Michigan Üniversitesi mezunu Marshall Nirenberg ile diğer bir grup bilim insanı, 1960’ların başlarında yaşamın genetik kodunu çözmüş ve DNA moleküllerindeki bilginin hangi kurallar ile canlı hücrelerin çalışan parçalarına; proteinlere çevrildiğini belirlemişti.
DNA dizilerinde kodon olarak bilinen ve proteinleri meydana getiren 20 amino aside karşılık gelen üç harfli birimler bulunduğunu tespit etmişlerdi. Bu çalışma, sonrasında Nirenberg ile diğer iki kişiye Nobel Ödülü getirmişti.
Genetik kodda, ara sıra nokta mutasyonlar şeklinde bilinen tek harfli yazım hataları meydana geliyor. Ortaya çıkan protein dizilimlerini değiştiren nokta mutasyonlara eşlanlamlı olmayan mutasyonlar deniyor. Protein dizilimlerini değiştirmeyenler ise sessiz veya eşanlamlı mutasyonlar şeklinde adlandırılıyor.
Protein kodlayan DNA dizilerindeki nokta mutasyonların çeyreği ila üçte biri kadarı eşanlamlı. Genetik kodun çözülmesinden beri, bu mutasyonların genelde nötr veya hemen hemen nötr olduğu varsayılmış.
Fakat Michigan Üniversitesinde çalışan biyologlar, iki gün önce Nature bülteninde çevrim içi yayımlanan çalışmalarında maya hücrelerinin genetiğini laboratuvarda değiştirerek, çoğu eşanlamlı mutasyonun kuvvetli biçimde zararlı olduğunu göstermişler.
Çalışmanın yazarlarına göre çoğu eşanlamlı mutasyonun taşıdığı bu kuvvetli yanlılık (eğer diğer genler ve canlılarda da geçerli olduğu tespit edilirse); insanlardaki hastalık mekanizmaları, popülasyon ve koruma biyolojisi ile evrimsel biyoloji çalışmalarında büyük sonuçlar doğurabilir.
Michigan Üniversitesi Ekoloji ve Evrimsel Biyoloji bölümünde çalışan kıdemli yazar Profesör Jianzhi Zhang, şöyle aktarıyor: “Genetik kodun 1960’larda çözülmesinden bu yana, eşanlamlı mutasyonların genelde tehlikesiz olduğu düşünülmüştü. Şimdiyse bu düşüncenin yanlış olduğunu gösteriyoruz.
“Biyolojide varılan pek çok karar eşanlamlı mutasyonların nötr olduğu varsayımına dayandığından, bu varsayımın ihlali geniş çaplı sonuçlar doğuracak. Örneğin hastalığa sebep olan mutasyon çalışmalarında eşanlamlı mutasyonlar genelde görmezden geliniyor. Fakat önemi yeterince anlaşılmamış ve yaygın birer mekanizma olabilirler.”
Geride bıraktığımız on yıllık dönemde anekdotlara dayalı bulgular, bazı eşanlamlı mutasyonların nötr olmadığını akla getirmiş. Zhang ve meslektaşları ise bu gibi vakaların istisna mı yoksa kural mı olduğunu bulmak istemiş.
Bu soruyu da tomurcuklu mayada (Saccharomyces cerevisiae) ele almayı tercih etmişler. Canlının kısa nesil süresi (yaklaşık 80 dakika) ve ufak boyutu, araştırmacıların büyük miktardaki eşanlamlı mutasyonun etkisini görece hızlı, hassas ve rahat biçimde ölçmelerini sağlamış.
CRISPR/Cas9 genom düzenleme yöntemini kullanarak 8.000’den fazla mutant maya soyu meydana getirmişler. Maya soylarının her biri, araştırmacıların hedef aldığı 21 genden birinde eşlanlamlı, eşanlamsız ve anlamsız mutasyon barındırıyormuş.
Bilim insanları daha sonra bu mutant soyların mutant olmayan soya kıyasla ne kadar hızlı ürediğine bakarak “uygunluklarını” belirlemiş. Darvinci uygunluk kuramı, basitçe ifade edilirse bir bireyin sahip olduğu soy sayısını belirtiyor. Bu vakada ise maya soylarının üreme hızlarının ölçülmesi, mutasyonların faydalı mı, zararlı mı yoksa nötr mü olduğunu göstermiş.
Şaşırtıcı bir sonuçla karşılaşan araştırmacılar, eşanlamlı mutasyonların %75,9’unun önemli derecede zararlı olduğunu tespit etmişler. Mutasyonların yalnızca %1,3’ü önemli oranda yararlıymış.
Zhang’ın laboratuvarında yüksek lisans araştırma görevlisi olan baş yazar Xukang Shen, “Nötr olmayan eşanlamlı mutasyonlara ait önceki anekdotlar meğerse buzdağının görünen kısmıymış” diyor.
“Eşanlamlı mutasyonların uygunluğu etkilediği mekanizmaları da inceledik ve sebeplerden en az bir tanesinin, hem eşanlamlı hem de eşanlamsız mutasyonların gen ifade seviyesini değiştirmesi olduğunu keşfettik. Bu ifade etkisinin kapsamı ise uygunluk etkisini haber veriyordu.”
Zhang, araştırmacıların anekdotsal raporlardan bazı eşanlamlı mutasyonların nötr olmayabileceğini önceden de bildiklerini belirtiyor.
“Fakat bu gibi mutasyonların böylesine fazla olduğunu görmek bizi şoke etti” diyor. “Elde ettiğimiz sonuçlar, eşanlamlı mutasyonların hastalığa sebep olma bakımından neredeyse eşanlamlı olmayan mutasyonlar kadar önemli olduğunu gösteriyor. Patojenik eşanlamlı mutasyonların tahmin edilmesi ve belirlenmesi için daha fazla çaba gösterilmesi gerekiyor.”
Michigan Üniversitesi öncülüğünde çalışan araştırma takımı, ulaşılan sonuçların maya ile kısıtlı olmayabileceğini ve bulguların genelliğinin doğrulanması için farklı canlılarda onaylama yapılması gerektiğini söylüyor.
Kaynak: Michigan Üniversitesi. Çeviren: Ozan Zaloğlu.
