Home � Bilim

DNA’yı dijital bir sinyale dönüştürmek - Craig Venter ile röportaj

 

   Bu yazı, insan genomunu ilk dizileyenlerden biri olan ve sentetik genoma sahip ilk hücreyi yaratan Craig Venter (bu konuda bilgi almak için tıklayın) ile Wired muhabiri Roger Highfield’in yaptığı röportajın çevirisidir ve geçtiğimiz yıl gerçekleşen bir dizi sohbet ve e-postanın derlenmesinden oluşmuştur (yayınlanma tarihi 07.11.13)Özellikle ilk yapay canlıyı yaratmasının ardından dini çevrelerce “Tanrı rolü yapmaya çalıştığı” gerekçesiyle eleştirilen Craig Venter, aynı zamanda Life at the Speed of Light: From the Double Helix to the Dawn of Digital Life kitabının da yazarıdır.


 

 

Kitabınız  Life at the Speed of Light’ ta insanların yepyeni bir evrim sürecine girdiğinden bahsediyorsunuz. Bu nasıl oluyor?


Sanayi çağı sona ererken, bir yandan da biyolojik tasarım çağının doğuşuna tanıklık ettiğimizi düşünüyorum. Dijitalleştirilmiş bilgi olan DNA bilgisayar veritabanlarında birikiyor. DNA’yı genetik mühendisliği ve günümüzde artık sentetik biyoloji sayesinde eşi benzeri görülmemiş bir şekilde işleyebiliyoruz; tıpkı bilgisayar yazılımları gibi. DNA’yı ayrıca ışık hızında veya ışık hızına yakın bir hızda elektromanyetik dalga olarak da gönderebiliyor ve “biyolojik ışınlayıcı”lar aracılığıyla proteinleri, virüsleri ve canlı hücreleri başka bir yerde yeniden yaratmak için kullanabiliyor; böylece yaşama bakış açımızı sonsuza dek değiştirmiş oluyoruz.

 

 

Yani DNA’yı yaşamın yazılımı olarak görüyorsunuz, öyle mi?


Yaşayan, kendi kendini eşleyen bir hücre oluşturmak için gereken tüm bilgi DNA’nın ikili sarmal yapısında bulunuyor. Yaşamın bu yazılımını (software) okuyup tercümesini yaptıkça hücrelerin nasıl çalıştığını tam olarak anlayabilecek, sonra da yeni hücresel yazılımlar yaratarak onları değiştirip geliştirebileceğiz. Bu yazılım, donanımı (hardware) meydana getiren proteinlerin, yani bir hücreyi çalıştıran robot ve kimyasal makinelerin nasıl üretileceğini tanımlar. Bu yazılım, hücrenin donanımı zamanla eskiyerek yıpranacağı için hayati önem taşır. Hücreler genetik-bilgi sistemlerinin yokluğunda dakikalar/günler içinde ölür; evrim geçiremezler, eşlenemezler ve hayatta kalamazlar.


 

Son yirmi yıl içinde yaşamın yazılımını okuma ve değiştirme konusunda yaptığınız deneyler arasından en önemli bulduklarınız hangileri?


En önemli deneyimin sentetik hücre yaratmak olduğunu düşünüyorum. Ama eğer yaşamı anlamam konusunda beni en çok etkileyen tek bir çalışma, makale veya deneysel sonuç seçmem gerekseydi, ekibimin 2007 yılında yayımladığı Genome Transplantation in Bacteria: Changing One Species to Another [Bakterilerde Genom Transplantasyonu: Bir Türü Başka Bir Türe Dönüştürmek] isimli makaleyi seçerdim. Science dergisinde yayımlanan bu makalenin yolunu açan araştırma yalnızca yaşamın temelleri hakkındaki görüşlerimi şekillendirmekle kalmadı, aynı zamanda da ilk sentetik hücrenin yaratılması için gereken zemini hazırladı. Genom transplantasyonu bize sadece çarpıcı bir dönüşüm gerçekleştirmek, yani bir türü diğerine dönüştürmek için bir yol sunmakla kalmadı, DNA’nın yaşamın yazılımı olduğunu kanıtlamaya da yardımcı oldu.

 


2010 yılında bir sentetik hücre (JCVI-syn1.0) yarattığınızı duyurduğunuz günden beri neler oldu?


O zaman sentetik hücre olgusunun biyolojinin temellerini ve yaşamın nasıl işlediğini daha iyi anlamamızı sağlayacağını, aşı ve ilaç geliştirme konusunda yeni yöntem ve araçlar geliştirmemize yardımcı olacağını, biyolojik yakıtların ve biyokimyasalların gelişimini mümkün kılacağını ve temiz su, temiz besin kaynağı, tekstil ve biyoremediasyon [toprak ve sudaki çevre kirliliğine yol açan maddeleri yok etmek için doğal yollarla oluşan ya da yapay olarak oluşturulan mikroorganizmaların kullanılması] teknikleri bulmamızın önünü açacağını söylemiştim. Üzerinden geçen üç yıllık süreç, bu görüşlerimin doğruluğunu kanıtlamıştır.

 


Kitabınız bu sentetik canlının yaratılması sırasında karşılaştığınız zorluk ve sıkıntılara ilişkin çarpıcı bir anlatım içeriyor. Bu süreçte canınızı en çok sıkan olay neydi?


JCVI-syn1.0’ı laboratuvarda yaratmaya karar verdiğimizde, çok küçük bir genoma sahip olması nedeniyle M. genitalium’u seçmiştik. Sonradan bu kararımızdan dolayı pişman olduk: M. genitalium laboratuvar ortamında çok yavaş büyür. Bir E. coli bakterisi her 20 dakikada bir yavru hücrelere bölünürken, M. genitalium kendi kopyasını yapmak için 12 saate ihtiyaç duyar. Logaritmik büyüme bağlamında aralarındaki bu fark, deney sonucunu 24 saatte elde etmek ile haftalar sonra elde etmek arasındaki farka eşdeğerdir. Bu yüzden bir hiç uğruna çok emek harcıyormuşuz gibi hissediyorduk. Bunun üzerine hedef bakteriyi değiştirip M. mycoides yaptım. M. mycoides, M. genitalium’dan iki kat büyüktür ama çok daha hızlı büyür. Yaptığım bu değişiklik, işin sonunda büyük fark yarattı.


 

 

 


Sentetik hücre buluşunuzdan dolayı bazı meslektaşlarınız şaşkınlıktan havaya uçtu, bazıları da bunu teknik bir yetenek şovu şeklinde değerlendirdi. Fakat bazıları da bunun “sıfırdan yaşam yaratmak” anlamına gelmediğini söyleyerek sönük tepkiler verdi.


“Sıfırdan yaşam yaratmak” derken neyi kastettiklerine yeterince kafa yormamışlardır. Örneğin “sıfırdan” kek yapmaya ne dersiniz? Pastaneden hazırını alıp evde dondurabilirsiniz; veya bir hazır kek karışımı alıp ona sadece yumurta, yağ ve su ekleyebilirsiniz; ya da kabartma tozu, şeker, yumurta, yağ, un, süt vb. malzemelerin hepsini tek tek ekleyip karıştırabilirsiniz. Ama “sıfırdan kek yapmak” dendiğinde kimsenin bundan sodyum, hidrojen, karbon ve oksijenin birleştirilmesi yoluyla sodyum bikarbonat (kabartma tozu) üretilmesi anlamını çıkaracağını sanmıyorum. Bu tabir, aynı kısıtlamaları “sıfırdan yaşam yaratma” kavramına yüklediğimizde gerekli olan tüm molekülleri, proteinleri, lipidleri, DNA’yı, hücre organellerini basit kimyasallardan; hattâ  karbon, hidrojen, azot, demir vb. temel elementlerden üretmek anlamına da gelebilir.

 

 

Kitabınızda da ele aldığınız üzere, burada sanal yaşam yaratmaya benzer bir çaba var. Bilişim ortamındaki bu modeller ne kadar karmaşık?


Geçtiğimiz yıl sanal hücrelerin gerçek olayları anlamamıza nasıl yardımcı olabileceğini gördük. Bu çalışma 1996 yılında Masaru Tomita ve öğrencilerinin Keio Üniversitesi Bioinformatics Lab.’da -bizim 1995 yılında dizilediğimiz- Mycoplasma genitalium’un mikrobiyolojisini incelemeye başlamaları kadar eskiye dayanıyor; o yılın sonunda da E-Cell Projesi'ni kurmuşlardı. M. genitalium üzerinde yapılan en güncel çalışma Amerika’daki Stanford Üniversitesi sistem biyoloğu Markus W. Covert’tan geldi. O ve ekibi bizim genom verilerimizi kullanarak, bakterinin gerçeğine şaşırtıcı biçimde benzeyen sanal bir versiyonunu üretti.

 


Sentetik organizmalara ilişkin etik konuları uzun süredir tartışıyorsunuz; şu anda bu etik tartışmalar ne durumda?


Yeniliğin çift başlı doğası insanın kendi isteğiyle ateş yakmayı başardığı, yani insan yaratıcılığının başladığı günden beri mevcuttur. (Onu düşmanımın barınağını yakmak için mi, yoksa ısınmak için mi kullanacağım?) Birkaç ayda bir, teknolojinin nasıl da iki ucu keskin bir kılıç olduğunu ele alan toplantılar düzenleniyor. Sentetik biyolojinin güvenli ve etkin bir şekilde gelişmesini istiyorsak destekleyici teknolojilere, bilime, eğitime ve tedbirlere yatırım yapmamız çok önemli. Bu konuyla ilgili toplumsal tartışma fırsatları desteklenmeli ve kamu da bunlara iştirak etmelidir. Ancak bu çalışmanın sunduğu olağanüstü imkanları gözden kaçırmamak da önemli. Sentetik biyoloji, gezegenimizin ve üzerinde yaşayan popülasyonların karşı karşıya kaldığı önemli zorlukları aşmada yararlı olabilir. Sentetik biyoloji alanında yapılan araştırmalar yepyeni buluşlara çanak tutabilir; örneğin hastalık bölgelerinde kendi kendilerine toplanarak hasarı onaran programlanmış hücreler gibi.

 


Sizi en çok hangisi endişelendiriyor: biyolojik terör mü, yoksa biyolojik hatalar mı?

Sanırım gözden kaçan bir biyolojik hatadan daha çok korkuyorum. Sentetik biyoloji büyük ölçüde, biyoloji konusunda fazla deneyimi olmayan bilim insanlarının becerilerine dayanır; matematikçiler ve elektrik-elektronik mühendisleri gibi. Bilginin demokratikleşmesi ve “açık kaynaklı biyoloji”; temel laboratuvar araçlarının sıradan versiyonlarının (DNA kopyalama yöntemi olan PCR gibi) mevcudiyeti, yaşamın yazılımı üzerinde herkesin (devlete, üniversiteye veya özel sektöre ait laboratuvarlara erişimi bulunmayan, gerekli eğitime ve biyo-emniyet kurallarına aşina olmayanlar da dahil) çalışabilmesini kolaylaştırır.

 


İhtiyatlı olmak adına sentetik biyolojiden vazgeçmeli miyiz?


Benim en büyük korkum teknolojiyi istismar etmemiz değil, onu hiç kullanmamamız; gezegenin nüfusunun hızla arttığı ve çevreyi geri dönülmez bir biçimde değiştirmekte olduğumuz şu çağda müthiş bir fırsatı tepmemizi hiç istemem.

 


Gidişatın olumlu olacağı konusunda çok emin görünüyorsunuz.


Öyleyim; bunun en büyük sebebi de sentetik biyologların bir sonraki kuşağını görmüş olmam. Geleceğin bize ne getireceğini her yıl Cambridge - Massachusetts’de sonuçlanan bir dizi yarışmaya bakarak görebiliriz: Uluslararası Genetiği Değiştirilmiş Makineler (iGEM) yarışması. Bu yarışmada lise ve üniversite öğrencileri standart bir dizi DNA alt programını değiştirerek farklı tasarımlar yaratır. Bu, bana gelecek adına umut veriyor.

 


DNA’yı, bir birime gönderilebilen ve orada yepyeni bir canlı yaratabilen dijital bir sinyale dönüştürmeye çalışıyorsunuz.


Synthetic Genomics Inc.’te  [Uzun süredir Venter’la birlikte çalışan ve de Nobel Tıp ödülü almış olan Hamilton Smith ile Venter’ın ortaklaşa kurduğu şirket] dijital DNA kodunu, DNA dizisini laboratuvar ortamında yeniden sentezleyebilen bir programın içine yerleştirebiliyoruz. Bu da örtüşen DNA baz çiftleri (oligonükleotidler) tasarlamaya yarayan işlemi otomatize ediyor; filigranlar ekleyerek onları sentezleyiciye yüklüyor. Sentezleyicinin yaptığı oligonükleotidler, bizim Gibson-birleştirme robotu (ismini yetenekli meslektaşım Dan Gibson’dan alır) dediğimiz bir cihazla bir araya getirilip birleştiriliyor.

 

NASA, Mojave Çölü’nde bulunan deneme sahalarında deneylerimizi yapmamız için bize maddi destek sundu. Bağımsız bir şekilde mikropları topraktan izole etme, DNA’larını dizileme ve sonra da bu bilgiyi “dijital-yaşam-gönderme-birimi” dediğimiz bir cihazla buluta gönderme işleminin aşamalarını test etmek için JCVI mobil laboratuvarını kullanacağız. JCVI mobil laboratuvarı topraktan numune almaya, DNA izolasyonu ve DNA dizilemesi yapmaya yarayan donanımlara sahip. Aktarılan DNA bilgisinin uzaktan yüklenebileceği ve yeniden üretilebileceği yer olan alıcı birimin şu anda birçok ismi var: “dijital biyolojik dönüştürücü”, “biyolojik ışınlayıcı” ve “yaşam replikatörü (eşleyicisi)” bunlardan bazıları.

 

 

Böyle bir teknolojiyle şu anda neler yapabiliyorsunuz?


En belirgin işlevi, bir bir grip salgını (pandemi) olması halinde aşıların dağıtımını sağlaması. 2009 yılında Dünya Sağlık Örgütü (WHO), H1N1 influenzayı (domuz gribi) son 40 yıldır gerçekleşen ilk pandemi vakası olarak bildirdiğinde tarihte görülen en hızlı küresel aşı geliştirme girişimi gerçekleşti. Altı ay içinde yüz milyonlarca aşı üretildi; ama bu yeterince hızlı değildi. Geleneksel aşı imalat yöntemleri virüslerin döllenmiş tavuk yumurtaları içinde büyütülmesine dayanır ve bu da 35 gün sürer. Sonuç olarak birçoğu genç olan yaklaşık 250.000 insan H1N1’den öldü. Eğer virüs çok daha patojenik olsaydı, aşı üretimindeki bu gecikme toplumsal yapıda bozulmaya, karmaşaya ve çöküşe neden olurdu.

 


İşlem nasıl hızlandırılabilir?


Synthetic Genomics Inc. ve J. Craig Venter Enstitüsü şu anda U.S. Biomedical Advanced Research and Development Authority’nin katkılarıyla Novartis isimli ilaç firmasıyla birlikte çalışarak grip suşlarının üretimini hızlandırmayı amaçlıyor. “Ters aşılama” denilen bir yöntem kullanıyoruz; bu yöntem ilk kez, halen Novartis’te görev yapmakta olan Rino Rappuoli tarafından bir menenjit aşısının geliştirilmesinde kullanılmıştı. Biyobilişimsel yaklaşımlarla bir grip virüsünün genomunun tamamı taranabilir. Sonrasında, dış membran proteinleri gibi iyi aşı hedefleri olabilecek belirli genler özelliklerine göre seçilir. Ardından bu proteinler, bağışıklık yanıtı açısından test edilir. Biz ve Novartis bu yöntemle 5 günden de kısa bir zamanda aşı üretimi yapmayı başardık. 2011 yılında tamamlanan bir kavram kanıtlama uygulamasından beri bu işlemi birçok grip suşu ve alt türü üzerinde başarıyla uyguluyoruz.

 

 

Bir de süper-bakteri sorunu üzerinde duruyorsunuz.

 [Süper-bakteri: çok sayıda ilaca dirençli -MDR- bakteriler. Bkz: Bakterilerde gelişen antibiyotik direnci]


Antibiyotik öncesi çağlara döneceğimize dair endişeler tekrar tekrar gündeme getirilmekte. Çözüme yönelik yaklaşımlardan birisi de faj terapisi; faj terapisinde belli bir bakteri suşuna özgü bakteriyofajlar mikropları öldürmekte kullanılır. Birkaç günde bir Dünya’da yaşayan bakterilerin yarısı fajlar tarafından öldürülür. Onlardan yardım alabilir miyiz?

 

Vücudumuzdaki “dost” bakterileri de öldürerek ikincil zararlar oluşturabilen geleneksel antibiyotiklerin aksine fajlar, moleküler “akıllı bombalar”dır; sadece bir veya birkaç suşu hedef alırlar. Ama bu, kullanımlarının kolay olduğu anlamına gelmiyor. Hücreler tıpkı antibiyotiklerde olduğu gibi, mutasyon geçirerek fajlara karşı direnç geliştirebilir. Ayrıca insan vücudu da fajları kan dolaşımından hızla temizler. Ama yeni DNA sentezleme ve birleştirme araçlarımız sayesinde günde 300 yeni faj tasarlayıp üretebiliriz.

 


“Işınlama” konusunda sırada ne var?

 

Şu an için ancak protein moleküllerini, virüsleri, fajları ve tekil mikrobiyal hücreleri yaratabiliyoruz; ama bu alandaki çalışmalar çok daha karmaşık canlı sistemlerine doğru ilerleyecektir. Dijitalleştirilmiş bilgiyi, sonradan karmaşık çok hücreli canlılara veya işlevsel dokulara dönüşecek olan canlı hücrelere dönüştürebileceğimizden eminim.

 


Bu teknoloji Mars keşiflerini neden değiştirecek?


Dizilim bilgilerini 4,3 dakikadan kısa bir sürede, Mars’ta bulunan bir dijital-biyolojik dönüştürücüye gönderebilir ve kişisel ilaçları kolonidekilere ulaştırabiliriz. Veya DNA-dizileme cihazının Curiosty’e (NASA’nın Mars keşif aracı) yerleştirilmesi halinde olası bir Mars bakterisinin dijital kodunu Dünya’ya ulaştırabilir, burada da canlıyı laboratuvar ortamında yeniden üretebiliriz. Daha doğrusu, Marslılara Amazon’a zorunlu iniş yaptırmak yerine, onları bir P4 uzay giysisi laboratuvarında (bir maksimum-muhafaza ortamında) yeniden üretebiliriz. Mars ve Dünya arasında sürekli bir madde değiş tokuşu olduğunu biliyoruz, bu yüzden Mars’taki yaşamın Dünya’dakine benzer, yani DNA bazlı olduğunu düşünüyorum. Dünya’daki yaşamın özel ve benzersiz olduğunu ve Evren’de yalnız olduğumuzu düşünen birçok insan (çoğu dindar) var. Ben onlardan biri değilim.


 

Resimde canlandırılan ve Venter’ın sözünü ettiği koloni, Mars One projesine ait. Bu proje 2023 yılında Mars’ta dört kişiden oluşan bir insan kolonisi kurmayı hedefliyor.

 

 

Mars’ta yaşam olduğuna neden bu kadar eminsiniz?


Dünya ve Mars arasında 100 kg düzeyinde madde değiş tokuşu olduğu düşünülüyor; bu da Dünya’daki mikropların çok eski tarihlerde Mars’a gitmiş, oradaki okyanuslarda çoğalmış ve Dünya’da da yaşayabilecek şekilde hayatta kalmış olma ihtimalini arttırıyor.


Synthetic Genomics’teki ekiplerimizden biri 3 yıl boyunca Colorado’daki kömür yatağı metan rezervlerindeki canlılığı inceledi. 2,2 km derinlikteki suların, okyanuslardakine denk bir mikrop (mililitre başına 1 milyon) düzeyine sahip olduğunu keşfettik. Yapılan basit hesaplamalar gösteriyor ki, yeraltı da en az gezegenimizin görünen yüzeyi kadar biyoloji ve canlı kütlesi içeriyor. Aynı şey Mars için de geçerli olabilir.

 


Hattâ belki diğer gezegenler için de?


İşe yararsa, Evren’i ve Güneş Sistemi dışındaki Dünya boyutlu veya Dünya’dan büyük gezegenleri araştırmak adına yeni yöntemler kazanmış oluruz. Günümüzün roket teknolojisiyle bu gök cisimlerine kısa sürede bir ardıştırıcı göndermemiz söz konusu değil; bir kırmızı dev olan Gliese 581’in yörüngesindeki gezegenler “sadece” 22 ışık yılı uzağımızda bulunuyor. Fakat bizim yöntemlerimizle ışınlanan bilginin Dünya’ya geri dönmesi yalnızca 22 yıl sürecektir ve eğer bu sistemde DNA temelli gelişmiş canlı türleri yaşıyorsa, belki de dizilim bilgilerini çoktan yayınlamışlardır.

 


Dijital DNA bilgisi bize başka hangi kapıları açıyor?

 

Işık hızında yaşam yaratmak yeni bir endüstriyel devrimin parçası. Üretim, 3B Yazıcı teknolojisi sayesinde merkezi fabrikalardan yaygın ve domestik alanlara doğru kayacaktır.

 

 

Son olarak; bu büyük uğraşlar sizi nereye götürüyor?


Dizilenen genom benimki olduğu için, benim yazılımım elektromanyetik dalga şeklinde uzaya gönderildi; böylece genetik bilgilerim Dünya’dan çok uzaklara taşınmış oldu. Uzayın derinliklerinde genomumda yer alan talimatları anlayabilecek bir canlı türü olup olmadığına gelirsek … eh, o da bambaşka bir soru.


 

 

 

Çeviri: felis agnosticus


Röportaj kaynağı: J. Craig Venter sequenced the human genome. Now he wants to convert DNA into a digital signal 


 Şu yazılar da ilginizi çekebilir:


 

 

Add comment




  Country flag
biuquote
  • Comment
  • Preview
Loading