1960’ların başında, Michigan Üniversitesi mezunu Marshall Nirenberg ve diğer birkaç bilim insanı, DNA moleküllerindeki bilgilerin canlı hücrelerin çalışan parçaları olan proteinlere çevrildiği kuralları belirleyerek, yaşamın genetik kodunu deşifre ettiler. DNA dizilerinde, proteinleri oluşturan 20 amino asidin her birini belirten kodonlar olarak bilinen üç harfli birimler tanımladılar. Bu, Nirenberg’in daha sonra iki kişiyle Nobel Ödülü’nü paylaştığı çalışmasıydı. Zaman zaman, nokta mutasyonları olarak bilinen genetik kodda tek harfli yazım hataları meydana gelir. Ortaya çıkan protein dizilerini değiştiren nokta mutasyonlarına eşanlamlı olmayan mutasyonlar; protein dizilerini değiştirmeyenlere ise sessiz veya eş anlamlı mutasyonlar denir. Protein kodlayan DNA dizilerindeki nokta mutasyonlarının dörtte biri ile üçte biri arasında eş anlamlıdır. Genetik kod kırıldığından beri, bu mutasyonların genellikle nötr veya neredeyse nötr olduğu varsayılmıştır. Ancak, laboratuvardaki maya hücrelerinin genetik manipülasyonunu içeren bir çalışmada; Michigan Üniversitesi biyologları, eş anlamlı mutasyonların çoğunun güçlü bir şekilde zararlı olduğunu gösteriyor. Eş anlamlı mutasyonların çoğunun güçlü tarafsızlığı (diğer genler ve diğer organizmalar için doğru olduğu tespit edilirse) çalışma yazarlarına göre insan hastalık mekanizmaları, popülasyon ve koruma biyolojisi ve evrimsel biyoloji çalışmaları için büyük etkileri olacaktır.
Araştırmacı Jianzhi “George” Zhang: “Genetik kod 1960’larda çözüldüğünden beri, eşanlamlı mutasyonların genellikle iyi huylu olduğu düşünülüyordu. Şimdi bu inancın yanlış olduğunu gösteriyoruz” dedi. U-M Ekoloji ve Evrimsel Biyoloji Bölümü. “Birçok biyolojik sonuç, eş anlamlı mutasyonların nötr olduğu varsayımına dayandığından, geçersiz kılınmasının geniş etkileri vardır. Örneğin, eşanlamlı mutasyonlar; hastalığa neden olan mutasyonların çalışmasında genellikle göz ardı edilir. Ancak bunlar yeterince takdir edilmemiş ve ortak bir mekanizma olabilir.”
Geçtiğimiz on yılda, anekdot niteliğindeki kanıtlar; bazı eş anlamlı mutasyonların nötr olmadığını öne sürdü. Zhang ve meslektaşları; bu tür durumların istisna mı yoksa kural mı olduğunu bilmek istedi. Bu soruyu tomurcuklanan mayada (Saccharomyces cerevisiae) ele almayı seçtiler. Çünkü organizmanın kısa üretim süresi (yaklaşık 80 dakika) ve küçük boyutu, çok sayıda eş anlamlı mutasyonun etkilerini nispeten hızlı, kesin ve uygun bir şekilde ölçmelerine izin verdi. Araştırmacıların hedeflediği 21 genden birinde eş anlamlı, eş anlamlı olmayan veya anlamsız mutasyon taşıyan 8.000’den fazla mutant maya suşu oluşturmak için CRISPR/Cas9 genom düzenlemesini kullandılar. Ardından, mutant olmayan türe göre ne kadar hızlı çoğaldığını ölçerek her bir mutant suşun “uygunluğunu” ölçtüler. Basitçe söylemek gerekirse, Darwinci yaklaşım, bir bireyin sahip olduğu yavru sayısını ifade eder. Bu durumda, maya suşularının üreme oranlarının ölçülmesi, mutasyonların faydalı mı, zararlı mı yoksa nötr mü olduğunu gösterdi. Şaşırtıcı bir şekilde, araştırmacılar; eş anlamlı mutasyonların %75.9’unun önemli ölçüde zararlı, %1.3’ünün ise önemli ölçüde faydalı olduğunu buldular.
Araştırmacı Xukang Shen: “Nötr olmayan eşanlamlı mutasyonların önceki anekdotlarının buzdağının ucu olduğu ortaya çıktı. Ayrıca, eş anlamlı mutasyonların uygunluğu etkilediği mekanizmaları da inceledik ve en az bir nedenin, hem eşanlamlı hem de eşanlamlı olmayan mutasyonların gen ekspresyon seviyesini değiştirmesi olduğunu ve bu ekspresyon etkisinin kapsamının uygunluk etkisini tahmin ettiğini bulduk.”
Zhang, araştırmacıların, anekdot raporlarına dayanarak; bazı eş anlamlı mutasyonların muhtemelen nötr olmayacağını önceden bildiklerini söyledi.
Zhang: “Fakat bu tür mutasyonların çok sayıda olması bizi şok etti. Sonuçlarımız, eş anlamlı mutasyonların, hastalığa neden olmada neredeyse eşanlamlı olmayan mutasyonlar kadar önemli olduğunu ve patojenik eşanlamlı mutasyonları tahmin etme ve tanımlamada daha fazla çaba gerektirdiğini ima ediyor.”
UM liderliğindeki ekip, sonuçlarının maya ile sınırlı olmasının özel bir nedeni olmamasına rağmen, bulgularının genelliğini doğrulamak için çeşitli organizmalarda doğrulama yapılması gerektiğini söyledi.