Tüm yaşam,
yaşayan her bir şey,
DNA'daki bilgiye göre oluşturuldu.
Peki bu ne demek?
Nasıl ki İngiliz alfabesi kelimelere dönüştürüldüğünde
size bugün söyleyeceğim şeyleri söyleme imkânı tanıyan
alfabetik harflerden meydana geliyorsa
DNA da genetik harflerden meydana geliyor ve genlere dönüştürüldüğünde
hücrelerin protein üretmesini,
yani bir hücrenin işlevlerini yerine getirmesini sağlayan
karmaşık yapıları meydana getiren amino asitler üretmesini
ve hikâyelerini anlatmasını sağlıyor.
İngiliz alfabesinde 26 harf varken genetik alfabede sadece dört tane var.
Oldukça ünlüler. Belki de onları biliyorsunuz.
Onlara genellikle G, C, A ve T deniyor.
Ama tüm bu yaşam çeşitliliğinin
dört genetik harfin sonucu olması inanılmaz.
İngiliz alfabesinde dört harf olsa nasıl olurdu bir hayal edin.
Ne tür hikâyeler anlatabilirdik?
Peki genetik alfabede daha fazla harf olsaydı?
Daha fazla harfli yaşam daha farklı hikâyelere kapı açar mıydı,
hatta belki daha ilginç olanlara?
1999 yılında La Jolla, Kaliforniya'daki laboratuvarım
altı harfli bir genetik alfabe DNA'sıyla canli organizmalar yaratma amacıyla
bu soru üzerinde çalışmaya başladı;
dört doğal harfe ek olarak iki insan yapımı ek harf.
Böyle bir organizma
kökten değiştirilmiş ilk yaşam şekli olurdu.
Yarı sentetik bir yaşam şekli olurdu,
yaşamın daha önce yaptığından daha fazla bilgi saklayabilen bir şekli.
Yeni proteinler üretebilirdi,
genellikle protein yapımında kullanılan 20 normal amino asidin
daha fazlasından inşa edilen proteinler.
Bu yaşam nasıl hikâyelere kapı açardı?
Sentetik kimya ve moleküler biyolojinin gücüyle
ve yaklaşık 20 yıllık çalışmayla
altı harfli DNA'ya sahip bakteriyi yarattık.
Nasıl yaptığımızı anlatayım.
Lisedeki biyoloji dersinden tüm hatırlamanız gereken
iki doğal harfin eşleşerek iki temel çift oluşturduğu.
G, C ile eşleşiyor, A ise T ile eşleşiyor,
yeni harflerimizi yaratmak için
yüzlerce yeni aday harf sentezledik
ve birbirleriyle seçerek eşleşme yeteneklerini inceledik.
15 yıllık çalışmanın ardından da
birbiriyle çok iyi eşleşen iki tane bulduk,
yani en azından deney tüpü içinde.
İsimleri oldukça karmaşık
ama şimdilik onlara X ve Y diyelim.
Yapmamız gereken bir sonraki şey ise X ve Y'yi hücrelerin içine sokmaktı
ve sonunda alglerde benzer bir şey yapan bir protein bulduk,
bakterimizde işe yaradı.
Yapmamız gereken son şey de X ve Y için şunu gösterebilmekti:
Hücrelerin büyüyüp bölünebildiği, DNA'larında X ve Y'ye tutunabildiği.
O zamana dek yaptığım her şey umduğumdan çok daha zaman aldı.
Aslında gerçekten sabırsız biriyim
ama bu, en önemli adım, hayal ettiğimden daha hızlı işe yaradı,
anında diyebilirim.
2014 yılında bir hafta sonu,
laboratuvarımda bir lisans üstü öğrencisi altı harfli DNA'yla bakteri yetiştirdi.
Şimdi sizi onlarla tanıştırmama izin verin.
Bu onların gerçek bir fotoğrafı.
Bunlar ilk yarı sentetik organizmalar.
Altı harfli DNA'sı olan bakteriler, oldukça ilginç değil mi?
Belki de bazılarınız hâlâ nedenini merak ediyordur.
O hâlde bizi motive eden şeylerin bazılarından biraz bahsedeyim,
hem teorik hem de pratik olanlar.
Teoride insanlar hep hayatın ne olduğuna kafa yordular,
canlı olan şeyleri faklı kılan şeye,
insanların bu konuda fikirleri oldu.
Pek çoğu hayatı kusursuz olarak açıkladı,
bu da bir yaratıcı olduğuna kanıt gösterildi.
Yaşayan şeyler farklıdır çünkü bir tanrı onlara yaşam üfledi.
Başkaları daha bilimsel bir açıklama aradılar
ama şunu söyleyebilirim ki
hâlâ yaşam moleküllerinin özel olduğunu düşünüyorlar.
Evrim onları milyarlarca yıldır optimize etmiyor mu zaten?
Bakış açınız ne olursa olsun, şu gerçekten imkânsız görünüyor;
kimyagerlerin yeni parçalar ortaya çıkarması,
bunların, yaşamın doğal molekülleriyle birlikte işleyebilmesi
ve tüm bunları yaparken her şeyin yolunda gitmesi.
Peki ne kadar kusursuz yaratıldık veya evrildik?
Hayatın molekülleri ne kadar özel?
Bu sotuları sormak bile imkânsız
çünkü yaşamı hiçbir şeyle kıyaslayamadık.
Şimdi ilk kez çalışmamız gösteriyor ki
belki de yaşamın molekülleri o kadar özel değil.
Belki de bildiğimiz hayat olabilecek tek yol değil.
Belki de biz tek çözüm değiliz hatta en iyi çözüm bile değiliz,
sadece bir çözümüz.
Bu sorular yaşamla ilgili temel sorunlara değiniyor
ama belki de anlaşılması biraz zor.
Peki ya pratikteki amaçlarımız?
Yaşamın genişlemiş bir kelime dağarcığıyla sunabileceği
yeni hikâyeleri keşfetmek istedik.
Unutmayın, burada hikâyeler hücrenin ürettiği proteinler
ve sahip oldukları işlevler.
Bizim yarı sentetik organizmalarımız
yeni işlevlere sahip ne tür proteinler yapabilir ve hatta kullanabilir?
Aklımızda birkaç şey var.
Birincisi hücrelere protein yaptırmak, bizim kullanmamız için.
Bugün proteinler gittikçe artan
geniş çapta değişik uygulama alanları için kullanılıyor,
askerleri yaralanmadan koruyan materyallerden
tehlikeli maddeleri tespit eden cihazlara kadar,
yine de bana göre
en heyecan verici uygulama protein ilaçları.
Yeni olmalarına karşın
protein ilaçları tıpta devrim yarattı bile
ve mesela insülin de bir protein.
Ne olduğunu biliyorsunuzdur, bir ilaç olarak üretiliyor
ve diyabeti tedavi etme şeklimizi tamamen değiştirdi.
Ancak burada sorun, proteinlerin yapımının gerçekten zor olması
ve onları elde etmenin tek pratik yolu hücrelerin sizin için yapmasını sağlamak.
O yüzden doğal hücrelerle
doğal amino asitlere sahip proteinler yaptırabilirsiniz
ve bu proteinlerin özellikleri,
geliştirilebilecekleri kullanım alanları
proteinin inşa edildiği
o amino asitlerin doğasıyla sınırlı kalacak.
İşte burada,
bir protein yapmak için birbirine bağlanmış 20 normal amino asit,
sanırım çok da farklı görünmediklerini fark ediyorsunuz.
O kadar farklı işlev sunmuyorlar.
öyle çok sayıda farklı işlevleri yok.
Sentetik kimyagerlerinin ilaç olarak yaptığı küçük moleküllerle kıyaslayalım.
Proteinlerden daha basit yapıdalar
ama rutin olarak çok daha geniş çapta çeşitlilikten yapılıyorlar.
Moleküler detaylara aldırmayın
ama farklı olduklarını da göreceksiniz.
Aslında onları harika ilaçlar kılan şey
değişik hastalıkları tedavi eden farklılıkları.
Daha büyük bir çeşitlilikten protein yapabildiğimizde
geliştirebileceğimiz protein ilaçlarını düşünmek teşvik edici.
Yarı sentetik organizmamızın
yeni ve değişik amino asit içeren protein yapmasını sağlayabilir miyiz?
Belki de istenen özellik veya işleve sahip
proteine bizi yönlendirecek amino asitler?
Örneğin
insanlara enjekte ettiğiniz zaman çoğu protein dengeli olmaz.
Hızla ayrıştırılırlar veya atılırlar,
bu da ilaç olmalarına engel olur.
Peki ya yeni amino asitler yapabilsek,
kendilerine bir şeyler bağlı olsa,
bu sayede çevrelerinden korunsalar,
ayrıştırılmaktan veya atılmaktan korunsalar
ve böylelikle daha iyi ilaçlar olsalar?
Moleküllere tutunabilmeleri için
minik parmakları olan proteinler yapabilir miyiz?
Pek çok küçük molekül ilaç olmayı başaramadı
çünkü insan bedeninin karmaşık çevresinde
hedeflerini bulmakta yeterli olamadılar.
Bu molekülleri alıp yeni amino asitlerin parçası hâline getirebilir miyiz?
Böylece bir proteinle birleştirildiklerinde
protein onları hedeflerine yönlendirebilir mi?
Synthorx adında bir biyotek şirketi kurdum.
Synthorx, sentetik organizmanın kısaltılmışı.
sonund bir X var çünkü biyotek şirketleri bunu hep yapar.
(Kahkahalar)
Synthorx, laboratuvarımla yakından çalışıyor
ve insan hücrelerinin yüzeyinde belli bir reseptörü tanıyan
bir protein konusunda ilgililer.
Ancak sorun şu ki bu ayrıca
aynı hücrelerin yüzeyinde başka bir reseptör de tanıyor
ve bu onu toksit yapıyor.
Bu proteinin bir varyasyonunu üreterek
ikinci reseptörle etkileşime geçen kısmı alıkoyabilir miyiz,
onu büyük bir şemsiye altına almak gibi?
Böylece protein sadece istenen ilk reseptörle etkileşime geçer?
Bunu yapmak ya çok zor
ya da normal amoni asitlerle yapılması imkânsız,
ancak özellikle bu amaç için tasarlanmış amino asitlerle değil.
Yarı sentetik hücrelerimizi küçük fabrikalar gibi çalıştırarak
daha iyi protein ilaçları ürettirmek
tek ilginç potansiyel uygulama yöntemi değil.
Çünkü unutmayın, hücrelerin işini yapmasına izin veren şey proteinler.
Yeni işlevlere sahip yeni proteinler yapan hücrelerimiz olsaydı
doğal hücrelerin yapamadığını yapmalarını sağlayabilir miydik?
Örneğin yarı sentetik organizmalar geliştirerek
bunları bir insana enjekte edebilir, kanser hücrelerini hedef alabilir
ve bulunduklarında toksit bir proteinle öldürebilir miyiz?
Farklı yağları yiyen bir bakteri yaratabilir
ve bir petrol akıntısını temizleyebilir miyiz?
Bunlar sadece daha geniş bir kelime dağarcığı olan yaşamın
anlatabileceği hikâyelerden birkaçı.
Harika değil mi?
İnsanlara yarı sentetik organizmalar enjekte etmek?
Okyanusa milyonlara litre bakteri salmak
veya en sevdiğiniz plaja?
Ama durun bir dakika, bu aslında korkunç bir şey.
Bu dinozor gerçekten korkutucu.
Ama şu da var:
yarı sentetik organizmalarımızın hayatta kalmaları için
X ve Y'nin kimyasal öncülerinden beslenmeleri gerekiyor.
X ve Y, doğada var olan her şeyden tamamen farklı.
Hücrelerde bunlardan yok, bunları yapma yetisi de.
Biz onları hazırlarken,
laboratuvarımda kontrollü çevrede onları büyütürken
onları doğa dışı besinlerle besleyebilirim.
Sonra onları bir insana veya sahile gönderdiğimizde
o özel yiyeceğe erişimleri olmayacaktır,
bir süre büyüyebilir ve hayatta kalabilirler,
istenen işlevi yerine getirecek kadar,
sonra da besinsiz kalmaya başlarlar.
Aç kalmaya başlarlar.
Açlıktan ölür ve yok olurlar.
Yaşamın yeni hikâyelere kapı açmasını sağlıyor
ve bu hikâyelerin yer ve zamanını da belirleyebiliyoruz.
Bu konuşmanın başında size 2014 yılında
daha fazla bilgi saklayan yarı sentetik organizmaların yaratıldığını söylemiştim.
X ve Y, DNA'larında.
Ama az önce konuştuğumuz tüm bu amalar
X ve Y'nin protein yapmasına dayanıyor.
Biz de bunun üzerinde çalıştık.
İki yıl içinde, X ve Y'li DNA'ları hücrelerin alabildiğini gösterdik,
ve bunu DNA'nın çalışan kopyaları RNA'ya kopyalayabiliyorlardı.
Ve geçen senenin sonunda,
X ve Y'yi protein yapmada kullanabildiklerini gösterdik.
İşte buradalar, gösterinin yıldızları,
tamamen işlevsel ilk yarı sentetik organizmalar.
(Alkışlar)
Hücreler yeşil çünkü yeşil parlayan bir protein yapıyorlar.
Oldukça ünlü bir protein, aslında denizanasından,
pek çok insan doğal biçiminde kullanıyor
çünkü yaptığınız zaman görmek çok kolay.
Ancak bu proteinlerin her birinde,
doğal yaşamın protein yapamadığı yeni bir amino asit var.
Yaşayan her hücre
her bir proteinini yapmak için
dört harfli genetik bir alfabe kullandı.
Bu hücreler yaşıyor, büyüyor ve protein yapyor,
altı harfli bir alfabeyle.
Bunlar yeni yaşam biçimleri.
Bu yarı sentetik yaşam biçimi.
Peki ya gelecek?
Laboratuvarım başka hücrelerin genetik alfabesini genişletmeye çalışıyor,
insan hücreleri de dâhil.
Ve daha karmaşık organizmalar üzerinde çalışmaya hazırlanıyoruz.
Yarı sentetik kurtları düşünün.
Söylemek istediğim son şey,
size söylemek istediğim en önemli şey,
yarı sentetik yaşam artık burada.
Teşekkürler.
(Alkışlar)
Chris Anderson: Floyd, bu inanılmaz bir şey.
Şunu sormak istiyorum,
yaşamın sunabileceği imkânları düşününce
çalışmanın göstergeleri ne yönde,
mesela evrende, başka bir yerde?
Görünen o ki yaşamın veya varsayımlarımızın çoğu
DNA gerçeği üzerine kurulu
ancak kendi kendini yineleyen moleküllerin olma ihtimali
altı harfli DNA'dan bile daha büyük değil mi?
Floyd Romesberg: Kesinlikle, doğru,
ve bence çalışmamız gösterdi ki
bahsettiğim gibi her zaman bir önyargımız vardı,
kusursuz olduğumuza dair,
en iyi olduğumuza dair, Tanrı bizi böyle yarattığı,
evrim bizi böyle kıldığı için.
Doğal olanların yanında çalışabilen moleküller yaptık
ve bence bu şunu gösteriyor ki
kimya ve fiziğin temel yasalarına uyan her molekülü alıp
onları optimize edebilir
ve yaşamın doğal moleküllerinin yaptıklarını yapabilirsiniz.
Burada sihir yok.
Ve bence tüm bunlar
yaşamın farklı şekillerde evrilebileceğini gösteriyor.
Belki başka DNA türleriyle bize benzer,
belki de hiç DNA'sı olmayan şeyler.
CA: Senin aklında
bu olasılık acaba ne kadar büyük?
Bunu bilebilir miyiz? Çoğu şey DNA molekülüne mi benzeyecek
yoksa kendini yineleyen kökten değişik bir şeye mi,
yaşayan organizma yaratabilecek bir şey?
FR: Benim kişisel görüşüm, yeni yaşam bulduğumuzda
onu tanımayabiliriz bile.
CA: Yani bu Goldilocks gezegenleri arama takıntısı,
su ve diğer şeyler için tam doğru konum yani,
oldukça dar bir varsayım o hâlde.
FR: Konuşabileceğiniz birini arıyorsanız muhtemelen değil
ama herhangi bir yaşam arayışındaysanız
bence bu doğru, doğru ışık altında yaşam arıyorsunuz.
CA: Akıllarımıza durgunluk verdiğin için çok teşekkürler, Floyd.
(Alkışlar)