Ünlü fizikçi Erwin Schrödinger’in yıllar önce sorguladığı “Yaşam Nedir?” sorusuna bugün de sentetik biyolojiyle cevaplar aranmaya devam ediliyor. Sentetik biyoloji yaşamı anlamak için Schrödinger’den farklı olarak onun fiziksel temellerini düşünmek yerine, sanıyorum Richard Feynman’ın “Yaratamadığımı anlayamam” sözünden de esinlenerek, onu yaratmaya çalışıyor. Buna doğru giden adımlardan biri, doğal bakterilerle aynı işlevleri gerçekleştirebilen sentetik hücreler (laboratuvar ortamında üretilmiş yaşam kodunu, DNA’yı, içeren ama yine de normal hücreler gibi yaşayan, büyüyen ve bölünen hücreler) geliştirmeye çalışmaktır. Bu yazımda sentetik biyolojinin hücreleri ile tanışacağız ve minimal hücrelerin potansiyellerini keşfedeceğiz.
Mühendisleri ve biyologları bir araya getiren bir alan olarak sentetik biyoloji, iki önemli amaç doğrultusunda ilerler. Biyolojiden yapay sistemlere entegre edilmek üzere parçalar arar ya da yapay yaşam yaratmak amacıyla doğal olmayan moleküllerden yararlanır (Benner & Sismour, 2005). Sentetik biyolojiyle yeniden tasarlanan organizmalar, sağlık ve çevre ile ilgili birçok sorunumuza çözümler sunabilirler (Khalil & Collins, 2010). Sadece yaşam, büyüme ve bölünme için gerekli genleri taşıyacak şekilde tasarlanan minimal sentetik hücreler de aynı amaçlar doğrultusunda üretiliyor. Bu hücreler hem yaşamın sırlarının aydınlatılması hem de normal hücrelerin karmaşasından uzakta biyolojik ürünler üretmek için bir araç olarak karşımıza çıkıyor (Liverpool, 2021).
2010 yılında ilk sentetik hücreyi üreten J. Craig Venter ve ekibi, “bir organizmanın tüm genomu, yalnızca bilgisayardaki dijitalleştirilmiş DNA dizisinden başlayarak üretilebilir mi?” sorusuyla yola çıktılar. Bu soruya cevap ararken kullanmak için harika bir mikroorganizmaya sahiplerdi: mycoplasma. Bu bakteri türü oldukça az gen sayısına sahip ama yine de bir konağa ihtiyaç duymaksızın yaşayabilen, bilinen en basit yapılı canlıdır. Sentetik hücre üretmek için basitçe laboratuvar ortamında küçük DNA parçalarından Mycoplasma mycoides bakterisinin genomunu sentetik olarak oluşturduklarını ve bu genomu boş M. capricolum hücresine aktardıklarını söyleyebiliriz. Böylece sentetik DNA tarafından kontrol edilen hücreler elde edilmiş oldu (Gibson et al., 2010). Daha sonra 2016 yılında M. mycoides JCVI-syn1.0 olarak adlandırdıkları bu hücrelerin genomunun basitleştirilmesi üzerine araştırmalar yaptılar. Bu bakterinin genomunu sadece yaşam, büyüme ve bölünme için gerekli genleri içerecek şekilde yeniden tasarladılar. Bu genom JCVI-syn3.0 olarak adlandırıldı (Hutchison et al., 2016) Şekil 1’de bu iki sentetik hücrenin genom boyutundaki farklılığı görmeniz mümkün.
JCVI-syn3.0 olarak adlandırılan hücrelerin büyüyüp bölünebildiği düşünülüyordu ancak morfolojileri daha detaylı bir şekilde incelendiğinde, hücre bölünmesiyle doğal bakterilerin yaptığı gibi özdeş boyutlarda hücreler oluşturamadıkları görüldü. Yeni yayımlanan bir araştırmada ise düzgün şekilde bölünebilen hücreler elde edilmesi için önceden çıkarılan kısımlar tekrar incelendi. Bu özelliklerin tekrar kazandırılması için 7 gene ihtiyaç olduğu tespit edildi. Bu genlerden beşi oldukça ilginçti çünkü işlevleri bilinmiyordu (Pelletier et al., 2021). Benzer şekilde JCVI-syn3.0 genomunda bulunan genlerden 146’sının biyolojik işlevi henüz keşfedilmemişti (Hutchison et al., 2016). Bu genlerin işlevleri bilinmiyor olsa da hücrenin yaşaması, büyümesi ve bölünmesi için gerekli genler olduğu bu çalışmalarla ortaya konulmuş oldu. Böylece bu çalışmayla hem birçok genin önemi anlaşıldı hem de doğal hücreye benzer şekilde büyüyüp bölünebilen sentetik hücreler elde edildi. Tüm bunlara ek olarak, insanlık olarak yaşamı anlamaya bir adım daha yaklaştık.
Kaynakça ve İleri Okumalar:
Benner, S. A., & Sismour, A. M. (2005). Synthetic biology. Nature Reviews Genetics, 6(7), 533-543.
Gibson, D. G., Glass, J. I., Lartigue, C., Noskov, V. N., Chuang, R. Y., Algire, M. A., … & Venter, J. C. (2010). Creation of a bacterial cell controlled by a chemically synthesized genome. science, 329(5987), 52-56
Hutchison, C. A., Chuang, R. Y., Noskov, V. N., Assad-Garcia, N., Deerinck, T. J., Ellisman, M. H., … & Venter, J. C. (2016). Design and synthesis of a minimal bacterial genome. Science, 351(6280).
Khalil, A. S., & Collins, J. J. (2010). Synthetic biology: applications come of age. Nature Reviews Genetics, 11(5), 367-379.
Liverpool, L. (2021, March 29). Artificial life made in lab can grow and divide like natural bacteria. Retrieved April 10, 2021, from https://www.newscientist.com/article/2272899-artificial-life-made-in-lab-can-grow-and-divide-like-natural-bacteria/
Pelletier, J. F., Sun, L., Wise, K. S., Assad-Garcia, N., Karas, B. J., Deerinck, T. J., … & Strychalski, E. A. (2021). Genetic requirements for cell division in a genomically minimal cell. Cell.
