece virüslerin konak olarak belirledikleri bakteri içinde çoğalmaları sırasında DNA’larını kullandıkları ve genetik bilgiyi bir sonraki virüs nesillerine, DNA molekülü üzerinden aktardıkları sonucuna ulaşılmıştır.

Üçüncü dönem (1960-1973): DNA’nın yapısının detaylı bir şekilde incelendiği, DNA’nın replikasyonu (kendini eşlemesi) ve fonksiyonuna ilişkin derin araştırmaların yapıldığı dönemdir.

Dördüncü dönem (1973 ve sonrası): 1973’ten günümüze kadar geçen süreçte DNA ile ilgili çalışmalar artmıştır. DNA’nın yapısı, organizasyonu, replikasyonu, rekombinasyonu gibi konularda büyük ilerlemeler kaydedilmiştir. Tüm bu gelişmelerin sonucunda günümüzün en önemli disiplinlerinden olan biyoteknoloji ve genetik mühendisliği gibi çalışma alanları ortaya çıkmıştır.

İlginizi Çekebilir...

Bir Cevap Yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir