DNA mı Yoksa Protein mi?
griffith deneyi dna testinin kullanım alanları forum oswald avery deneyi
Milyarlarca yıllık evrim sürecine ilişkin en ilginç sorulardan birisi ilk önce hangi organik molekülün ortaya çıktığıdır? Bu sorunun seçenekleri DNA, RNA ve proteindir. Merak uyandırıcı olmasına rağmen bu sorunun yanıtını öğrenmenin pratikte pek faydası yoktur. Ancak geçen yüzyıldan uzun sürede bilim insanlarının merakını cezbeden daha mühim bir soru vardı: Canlıların yapısal ve işlevsel özelliklerini belirleyen ve bu özelliklerini yavrularına aktarmasını sağlayan organik araç nedir?
Hiç şüphesiz bu sorunun yanıtını bilmek sadece bir merakı gidermekten ziyade hayati bir öneme sahipti. Yapısını ve işlevini tam olarak bilmese de DNA yı (deoksiribonükleik asidi) ilk kez izole eden kişi İsviçreli Doktor Friedrich Miescher dir. Miescher in ilgi alanı yeni bir icat olan mikroskop ile hücreleri incelemekti. Çalıştığı hastanede kullanılmış bandajlardan beyaz kan hücrelerini ayıklayıp inceliyordu.
Hücreleri bazı basit kimyasallarla muamele ettikten sonra beyaz bir çökelti elde etti ve buna nuklein adını verdi. Bu ismi vermesinin nedeni bu maddenin hücrenin çekirdeğinde yer aldığını tahmin etmesiydi. Aslında Doktor Miescher in izole ettiği ve nuklein adını verdiği madde DNA (beraberindeki proteinlerle birlikte) molekülüydü. Miescher in 1869 da nukleini izole etmesini seyreden yıllarda başka bilim insanları farklı kimyasalları kullanarak nukleinde yer alan proteinleri izolattan ayırmayı başardılar. Geride kalan maddeye şeker taşıması ve asidik yapısından dolayı deoksiribonükleik asit adını verdiler.
Bir sonraki aşamada bu molekülün yapısını çözmek için çeşitli çalışmalar yapıldı. DNA nın fosfat, beş karbonlu şeker ve dört çeşit nükleotitten meydana geldiği anlaşıldı. Henüz DNA nın işlevi ve dolayısıyla önemi bilinmezken genetik çalışmalar daha ziyade gözlem ve istatistiklere dayanıyordu. Moleküler temeli anlaşılmamış olmakla birlikte başta Gregor Mendel in bezelyelere yaptıkları olmak üzere katlım ile ilgili temel araştırmalar mevcuttu. Ancak henüz kalıtımı sağlayan madde bilinmiyordu. DNA ile ilgili araştırmalar sürdükçe bu molekülün önemi anlaşılacaktı. 1940 lı yıllara doğru iki görüş hâkimdi.
Hücrenin merkezinde, yani çekirdeğinde yer alan iki temel madde protein ve DNA ydı. Ancak DNA da çeşitliliğe, yani kombinasyona sebep olabilecek sadece dört farklı nükleotit vardı: adenin, guanin, sitozin, timin. Oysa proteinin yirmi farklı amino asidin farklı sayı ve sıralamalarla bir araya gelerek oluşturulduğu biliniyordu. Dünya üzerinde bu kadar çok canlı türü ve her türde bu kadar çok varyasyonun (çeşitlilik) olması matematiksel olarak makromolekülü meydana getiren yapı taşlarının diziliminden kaynaklanan kombinasyonların sayısının çok fazla olmasıyla açıklanabilirdi.
O halde yirmi yapı taşına sahip protein için olası kombinasyonların sayısı sadece dört yapı taşına sahip olan DNA ya göre oldukça fazlaydı. Dolayısıyla çeşitliliği açıklayabilecek uygun yapıya her iki molekül de sahip olmakla birlikte matematiksel nedenlerle akla daha yatkın olan seçenek proteindi. 1944 yılına gelinirken Oswald Avery ve arkadaşları Pneumococcus türü bakteriler üzerinde çalışıyorlardı. Amaçları 1928 yılında Fred Griffith tarafından yapılan bir çalışmanın ortaya çıkardığı yeni bir soruyu cevaplamaktı. Griffith de pneumococcus ile çalışmış ve bu bakteri türünün iki farklı ırkı olduğunu anlamıştı:
Mikroskopla incelendiğinde düzgün yüzeye sahip olduğu görülen S ve girintili çıkıntılı yüzeye sahip R ırkları. Her iki ırktan bakteriyi kültür ortamında yetiştirdikten sonra bunları denek farelere aşılamış ve S ile aşılanan fareler bir süre sonra pneumonia hastalığından ölmüş; R ila aşılananlar ise hayatta kalmıştı. İki ırkın patojenlik farkı hücre dışındaki kapsülden ve bu kapsüle sahip S ırkı bakterilerin immun sistemin yok edici unsurlarından korunabilmesiyle ilgiliydi. Buraya kadar Griffith in çalışmasının genetikle pek bir ilgisi yokmuş gibi görünse de çalışmanın devamı Avery ve arkadaşlarının ilgisini çekecekti:
Griffith ve arkadaşları patojen S ırkı bakterileri ısıtarak öldürdükten sonra deneklere aşılamış ve fareler beklendiği gibi hayatta kalmıştı. Sonraki aşamada yine ısı ile öldürülmüş S ırkı bakterilerin bulunduğu sıvı besi ortamına bir miktar canlı R ırkı bakteri eklenmiş ve farelere bu karışımdan enjekte edilmişti. Tuhaf şekilde denekler hastalanıp ölmüştü. Ölü farelerden alınan kan incelendiğinde canlı S ırkı bakteriler gözlemlenmişti. Peki fareleri öldüren bu S ırkı bakteriler nereden gelmişti? Griffith ölü S bakterilerindeki bir maddenin canlı R bakterilerin transformasyonuna (genetik değişimine) neden olmuş olabileceğini söylemiş; fakat bu maddenin ne olduğunu bulamamıştı. Avery ve arkadaşları önce benzer bir transformasyon deneyi ile Griffith in sonuçlarını doğruladılar.
Transformasyona sebep olan madde bakterinin kapsülü, protein, DNA veya RNA olabilirdi. Testi tekrarladılar ve bu kez ölü S ırkı izolatının bulunduğu tüpe kapsülü parçalayacak bir enzim eklediler. Testin sonunda transformasyon gerçekleşti ve R ırkı bakterileri S ırkına dönüştü. O halde transformasyonu sağlayan madde bakteri kapsülü değildi. Geriye protein, DNA ve RNA seçenekleri kaldı. Aynı mantıkla tüpe bu kez hem kapsülü parçalayan hem de proteini yıkan enzimler (tripsin ve kimotripsin) eklendi ve test tekrarlandı. Transformasyon gerçekleştiğinden transformasyon maddesi protein de değildi.
Geriye iki ihtimal kaldı: DNA veya RNA. Son aşamada tüpe ek olarak RNaz enzimi eklendi ve sonuçta tüpte ölü S ırkı bakteri izolatından sağlam olarak kalan tek makromolekül DNA ydı. Test aynı şekilde devam ettirildiğinde transformasyon gerçekleşti. Kontrol için DNaz da eklenmiş izolat kullanıldı ve DNA nın yokluğunda transformasyonun gerçekleşmediği gösterildi. Böylece Avery ve arkadaşları transformasyonu, yani genetik değişimi sağlayan molekülün DNA olduğunu kanıtladılar. Genetik bilgiyi taşıyan molekülün protein değil de DNA olduğunun anlaşılması ile biyoloji bilimi yeni bir döneme girdi. Artık DNA nın yapısının tam olarak aydınlatılması ve fonksiyonlarını yerine getirme mekanizmalarının anlaşılması gerekiyordu. Böylece DNA, bilimin spot ışıklarının odağı oldu.
Gürkan Mollaoglu
Milyarlarca yıllık evrim sürecine ilişkin en ilginç sorulardan birisi ilk önce hangi organik molekülün ortaya çıktığıdır? Bu sorunun seçenekleri DNA, RNA ve proteindir. Merak uyandırıcı olmasına rağmen bu sorunun yanıtını öğrenmenin pratikte pek faydası yoktur. Ancak geçen yüzyıldan uzun sürede bilim insanlarının merakını cezbeden daha mühim bir soru vardı: Canlıların yapısal ve işlevsel özelliklerini belirleyen ve bu özelliklerini yavrularına aktarmasını sağlayan organik araç nedir?
Hiç şüphesiz bu sorunun yanıtını bilmek sadece bir merakı gidermekten ziyade hayati bir öneme sahipti. Yapısını ve işlevini tam olarak bilmese de DNA yı (deoksiribonükleik asidi) ilk kez izole eden kişi İsviçreli Doktor Friedrich Miescher dir. Miescher in ilgi alanı yeni bir icat olan mikroskop ile hücreleri incelemekti. Çalıştığı hastanede kullanılmış bandajlardan beyaz kan hücrelerini ayıklayıp inceliyordu.
Hücreleri bazı basit kimyasallarla muamele ettikten sonra beyaz bir çökelti elde etti ve buna nuklein adını verdi. Bu ismi vermesinin nedeni bu maddenin hücrenin çekirdeğinde yer aldığını tahmin etmesiydi. Aslında Doktor Miescher in izole ettiği ve nuklein adını verdiği madde DNA (beraberindeki proteinlerle birlikte) molekülüydü. Miescher in 1869 da nukleini izole etmesini seyreden yıllarda başka bilim insanları farklı kimyasalları kullanarak nukleinde yer alan proteinleri izolattan ayırmayı başardılar. Geride kalan maddeye şeker taşıması ve asidik yapısından dolayı deoksiribonükleik asit adını verdiler.
Bir sonraki aşamada bu molekülün yapısını çözmek için çeşitli çalışmalar yapıldı. DNA nın fosfat, beş karbonlu şeker ve dört çeşit nükleotitten meydana geldiği anlaşıldı. Henüz DNA nın işlevi ve dolayısıyla önemi bilinmezken genetik çalışmalar daha ziyade gözlem ve istatistiklere dayanıyordu. Moleküler temeli anlaşılmamış olmakla birlikte başta Gregor Mendel in bezelyelere yaptıkları olmak üzere katlım ile ilgili temel araştırmalar mevcuttu. Ancak henüz kalıtımı sağlayan madde bilinmiyordu. DNA ile ilgili araştırmalar sürdükçe bu molekülün önemi anlaşılacaktı. 1940 lı yıllara doğru iki görüş hâkimdi.
Hücrenin merkezinde, yani çekirdeğinde yer alan iki temel madde protein ve DNA ydı. Ancak DNA da çeşitliliğe, yani kombinasyona sebep olabilecek sadece dört farklı nükleotit vardı: adenin, guanin, sitozin, timin. Oysa proteinin yirmi farklı amino asidin farklı sayı ve sıralamalarla bir araya gelerek oluşturulduğu biliniyordu. Dünya üzerinde bu kadar çok canlı türü ve her türde bu kadar çok varyasyonun (çeşitlilik) olması matematiksel olarak makromolekülü meydana getiren yapı taşlarının diziliminden kaynaklanan kombinasyonların sayısının çok fazla olmasıyla açıklanabilirdi.
O halde yirmi yapı taşına sahip protein için olası kombinasyonların sayısı sadece dört yapı taşına sahip olan DNA ya göre oldukça fazlaydı. Dolayısıyla çeşitliliği açıklayabilecek uygun yapıya her iki molekül de sahip olmakla birlikte matematiksel nedenlerle akla daha yatkın olan seçenek proteindi. 1944 yılına gelinirken Oswald Avery ve arkadaşları Pneumococcus türü bakteriler üzerinde çalışıyorlardı. Amaçları 1928 yılında Fred Griffith tarafından yapılan bir çalışmanın ortaya çıkardığı yeni bir soruyu cevaplamaktı. Griffith de pneumococcus ile çalışmış ve bu bakteri türünün iki farklı ırkı olduğunu anlamıştı:
Mikroskopla incelendiğinde düzgün yüzeye sahip olduğu görülen S ve girintili çıkıntılı yüzeye sahip R ırkları. Her iki ırktan bakteriyi kültür ortamında yetiştirdikten sonra bunları denek farelere aşılamış ve S ile aşılanan fareler bir süre sonra pneumonia hastalığından ölmüş; R ila aşılananlar ise hayatta kalmıştı. İki ırkın patojenlik farkı hücre dışındaki kapsülden ve bu kapsüle sahip S ırkı bakterilerin immun sistemin yok edici unsurlarından korunabilmesiyle ilgiliydi. Buraya kadar Griffith in çalışmasının genetikle pek bir ilgisi yokmuş gibi görünse de çalışmanın devamı Avery ve arkadaşlarının ilgisini çekecekti:
Griffith ve arkadaşları patojen S ırkı bakterileri ısıtarak öldürdükten sonra deneklere aşılamış ve fareler beklendiği gibi hayatta kalmıştı. Sonraki aşamada yine ısı ile öldürülmüş S ırkı bakterilerin bulunduğu sıvı besi ortamına bir miktar canlı R ırkı bakteri eklenmiş ve farelere bu karışımdan enjekte edilmişti. Tuhaf şekilde denekler hastalanıp ölmüştü. Ölü farelerden alınan kan incelendiğinde canlı S ırkı bakteriler gözlemlenmişti. Peki fareleri öldüren bu S ırkı bakteriler nereden gelmişti? Griffith ölü S bakterilerindeki bir maddenin canlı R bakterilerin transformasyonuna (genetik değişimine) neden olmuş olabileceğini söylemiş; fakat bu maddenin ne olduğunu bulamamıştı. Avery ve arkadaşları önce benzer bir transformasyon deneyi ile Griffith in sonuçlarını doğruladılar.
Transformasyona sebep olan madde bakterinin kapsülü, protein, DNA veya RNA olabilirdi. Testi tekrarladılar ve bu kez ölü S ırkı izolatının bulunduğu tüpe kapsülü parçalayacak bir enzim eklediler. Testin sonunda transformasyon gerçekleşti ve R ırkı bakterileri S ırkına dönüştü. O halde transformasyonu sağlayan madde bakteri kapsülü değildi. Geriye protein, DNA ve RNA seçenekleri kaldı. Aynı mantıkla tüpe bu kez hem kapsülü parçalayan hem de proteini yıkan enzimler (tripsin ve kimotripsin) eklendi ve test tekrarlandı. Transformasyon gerçekleştiğinden transformasyon maddesi protein de değildi.
Geriye iki ihtimal kaldı: DNA veya RNA. Son aşamada tüpe ek olarak RNaz enzimi eklendi ve sonuçta tüpte ölü S ırkı bakteri izolatından sağlam olarak kalan tek makromolekül DNA ydı. Test aynı şekilde devam ettirildiğinde transformasyon gerçekleşti. Kontrol için DNaz da eklenmiş izolat kullanıldı ve DNA nın yokluğunda transformasyonun gerçekleşmediği gösterildi. Böylece Avery ve arkadaşları transformasyonu, yani genetik değişimi sağlayan molekülün DNA olduğunu kanıtladılar. Genetik bilgiyi taşıyan molekülün protein değil de DNA olduğunun anlaşılması ile biyoloji bilimi yeni bir döneme girdi. Artık DNA nın yapısının tam olarak aydınlatılması ve fonksiyonlarını yerine getirme mekanizmalarının anlaşılması gerekiyordu. Böylece DNA, bilimin spot ışıklarının odağı oldu.
Gürkan Mollaoglu
