Imperial College London’da sentetik biyolog olan Paul Freemont, “Tüm bir genomun oluşturulması sentetik biyolojinin hayallerinden biridir.” demiştir. Girişimci Craig Venter’in ekibi, şimdiye kadar bilinen en küçük genoma sahip, sentetik ve bağımsız bir organizmanın üretildiği çalışmasıyla sentetik biyoloji alanında bir ilki gerçekleştirdi. 473 gen ile yaşamını sürdüren bu sentetik hücre, ekibin 20 yıllık çalışmasının ürünüdür. Böylece sadece hayatta kalması için elzem olan genlerden oluşan bir hücre üretilmiştir.
Venter, sentetik hücrelerin endüstriyel ürünleri üretmesini sağlamak için yollar arıyordu. Yapay bir genoma sahip bir hücre üretme çalışmalarındaki amaç; ilaç, yakıt ve diğer ticari ürünleri üretmek için özelleştirilmiş hücrelerin oluşturulmasıydı. 2010’da oluşturulan ilk sentetik hücre çalışmasında, Kaliforniya, La Jolla’daki J. Craig Venter Enstitüsü’nde Venter’in ekibi, var olan bir bakterinin genomunu kopyaladı ve başka bir hücreye aktardı. Oluşan hücre, mümkün olduğu kadar az gen içeriyordu ve bu hücrenin doğada herhangi bir benzeri yoktu. Bu nedenle ekip, Science dergisinde yayınladıkları makalede bu hücrenin, yeni ve yapay bir tür olduğunu öne sürdü.
1995 yılında Science dergisinde yayınlanan çalışmada Venter ve ekibi, bilinen en küçük genoma sahip olan Mycoplasma genitalium’un genomunu haritalamışlardır. Bu canlı 470 gen içeriyordu. Venter’in ekibi bu organizmadaki genlerden bazılarını inaktive ederek, bu organizmanın yaşamı için sadece 375 genin önemli olduğunu buldu. Bu hipotezi test etmenin tek yolu, sadece bu genleri içeren bir organizma yapmaktı. Bu nedenle, Venter’in ekibi minimal bir genom yapımı üzerinde çalıştılar.
Yavaş çoğalan M. genitalium’un genomu, daha hızlı çoğalan bir tür olan Mycoplasma mycoides’e aktarıldı. Uzun süren minimal genom tasarlama çalışmaları sonucunda, Venter’in ekibi 483,000 baz uzunluğunda ve 471 gen içeren M.mycoides genomundan nütrient sentezleyen genleri çıkardı. Daha sonra M.mycoides genomu sekiz parçaya bölündü. Bölünen parçalar, karıştırılıp, eşleştirilerek hangi kombinasyonun canlı bir hücreyi sağlayacağı incelendi. Böylece sonraki tasarım aşamasında hangi genlerin kullanılacağı kararlaştırıldı. Sonunda ekip, 531,000 baz ve 473 genden oluşan bir JCVI-syn3.0 isimli bir hücre oluşturdu. Bu hücre üç saatte bir çoğalacak özellikteydi.
Hücreye nütrientler, besiyeri aracılığıyla verildi. Hücrede bulunan elzem olan genlerin işlevleri ise, protein yapımı, DNA’nın çoğaltıması ve hücre zarının oluşturulmasıydı. Fakat bu hücrelerin genomunda yer alan, insanlar da dahil diğer canlılarda da bulunan ve yaşam için elzem olan 149 genin işlevi tam olarak bilinmiyor. Bu durum, günümüz teknolojisinde çeşitli organizmaların tüm genom dizisini ortaya çıkarabilmemize rağmen, genomu yorumlama ve genlerin işlevlerini anlama konusunda daha yolun başında olduğumuzu gösteriyor. Bu genlerin fonksiyonlarının ne olduğunun öğrenilmesi ve canlılığın daha ayrıntılı anlaşılabilmesi için bu konuda çok sayıda çalışma yapılmasına ihtiyaç duyulmaktadır.
Genomun tasarımı ve sentezlenmesi teknik olarak ihtiyaç duyulan bir konudur. Son zamanlarda popülerliği artan CRISPR-Cas9 genom manipülasyonu tekniği, endüstri, tıp ve tarım alanlarında yaygınlaşmaya başlamıştır. Mikrobiyologlar bakteriyal bağışıklık sistemini karakterize etmeye başlayıp, sisteme CRISPR adını verdiklerinde Venter’in ekibi de, var olan yaşam formunu sadece zorunlu olan genlere indirgemek üzere çalışmaktaydılar. Fakat zaten var olan genomu manipüle etmek için CRISPR-Cas9 gibi güçlü bir teknik varken, neden bir genomun yeniden yapılandırılması üzerine çalışma yapılmalıdır? Eğer genomda birkaç değişiklik yapılmak istendiğinde CRISPR-Cas9 etkili bir yöntem olsa da, tamamen farklı bir ürün üretmek yeniden tasarlamış bir genomun varlığını gerektirir. Bu yolla üretilen yeni mikroorganizmalar gelecekte; faydalı kimyasalların üretimi, çevreyi kirletici maddelerin parçalanması ve aşılar için yeni proteinlerin üretilmesi gibi amaçlar için kullanılabilir.
Kaynakça:
1) https://www.nature.com/news/minimal-cell-raises-stakes-in-race-to-harness-synthetic-life-1.19633
2) https://www.theguardian.com/science/2010/may/20/craig-venter-synthetic-life-form
Yazar: Ayça Olcay