Yaşam Ağacının Yeni Dallarını Aramak

0

Science dergisinin Kasım 2014 sayısında yayımlanan bir makalede hücre dünyasının (7 kasım 2014, cilt 346,  sayı 6210) şimdiye kadar bilinen üç üst aleminin (Arkibakteriler, Bakteriler ve Ökaryot hücreler) dışında  bir grup canlı olabileceğine vurgu yapılmaktadır. Bugüne kadar yapılan genomik araştırmaları değerlendiren yazarlar henüz laboratuvar ortamında üretilemeyen  yeni canlı gruplarının saptanması için hem  metagenomik analizin (çevresel genetik yapıların incelenmesi) hem de tek hücre genomiği analizinin (her bir hücrenin çevreden ayrıştırılarak genetik yapısının incelemesi)  kullanılması gerektiğini belirtmektedirler. Buna göre yeni üst alem sınıflaması; araştırılmış, araştırılmamış ve keşfedilmemiş olarak üç kategoriye ayrılabilir.

Araştırılmış kategoride laboratuvar ortamında üretilebilen mikroorganizmalar yer almaktadır. Araştırılmamış  mikroorganizmalar çevresel örneklerde bulunan, laboratuvar ortamında üretilememiş ve varlıkları moleküler imzalarının ve kısmi genom yapılarının metagenomik ve tek hücre genomiği çalışmaları ile bilinebilen yapılardır. Filogenetik ağacın yapıtaşları olan  ve henüz tanımlanmamış  mikroorganizmaların genetik imzaları çevresel örneklerdeki 16S ribozomal RNA genleri kullanılarak saptanmaktadır. Henüz saptayamadığımız organizmalar hem sayı hem de çeşitlilik açısından bilebildiklerimizin çok çok üstündedir.

Eğer varsa, keşfedilmemiş yaşam izleri ya araştırılan alanların dışında bulunmaktadır ya da bilinen yöntemlerle saptanması olanaksızdır. Arkibakteri ve bakterilerin 16S rRNA larının  saptanmasında kullanılan evrensel “primer” ile uyumlu olmayan yapılar gözden kaçabilmektedir. Elimizdeki metagenomik veri takımları bilinen genler ve genomları tanımlamaya yaramaktadır. Tamamen yeni bir yaşam biçiminin saptanmasında eski genomik verilerin yararları sınırlı olacaktır. Dahası örneklemi oluşturan çevresel yapılar dünyada bulunan muazzam sayıdaki çveresel yapının sadece küçük bir kısmıdır. Bu kısıtlamalar ışığında keşfedilmemiş çok farklı yaşam türlerinin olabileceğini düşünmek mantıklıdır.

Mikro dünyanın zenginliğinin saptanmasında kullanılacak yöntemlerin, araştırılmamış üst alemin genom yapısını ortaya çıkaracak özellikleri içermesi gerekir. Tek hücre sekanslama yöntemi gibi, yükseltilebilir rRNA genleri olmayan hücrelerde de kullanılabilen yöntemler yeni organizmaları araştırmada kullanılabilir. Çevresel DNA ve RNA parçalarını büyük boyutlu çevresel örneklerde saptayan metagenomik sekanslama nükleik asit içeren her oluşumdan sekans verileri oluşturabilmektedir. Elde edilen sekans verilerinin henüz saptanmamış yaşamın belirlenmesi için odaklanmış yeni analiz yöntemleri ışığında değerlendirilmesi bilinmeyenin araştırılmasında güçlü bir olanaktır. Çevresel örneklerden elde edilen bitişik sekans verilerinin birleştirilmesi sonucu elde edilen bilgi, nükleotid bileşimindeki, transfer RNA yapısı ve kodon kullanımındaki, ve rRNA ve diğer işaretleyici genlerdeki filogenetik yerleşimdeki olağandışı özellikleri saptamak amacı ile kullanılabilir. Bu durum keşfedilmemiş biyolojik veya filogenetik yapıların saptanmasını kolaylaştırabilir.

Bildiğimiz yaşam formlarından farklı yapıları aramanın bir diğer yolu dönüştürülmüş veya standart olmayan bazları tanıyan tek molekül sekaslama tekniğidir. Şimdiye kadar bilinen dört bazı tanıyan bu tekniğin yanı sıra, yeni gelişen gerçek zamanlı tek molekül DNA sekanslaması veya nanopor temelli tek molekül sekanslaması gibi yöntemlerle bazları değişime uğramış veya bilinen dört bazın dışında bazlara sahip yapılar da tanınabilecektir.

Yazarlara göre araştırılmamış ortamların örneklenmesi de yeni yaşam formlarının bulunmasında önemlidir. Bu bölgeler 2.3 milyar yıl önce oluşan Büyük Oksidasyon Olayı* öncesi varolan oksijenden fakir ortamlardaki canlıları içerebilir. Bu tür anerob nişlerde bulunan asetojen ve metanojen türler bakteriyel ve arkibakteriyel üst alemlerin ototrof alt türlerini içerir.

Biliminsanları sayılan yöntemlerinin kullanımının “dörüncü üst alem”’in keşfi ile sonuçlanabileceğini düşünmektedirler. Metagenomik verilerin analizi derin ve yeni yaşam formlarının hücresel bir oluşum veya yeni virüs türleri olabileceğine işaret etmektedir. Devasa boyutlu ve sıradışı yapıları olan mimivirüs ve pandoravirüs gibi DNA virüslerin bazı genlerinin izleri arkiyel ve ökaryotik  üst alemlere uzanmaktadır. Yazarlara göre elde edilen veriler, bu virüslerin hücresel atalara sahip olduğu ve henüz keşfedilmemiş olsa da, dönüşüme uğrayan genomik yapılarının  “asalak” bir  dördüncü üst alem olarak varlıklarını sürdürdüğü şeklinde azarlar bu hücre öncülünün keşfedilmeyi beklediği yorumunu yapmaktadırlar. Spekülasyona açık bir başka nokta, uygun çevresel koşullarda bir RNA dünyasının bulunabileceğidir. RNA virüsleri geçmiş RNA dünyasının kalıntısı olabilir ve uygun koşullarda RNA yapılı genoma sahip hücresel yapılar bulunabilir.

Doğada bulunan organizmaları yanı sıra laboratuar ortamında altı nükleotidli ve alışılmadık bir kodon dizilimine sahip organizmalar üretilmektedir. Yapay organizmaların üretimi doğada alışılmadık yapıda organizmaların araştırılması için bir model sunmaktadır. Yakın zamanda yapılmış bir metagenomik araştırma farklı sıradışı kodon dizilimine sahip yapıların doğada da beklenmedik ölçüde bulunduğuna işaret etmektedir. Güçlü bir genomik teknoloji yapısı var olan yaşamdan çok farklı bir yaşama ait veri bankasını oluşturma yolundadır.  Yeni yapıtaşlarının ve organizmaların  keşfi biyoteknolojiden tarıma, sağlıktan sentetik biyoloji çalışmalarına dek pek çok alanı etkileyecektir. Evriminin erken basamakları ve yaşam formlarının son evrensel ortak atadan ayrılmaları süreci aydınlatılabilecektir. Yaşam ağacının yeni dallarının araştırılması süreci, biyolojik işleyişin üç milyar yıllık meyveleri hakkında beklenmedik ve değerli bilgiler sunabilir.

Hazırlayan ve çeviren: Deniz Naz SEÇKİN
Bilkent Üniversitesi Moleküler Biyoloji ve Genetik Bölümü Lisans Öğrencisi

Share.