Yaşamın anahtarı: DNA

HAZIRLAYAN: Doğan Barış ABBASOÐLU

Deoxyribonukleik asit ya da DNA canlıların gelişimini, yaşamasını ve kendini üretmesini sağlayan bir molekül. Her bir hücremizin içinde DNA zincirimiz mevcut. Bizi biz eden tüm kodları içinde barındıran bu zincir anne ve babadan çocuklara geçiyor. 

Bir annenin yumurtası ile bir babanın sperminin bir araya gelmesiyle oluşan o tek hücre halindeki neredeyse mikroskobik varlığın içinde yarısı anneden yarısı babadan gelen bir sarmal bulunuyor. Bu sarmalda yaklaşık 70 trilyon hücreye sahip ortalama bir yetişkin bedenini ortaya çıkaracak tüm bilgiler mevcut. 

DNA’nın yapısı

DNA’lar nükleotid adı verilen moleküllerden oluşuyor. Her bir nükleotid fosfat, glukoz ve azotlu bileşenler içeriyor. Azotlu bileşenlerin dört türü var: Adenin (A), Thymine (T), Guanin (G) ve Cytosin. Bunların nasıl sıralandığı genetik kodu belirliyor. 

İnsanların DNAlarının yüzde 99’undan daha fazlası birbiriyle tıpatıp aynı. 

Nasıl alfabedeki harfler yan yana konulup bir kelime oluşturuyorsa, DNA’da da nükleotidlerin dizilimi hücrenin dilini belirliyor. Bu dil hücreye nasıl ve ne proteinler yapması gerektiğini söylüyor. Bir başta tür nükleik asit olan RNA da bu genetik kodu protein bilgisine çevirme görevine sahip. 

DNAlar oldukça uzun sarmallar. O kadar uzunlar ki eğer doğru bir şekilde paketlenmezlerse hücrelerin içine sığamıyorlar. Tek bir hücredeki DNA’yı düz bir yüzeye yayarak uzunluğunu ölçecek olsaydık, 2 metre boyunda olduğunu görürdük. Bu 2 metre uzunluğundaki DNA molekülünde 3 milyon adet nükleotit dizilimi bulunuyor. Bunun vücudumuzda kapladığı yerse sadece 6 mikrometre uzunluğunda. Genetik malzememizin tamamını, yani tüm hücrelerimizdeki DNA’yı upuzun bir şekilde uç uca ekleyebilecek olsaydık, kaba bir tahminle 18 milyar kilometre uzunluğunda olurdu.

Vücudumuz DNA sarmallarını hücreler içine sığdırmak için bizim kromozom adını verdiğimiz yapılar içine sıkıştırmış durumda. İnsanların toplam 23 çift kromozomları var. Bunlar hücrenin merkezinde depolanmış durumda. 

DNA’nın keşfi

DNA ilk kez Alman biyokimyacı Frederich Miescher tarafından 1869 yılında keşfedildi. Ama uzun yıllar bilim insanları bu sarmalın öneminin farkında olmadı. 1953 yılında James Watson, Francis Crick, Maurice Wilkins ve Rosalind Franklin adlı bilim insanlarından oluşan bir ekip DNA’nın asıl fonksiyonunu keşfetti. 

DNA’nın sekanslanması

DNA’nın sekanslanması DNA’nın tüm sarmalının çözülüp diziliminin haritasının çıkarılması demek. Dünyada ilk kez 2000 yılında ABD’deki Ulusal İnsan Geni Araştırma Enstitüsüne bağlı bilim insanları DNA’nın tam bir haritasını çıkardı. 

Açıklanan bilgiler sonucunda, insan genlerinin yüzde 98’inin şempanzeyle benzerlik göstermesi, madde aleminin son halkası olan insanın belli bir tekamül neticesinde bu noktaya geldiğini ve Evrimleşme modelinin mantıklı nedenlere dayandığını gösteriyor.

Bir kişinin DNA’sı onun etnik kökeni, ataları ve bazen de bazı hastalıklara meyilli olup olmadığının tespitine yarıyor. Örneğin BRCA1 ve BRCA1 genlerindeki bazı mutasyonların göğüs ve rahim kanseri riskini arttırdığı biliniyor. 

Gen haritasında genler ‘’ATGCCGCGGCTCCTCC’’ şeklinde, harflerin yan yana gelmesiyle tanımlanıyor. Her harf, adenin (adenine), sitosin (cytosine), guanint (guanine), timin (thymine) gibi bir molekülü temsil ediyor. Deriden kaslara, karaciğerden akciğere, insan vücudundaki her hücre aynı DNA’nın bir kopyasını taşır. Bir canlı türünün hücrelerinde bulunan DNA’ların toplamı genomunu oluşturur. 

İnsanlarda ortalama seksen bin gen bulunur ve aramızdaki benzerlik, yüzde 99.9 oranındadır. Bu da şu anlama gelmektedir: Bin kimyasal harfin içinden bir tanesi, sizi herhangi bir arkadaşınızdan ayıran geni oluşturur.

DNA nasıl değişir ? 

Canlıların genetik yapısı 4 şekilde değişir: Mutasyon: Bir canlının genomu içindeki DNA ya da RNA diziliminde meydana gelen kalıcı değişmelerdir.  Genetik rekombinasyon: Genetik çeşitlenme veya rekombinasyon, genetik materyalin (genellikle DNA, fakat RNA da olabilir) bir zincirinin kırılması ve sonrasında farklı bir DNA molekülüne katılmasıyla oluşan süreçtir. Doğal seleksiyon: Belirli bir türde dış çevreye uyum konusunda daha elverişli özelliklere sahip organizmaların, bu elverişli özelliklere sahip olmayan diğer bireylere göre yaşama ve üreme şanslarının daha yüksek olması ve bunun sonucu olarak genlerini yeni kuşaklara aktarabilmeleri yoluyla işleyen mekanizmadır. Genetik izolasyon: Gen yalıtımı veya izolasyonu, rekombinant DNA teknolojisinde, bir canlıya herhangi bir genin istenilen yön ve biçimde yeni bir düzenleme içine sokulmasındaki ilk aşamadır.

DNA düzenlemesinde devrim: CRISPR 

CRISPR, 1987’de Japon araştırmacıların E.Coli bakterisinde tekrarlanan DNA dizinlerine verilen addır. 1995’te E.Coli dışındaki bakterilerde de var olduğu keşfedilen CRISPR’in işlevi 2007’de ortaya çıktı. Ticari alanda çalışan bir grup bilim insanı CRISPR’nin bakterilerin virüs saldırılarına karşı savunma mekanizması olarak kullandığını tespit etti. 

Bakteriler Cas9 proteinini kullanarak daha önce kendisine saldıran virüslerin RNA’larıyla eşleşen DNA bölgelerini bulup devre dışı bırakabiliyorlardı. Bilim insanları 2012’den bu yana Cas9 proteinlerini farklı DNA dizinleri kullanıp manipüle ederek enjekte edildikleri hücrelerdeki DNA dizinin değiştirebiliyor.

Cas9’un en avantajlı yönü mükemmelliği. Genetik mühendislerinin yaptığı tüm deneylerde bu küçük enzim bir kez bile yanılmadı. Her zaman DNA üzerinde kendine söylenen bölgeyi yüzde 100 başarıyla değiştirdi. 

Mirokondrial DNA

DNA’nın büyük kısmı hücrenin merkezinde bulunmasına rağmen, mitokondriler kendine has DNA taşırlar. Bu mitokondriyal DNA (mtDNA) olarak adlandırılır ve tüm DNA’nın yaklaşık yüzde 1’ini oluşturur.

Mitokondriyal DNA sadece anneden çocuğa aktarılır, babadan mitokondriyal materyal aktarılmaz.

Mitokondri, yediklerimizle aldığımız maddeleri hücrelerin kullanabileceği enerji formatına çeviren hücre organelidir. Her bir hücre sitoplazma içinde dağılmış bulunan yüzlerce mitokondri içerir.

Mitokondri enerji üretiminin yanı sıra hücrelerin kontrollü bir şekilde kendi kendini yok etmesi (apoptoz) denilen çok önemli işlemin düzenlenmesini kontrol eder.

Ayrıca vücut için gerekli bazı bileşenlerin üretimine katkıda bulunur. Örneğin Kolesterol ve Hemoglobinin yapısında bulunan Hem molekülü.

Mitokondriyal DNA 37 adet Gen içerir. Bu genler nukleus DNA’sında bulunan genlerin aksine intronik bölge içermezler. Bu genler mitokondri foksiyonları için gerekli genlerdir. Bu genlerden 13 tanesi oksidatif fosforilasyon sürecinde görev alan enzimlerin üretimiyle ilgili bilgileri taşırlar.

Geriye kalan genler de transfer RNA (tRNA) ve ribozomal RNA (rRNA) moleküllerinin oluşturulmasıyla alakalı talimatları taşırlar. Bu RNA’lar kimyasal olarak DNA’ya benzerler ve vücuttaki proteinlerin yapı taşları olan aminoasitlerin birleşip proteinleri oluşturması sürecinde görev alırlar.