Yaşamın "Evrensel" Dili Sandığımız Kadar Evrensel Değil: Bir Gölette Bulunan Canlı Kuralı Bozdu

Genetik kodun alfabesi

Önce kuralın kendisine bakalım.

DNA, bir canlının nasıl inşa edileceğini anlatan bir talimatlar kitabı gibi. Ama hücre bu kitabı doğrudan kullanmıyor; önce ilgili bölümün bir kopyasını, haberci RNA'yı çıkarıyor. Ardından ribozom adı verilen hücre içi makineler bu kopyayı üçer harf üçer harf okuyor. Her üç harflik gruba "kodon" deniyor ve kodonların çoğu, proteinlerin yapı taşı olan bir amino asidi temsil ediyor. Ribozom kodonları sırayla okuyup karşılık gelen amino asitleri birbirine ekledikçe bir protein zinciri oluşuyor.

Bu dilde noktalama işaretleri de var. RNA'da UAA, UAG ve UGA olarak yazılan üç kodon (DNA'daki karşılıkları TAA, TAG ve TGA) hiçbir amino asidi temsil etmiyor; "dur" anlamına geliyor. Ribozom bunlardan birine geldiğinde, proteinin bittiğini anlıyor ve zinciri serbest bırakıyor. Bir cümlenin sonundaki nokta gibi.

Genetik kodun bu temel yapısı, yaşamın büyük bölümünde milyarlarca yıldır olağanüstü derecede korunmuş durumda. Bu yüzden ona çoğu zaman "evrensel" deniyor.

İstisnalar her zaman vardı

Ama bilim insanları onlarca yıldır genetik kodun bazı canlılarda değiştiğini biliyor. Üstelik bunun en tanıdık örneği kendi bedenimizde: Hücrelerimizin enerji santrali olan mitokondriler kendi küçük DNA'larına sahip. İnsan mitokondrilerinde, normalde "dur" kodonu olan UGA, triptofan adlı amino asidi temsil ediyor.

Bu tür değişikliklerin en zengin örnekleri ise siliyat adı verilen tek hücreli canlılarda görülüyor. Siliyatlar, yüzeylerindeki kirpik benzeri küçük uzantılarla suda yüzen, göllerde ve denizlerde yaygın olarak yaşayan mikroskobik canlılar. Bazı siliyatlarda "dur" kodonları anlam değiştirmiş ve bir amino asidi temsil etmeye başlamış.

Ama bu değişikliklerde bile bir düzen vardı. UAA ve UAG neredeyse her zaman birlikte hareket ediyordu: Biri anlam değiştirdiyse, öbürü de değiştiriyor ve ikisi de aynı amino asidi temsil etmeye başlıyordu. Bilim insanları bu yüzden bu iki kodonun evrimsel olarak birbirine bağlı olduğunu düşünüyordu.

Kimse aramıyorken

2023'te Earlham Enstitüsü'nde çalışan Dr. Jamie McGowan ve Oxford Üniversitesi'nden Prof. Thomas Richards'ın ekibi, genetik kod üzerine bir çalışma yapmıyordu. Amaçları tamamen teknikti: tek bir hücreden bile DNA okuyabilen yeni bir dizileme yöntemini denemek. Laboratuvarda kolayca yetiştirilemeyen canlıları incelemenin yolunu arıyorlardı.

Test için seçtikleri canlı, Oxford Üniversitesi Parkları'ndaki bir göletten toplanmış, daha önce tanımlanmamış bir siliyattı. Ama genomunu bir araya getirdiklerinde, canlının talimatlarını tuhaf bir kural setiyle okuduğunu fark ettiler.

Bu siliyatta UAA ve UAG artık "dur" anlamına gelmiyordu. Ama birlikte de hareket etmiyorlardı: UAA lizin adlı amino asidi, UAG ise glutamik asit adlı tamamen farklı bir amino asidi temsil ediyordu. Canlının tek bir "dur" işareti kalmıştı: UGA.

Bu, UAA ve UAG'nin iki farklı amino aside dönüştüğü ilk bilinen örnekti. McGowan'ın sözleriyle, bu iki kodonun birbirine bağlı olduğu düşünülüyordu; bu canlı o bağı koparıyordu. Kendisi de bu keşfin tamamen şans eseri olduğunu söylüyor: Dizileme yöntemlerini denemek için tesadüfen bu canlıyı seçmişlerdi.

Hata değil, çalışan bir sistem

Böyle bir sonuç karşısında akla gelen ilk soru, bunun bir dizileme hatası olup olmadığı. Araştırmacılar bunu da kontrol etti ve canlının bu tuhaf kodu gerçekten kullandığını gösteren kanıtlar buldu.

Birincisi, canlının genomunda, yeniden anlamlandırılmış bu kodonları okumaya özel transfer RNA genleri bulunuyordu. Transfer RNA'lar, ribozomun okuduğu kodonla doğru amino asit arasında tercümanlık yapan moleküller; varlıkları, bu kodun gerçekten çalışan bir sistem olduğunu gösteriyordu.

İkincisi, ilginç bir yedekleme sistemi vardı. Tek bir "dur" işaretine sahip bir canlıda, ribozomun yanlışlıkla bu işareti atlayıp okumaya devam etmesi ciddi bir sorun olur. Araştırmacılar, genlerin bitiş noktalarının hemen arkasında beklenenden çok daha fazla UGA kodonu buldu. Yani bir nokta kaçırılırsa, birkaç kelime sonra bir nokta daha geliyordu.

Tek bir tuhaflık değil

Bu keşif başlangıçta tek bir canlının ilginç bir özelliği gibi görünebilirdi. Ama sonraki çalışmalar bunun çok daha geniş bir örüntünün parçası olduğunu gösterdi.

McGowan ve meslektaşları 2024'te yayımladıkları ikinci çalışmada, başka bir siliyat grubunu incelediler. Uluslararası okyanus araştırma projesi TARA Oceans'ın verilerinde, Arktik ve Güney Okyanusu örneklerinden elde edilmiş ve hiç laboratuvarda yetiştirilmemiş üç siliyat genomunda UAG'nin lösin adlı amino asidi temsil ettiğine dair güçlü kanıtlar buldular. Mevcut verilerde iki siliyat türünde daha UAG'nin glutamini temsil ettiğini belirlediler. Evrimsel karşılaştırmalar, bu değişikliklerin birbirinden bağımsız olarak en az üç kez ortaya çıktığını gösteriyordu. Ve bu siliyatların hepsinde UAA hâlâ "dur" anlamına geliyordu.

Yani iki kodonun birbirinden ayrı evrimleşmesi bir kez yaşanan bir kaza değildi; siliyatların farklı kollarında defalarca tekrarlanmıştı.

Doğanın sentetik biyolojisi

Bu keşiflerin pratik bir tarafı da var. Sentetik biyoloji alanında çalışan bilim insanları, hücrelere yeni yetenekler kazandırmak ya da doğada bulunmayan özelliklere sahip proteinler üretebilmek için laboratuvarda genetik kodu yeniden düzenlemeye çalışıyor. Siliyatlar ise bunun doğada, milyonlarca yıl içinde, defalarca yapılabildiğini gösteriyor. Hangi değişikliklerin bir canlıyı yaşatıp hangilerinin öldürdüğünü anlamak, bu çabalara da yol gösterebilir.

Ama belki de bu hikâyenin en çarpıcı tarafı, keşfin nasıl yapıldığı. Bu canlı, dünyanın uzak bir köşesinde değil, bir üniversite parkındaki sıradan bir gölette yaşıyordu. Onu kimse aramıyordu; yalnızca yeni bir aleti test etmek için seçildi. Bilim insanları bugüne kadar laboratuvarda kolayca yetiştirilebilen canlılara odaklandığı için, mikroskobik dünyanın büyük kısmı hâlâ incelenmeyi bekliyor.

McGowan'ın dediği gibi, bilim insanları laboratuvarda yeni genetik kodlar tasarlamaya çalışıyor; ama bunlar doğada zaten var. Yeter ki onları arayalım. Ya da bu örnekte olduğu gibi, aramadığımız bir anda karşımıza çıksınlar.