İnsan yapımı DNA'nın sunduğu köklü imkânlar

Var olmuş her hücre dört harfli genetik bir alfabenin sonucu: A, T, C ve G -- bunlar DNA'nın temel üniteleri. Ama artık bu değişti. Bu geleceğe dair konuşmada sentetik biyoloğu Floyd E. Romesberg altı harfli DNA ile yaratılmış ilk canlı organizmalarla bizi tanıştırıyor. Dört doğal harfe ek olarak iki yeni insan yapımı harf; X ve Y. Romesberg bu çığır açan keşfin, doğanın tasarımına yönelik temel anlayışımıza nasıl meydan okuduğunu açıklıyor.

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)