Yüz elli yıl önce, Dmitri Mendeleev atomları çekirdeklerinin özelliklerine dayanarak sınıflandırmak için bir sistem olan periyodik tablo oluşturdu. Bu hafta da, hayat ağacını inceleyen bir biyolog ekibi hücre çekirdeği için yeni bir sınıflandırma sistemi ortaya çıkarıp bir hücre çekirdeğini diğerine dönüştürmek için bir yöntem keşfetmekte. Bu hafta Science dergisinde ortaya çıkan çalışma, bir zamanlar ayrı ayrı sarf edilen birkaç çabadan oluşmuştur.
Bunlardan biri, Baylor Tıp Fakültesi, Rice Üniversitesi’ndeki Ulusal Bilim Vakfı tarafından desteklenen Teorik Biyolojik Fizik Merkezi (CTBP), Batı Avustralya Üniversitesi ve SeaWorld dahil olmak üzere düzinelerce kurumu kapsayan uluslararası bir konsorsiyum olan DNA Zoo’da meydana geldi.
DNA Zoo ekibindeki bilim insanları, birkaç metre uzunluğunda olabilen kromozomların, yaşam ağacının karşısından farklı türlerin çekirdeklerine sığacak şekilde nasıl katlandığını sınıflandırmak için birlikte çalışmaktaydılar.
Yeni çalışmanın ilk ortak yazarı ve Baylor ve CTBP Genom Mimarisi Merkezi üyesi olan Dr. Olga Dudchenko şöyle dedi; “Solucanlara, kestanelere, deniz fışkırtmalarına veya mercanlara baksak da aynı katlama desenlerinin ortaya çıktığını görmeye devam ettik.”
Sonunda ekip, iki genel nükleer tasarımın varyantlarını gördüğünü fark etti. DNA Zoo’nun müdür yardımcısı olan Dudchenko, “Bazı türlerde, kromozomlar, bir tarafta dış kenar boşlukları ve diğer tarafta katlanmış orta olacak şekilde basılı bir gazetenin sayfaları gibi düzenlenir ve sonra da diğer türlerde, her kromozom buruşup küçük bir top haline gelir” dedi.
Moleküler ve insan genetiği doçenti ve Baylor’da Emeritus McNair bilim insanı, DNA Zoo’nun yardımcı direktörü ve yeni çalışmanın kıdemli yazarı Dr. Erez Lieberman Aiden, “Yani bir bulmacamız vardı,” dedi. “Veriler, türlerin evrim süreci boyunca bir türden diğerine ileri geri geçiş yapabileceğini ima ediyordu. Merak ettiğimiz birkaç şey var; kontrol mekanizması nedir? Laboratuvarda bir çekirdek türünü diğerine dönüştürmek mümkün olabilir mi? Aiden ayrıca Genom Mimarisi Merkezi’nin direktörü ve CTBP’de kıdemli bir araştırmacıdır.
Bu arada, Hollanda’da bağımsız bir ekip beklenmedik bir şey keşfetti. Çalışmanın ilk ortak yazarı ve Hollanda Kanser Enstitüsü Dr. Benjamin Rowland laboratuvarının bir üyesi olan Claire Hoencamp “Hücrelerin bölünmesinde rol oynadığını bildiğimiz kondensin II adlı bir protein üzerinde deneyler yapıyordum ama gözlemlediğimiz en tuhaf şey, insan hücrelerindeki proteini mutasyona uğrattığımızda, kromozomlar tamamen yeniden düzenlenirdi. Şaşırtıcıydı!” dedi.
İki takım Avusturya dağlarında düzenlenen ve Rowland’ın laboratuvarının son çalışmalarını sunduğu bir konferansta bir araya geldi. Kısa süre sonra Hoencamp’ın insan hücrelerini bir nükleer türden diğerine dönüştürmenin bir yolunu bulduğunu fark ettiler.
Çalışmanın kıdemli yazarı olan Rowland “DNA Zoo üzerinde incelenen genomlara bakıldığında evrimin zaten defalarca deneyimizi yaptığını keşfettik! Bir türdeki mutasyonlar kondensin II’yi bozduğunda genellikle çekirdeğin tüm yapısını değiştirirler. Bir deneye kapılmak her zaman biraz hayal kırıklığı yaratır ancak evrim çok uzun bir başlangıç yapmıştır” dedi.
Ekip, Condensin II’nin rolünü doğrulamak için birlikte çalışmaya karar verdi ama sonra COVID-19 salgını vurdu ve dünyanın büyük bir kısmında faaliyetler durdu.
Hoencamp, “Laboratuvarlarımıza erişimimiz olmadan, kondensin II’nin ne yaptığını belirlemenin tek bir yolu kaldı. Kondensin II’nin her bir insan kromozomunu oluşturan yüz milyonlarca genetik harf zinciri üzerindeki etkilerini simüle edebilecek bir bilgisayar programı yaratmamız gerekti” dedi.
Ekip, Rice’ın Harry C. ve Olga K. Wiess Fizik Başkanı Dr. José Onuchic’e döndü. Rice, Baylor, Northeastern Üniversitesi ve Houston ve Boston’daki diğer kurumlardaki işbirlikçileri içeren CTBP’nin yardımcı direktörü Onuchic “Simülasyonlarımız, kondensin II’yi yok ederek, bir insan çekirdeğini sinek çekirdeğine benzeyecek şekilde yeniden düzenleyebileceğinizi gösterdi” dedi.
Simülasyonlar, Onuchic’in CTBP’deki laboratuvarında, doktora sonrası araştırmacı ve ilk yazar olan Dr. Sumitabha Brahmachari tarafından yönetilen ve CTBP’de eski bir doktora sonrası doktora olan Dr. Vinicius Contessoto ve CTBP kıdemlilerinden araştırmacı ve şu anda Northeastern Üniversitesi’nde yardımcı doçent olan Dr. Michele Di Pierro ile birlikte çalışan bir ekip tarafından gerçekleştirildi.
Brahmachari “2 milyar yıllık nükleer evrimle ilgili inanılmaz geniş bir araştırmayla başladık ve bir deney tüpünde bu kadar çok şeyin kendi başımıza simüle edebilmemizin yanı sıra özetleyebileceğimiz kadar basit bir mekanizmaya indirgendiğini gördük. Bu da 3D olarak yeni bir genom mühendisliği türüne giden yolda heyecan verici bir adımdır!” dedi.
Aslıhan BULDUK