Yapılan yeni bir araştırmaya göre bakteriler; kendilerinde ve çevrelerinde meydana gelen değişiklikleri hatırlayabiliyor ve aktarabiliyor. Her ne kadar bu değişiklikler hücrenin genetiğinde kodlanmamış olsa da, hücre bu değişikliklerin anılarını birden fazla nesil boyunca yavrularına aktarabiliyor.
Amanda Morris
Çeviri: Okan Nurettin Okur
Bu keşif, en basit organizmaların fiziksel özellikleri nasıl aktardığı ve miras aldığına dair uzun süredir devam eden varsayımlara meydan okumakla kalmıyor, aynı zamanda yeni tıbbi uygulamalar için de umut vadediyor. Örneğin, araştırmacılar patojenik bir bakteriyi bir şekilde değiştirerek yavrularını nesiller boyunca tedaviye daha duyarlı hale getirerek antibiyotik direncini önleyebiliyorlar.
Adilson Motter, “Bakteriyel biyolojideki temel varsayım, kalıtsal fiziksel özelliklerin öncelikle DNA tarafından belirlendiğidir. Ancak, karmaşık sistemler perspektifinden bakıldığında, bilginin genler arasındaki düzenleyici ilişkiler ağı düzeyinde de saklanabileceğini biliyoruz. Ebeveynlerden yavrulara aktarılan ve DNA’da kodlanmayan, daha ziyade düzenleyici ağın kendisinde bulunan özellikler olup olmadığını araştırmak istedik. Gen düzenlemesindeki geçici değişikliklerin, ağ içinde yavrulara aktarılan kalıcı değişikliklere damga vurduğunu bulduk. Başka bir deyişle, DNA değişmeden kalırken ebeveynlerini etkileyen değişikliklerin yankıları düzenleyici ağda devam ediyor.”
Model bir organizmadan öğrenmek
Araştırmacılar 1950’lerde genetik kodun moleküler temellerini ilk kez tanımladıklarından beri, özelliklerin öncelikle DNA yoluyla aktarıldığını varsaymışlardır. Ancak 2001 yılında İnsan Genomu Projesi’nin tamamlanmasının ardından araştırmacılar bu varsayımı yeniden gözden geçirmiştir.
Wytock, İkinci Dünya Savaşı’nda Hollanda’da yaşanan kıtlığı, insanlarda kalıtsal, genetik olmayan özelliklerin olabileceğine işaret eden ünlü bir örnek olarak gösteriyor. Yakın zamanda yapılan bir çalışma, rahimde kıtlığa maruz kalan erkeklerin çocuklarının yetişkin olduklarında aşırı kilolu olma eğiliminin arttığını göstermiştir. Ancak insanlarda bu tür genetik olmayan kalıtımın nihai nedenlerini izole etmek zor olmuştur.
Motter, “Karmaşık organizmalar söz konusu olduğunda zorluk, hayatta kalma önyargısı gibi kafa karıştırıcı faktörleri birbirinden ayırmakta yatıyor. Ancak belki de en basit tek hücreli organizmaların nedenlerini izole edebiliriz, çünkü çevrelerini kontrol edebilir ve genetiklerini sorgulayabiliriz. Bu durumda bir şey gözlemlersek, genetik olmayan kalıtımın kökenini sınırlı sayıda olasılığa, özellikle de gen düzenlemesindeki değişikliklere bağlayabiliriz.” dedi.
Düzenleyici ağ, genlerin birbirlerini etkilemek için kullandıkları bir iletişim ağına benzer. Araştırma ekibi, bu ağın tek başına özelliklerin yavrulara aktarılmasının anahtarı olabileceğini varsaydı. Bu hipotezi araştırmak için Motter ve ekibi, yaygın bir bakteri ve iyi çalışılmış bir model organizma olan Escherichia coli’ye (E. coli) yöneldi.
Wytock, “E. coli örneğinde, tüm organizma tek bir hücreden ibarettir. Bir insan hücresinden çok daha az sayıda gene sahiptir; 20.000 gene karşılık yaklaşık 4.000 gen. Ayrıca mayadaki DNA organizasyonunun sürekliliğinin ve daha yüksek organizmalardaki hücre tiplerinin çokluğunun altında yattığı bilinen hücre içi yapılardan yoksundur.” E. coli iyi çalışılmış bir model organizma olduğu için, gen düzenleyici ağın organizasyonunu daha ayrıntılı olarak biliyoruz.
Geri dönüşümlü stres, geri dönüşümsüz değişim
Araştırma ekibi, E. coli’deki bireysel genlerin geçici olarak devre dışı bırakılmasını (ve ardından yeniden etkinleştirilmesini) simüle etmek için düzenleyici ağın matematiksel bir modelini kullandı. Bu geçici pertürbasyonların*, birden fazla nesil boyunca kalıtılması öngörülen kalıcı değişiklikler yaratabileceğini keşfettiler. Ekip şu anda, genleri kalıcı olarak değil geçici olarak devre dışı bırakan bir CRISPR varyasyonu kullanarak laboratuvar deneylerinde simülasyonlarını doğrulamak için çalışıyor.
Ancak değişiklikler DNA yerine düzenleyici ağda kodlanmışsa, araştırma ekibi bir hücrenin bunları nesiller boyunca nasıl aktarabileceğini sorguladı. Geri dönüşümlü pertürbasyonun düzenleyici ağ içinde geri dönüşümsüz bir zincirleme reaksiyon başlattığını öne sürüyorlar. Bir gen devre dışı kaldıkça, ağda yanındaki geni etkiliyor. Genler bir kez aktive olduktan sonra dış etkilere karşı dayanıklı hale gelen kendi kendini idame ettiren devreler oluşturabiliyor.
Karmaşık sistemlerin dinamik davranışları konusunda uzman olan Motter, “Bu bir ağ fenomeni. Genler birbirleriyle etkileşim halindedir. Eğer bir geni bozarsanız, bu diğerlerini de etkiler.” diyor.
Ekip hipotezi test etmek için genleri devre dışı bırakıyor olsa da Motter, farklı türdeki pertürbasyonların benzer bir etkiye neden olabileceği konusunda kararlı.
Çalışma aynı zamanda diğer organizmaların da genetik olmayan kalıtsallık sergilemek için gerekli unsurlara sahip olduğunu gösteriyor. Motter, “Biyolojide herhangi bir şeyin evrensel olduğunu varsaymak tehlikelidir. Ancak, sezgisel olarak, bu özelliğin diğer türlerde de olmasını bekliyorum. Çünkü E. coli’nin düzenleyici ağı diğer organizmalarda bulunanlara benzer veya daha basit.” dedi.
* Durgun pozisyondan sapma, salınım, bozunum, bozulma.
Kaynak
https://www.sciencedaily.com/releases/2024/08/240828154929.htm (son erişim tarihi: 24.08.2024).
