4 Milyar Yıl Önceki ‘RNA Dünyası’ Yeniden Canlandırıldı

Yaşamın temel hususlarından biri, kendini eşleyebilme özünden çıkan üreme ve üreyebilme özelliğidir. Şimdi de araştırmacılar bu esas üzerine, ilk RNA moleküllerini yeniden oluşturdu. DNA molekülünün t..
Görsel Telif:

Yaşamın temel hususlarından biri, kendini eşleyebilme özünden çıkan üreme ve üreyebilme özelliğidir. Şimdi de araştırmacılar bu esas üzerine, ilk RNA moleküllerini yeniden oluşturdu. DNA molekülünün tek zincirli akrabası olarak niteleyebileceğimiz RNA molekülleri diğer tüm RNA çeşitlerini de kopyalama veya birbirinden türetme yeteneğine sahiptir.

Bu keşif ile uzun süredir bir biçimde yürürlükte olan DNA’dan önceki -yaklaşık 4 milyar yıl önce var olan ilk yaşamsal hücrelerin- genetik bilgilerin kayıtlarının RNA molekülleri olarak tutulduğu varsayımı büyük oranda destekleniyor. Ne var ki şu an üretilmiş olan RNA kopyacıları kendilerini eşleyebilme yeteneğine sahip değil. Sürecek olan araştırmalarda oluşturulacak RNA molekülleri karışımında bu yeteneğe sahip RNA molekülleri elde edilebilirse, RNA moleküllerinin bahsi geçen primordiyal işlevlerine dair hipotez daha da güçlenmiş ve hatta bir anlamda kanıtlanmış olacaktır.

Büyümek ve eşlenmek için tüm modern hücre yapıları DNA, RNA, bunlardan üretilmiş proteinler ve tüm bu moleküllerin birbirinin üretimini uyarmasına ihtiyaç duymaktadır. 1960’larda araştırmacılar, modern hücrelerin; bu birbirine bağlılık durumuna ihtiyaç duymayan öncül ilkel hücrelerden evrilmiş olduklarını öne sürüyorlardı. RNA ise ilk biyomolekül olarak nitelendiriliyordu çünkü DNA gibi genetik bilgi depolayabiliyor ve proteinler gibi birtakım kimyasal reaksiyonlar üzerinde katalizör olarak işlev gösterebiliyordu. Araştırmacılar bu durumu destekleyen keşiflerden birinde, RNA’nın yaşam için zorunlu olan birtakım modern enzimlerin de (protein üretiminde görevli olan ribozom gibi) çekirdeğinde bulunduğunu ortaya koymuştu. Tüm bunlara dayanarak bazı araştırmacılar, yaşamın bir ‘RNA Dünyası’ olarak başlamış olduğunu ve bu süreç içinde RNA’nın hem genetiği hem de hücre içindeki biyokimyayı kontrol ettiği hipotezini öne sürüyorlar. 

Eğer RNA ilkel biyokimyanın merkezinde ise o halde RNA’lar kendi kendini eşleme yeteneğine de sahip olmalılardı. Çünkü mevcut yaşamsal hücreler sayıca artmalı, üremeli ve evrilmeliydi. Araştırmayı yürüten San Diego’daki Scripps Research Institute’ten kimyacı Gerald Joyce, bu şekilde kendini eşleyebilen bir RNA kopyacısının ‘RNA Dünyası’ hipotezini destekleyecek en büyük olgu olacağını belirtiyor. Bu noktada bir tarih öncesi kanıtın eksikliğine karşılık, modern hücreler protein temelli bir RNA polimeraz enzimine (RNAP) sahipler ve bu enzim yardımı ile DNA molekülünün ilgili parçalarından tek zincirli RNA eşleniklerini üretmeyi başarabiliyorlar. 1993 yılında Harvard University’den Jack Szostak önderliğindeki bir araştırma ekibi RNA polimeraz enziminin sadece RNA’dan oluşan bir versiyonunu üretmeyi başarmıştı. O günden beri de Szostak’ın ekibi ve diğer araştırmacılar kendi RNA kopyacılarını geliştirmeye devam ettiler.

Joyce’a göre, bu çeşit RNAP ribozimlerin temel sorunu yalnızca belli birtakım nükleotit baz dizilerini kopyalama yeteneğine sahip olmaları ve bu dizilerin hücre içinde önemli fonksiyonlar gerçekleştirme özelliğinin olmaması. Bu sorunu çözmek için, Joyce ve post-doktora düzeyindeki asistanı David Horning daha etken ve çok yönlü bir ribozim üretme yolunu seçti.

İlk olarak, RNAP ribozimleri oluşturacak olan DNA dizilerinin kütüphanesini tamamen sentezlemeye başlayan araştırmacılar aynı zamanda bu DNA sekansları rastgele biçimde mutasyona uğrattı ve böylelikle üretilen her RNAP’ın birbirinden farklı olması sağlandı. Daha sonra bu RNAP’lar, birleşerek yeni RNA şablonları oluşturma ihtimalleri olan küçük RNA parçacıkları içeren ufak şişelere eklendi. Eğer yeni bir RNA oluşursa, kendi şişesinin içindeki uygun hedef moleküllere bağlanacak ve buradan da bir sinyal elde edilecekti. Her RNAP birbirinden farklı şekilde üretildiği için de her bir bağ kurulduğunda bunun kolaylıkla imaresi görüldü ve her başarılı birleşme izlenebildi. Akabinde ise oluşan her RNAP ribozim yapısı diğer bir evrimsel basamak için başlangıç şablonu olarak (herbiri birbirinden farklı olan) kullanıldı. Test tüpleri içinde bu şekilde gerçekleştirilen 24 turluk bir evrimsel sürecin her basamağında araştırmacılar,  bir RNAP riboziminin etken olabilmesi için lazım olan gereksinimleri güncellemeyi ve eklemeyi başarılı bir şekilde gerçekleştirdi. Bu sürecin sonunda ise 24-3 polimeraz adı verilen bir RNA dizisi elde edildi.

Proceedings of the National Academy of Sciences’da yayımlanan çalışmada, elde edilen bu RNA molekülünün diğer tüm RNA moleküllerini (küçük katalizörlerden devasa RNA temelli enzimlere kadar) kopyalama yeteneğine sahip olduğu belirtildi. 24-3 polimeraz aynı zamanda kopyalamış olduğu RNA’ları da kopyalayabiliyor ve böylelikle belirli bir RNA molekülünün varlığını 10.000 kata kadar artırabiliyor. Polimeraz zincir reaksiyonu adı verilen ve ana DNA parçalarından çok sayıda DNA molekülü üretilmesini sağlayan sürecin ilk RNA versiyonu da bu şekilde başarıyla gerçekleştirilmiş oldu.

Yaşamın merkezinde RNA’nın bulunmasına dayanan modelleri tamamlamak üzere harcanan eforda, bu araştırma çok önemli bir yer tutuyor. Ne var ki hala  24-3 polimeraz enzimi -özellikle de kendine sıkıca tutunmuş kararlı yapısından dolayı- kendini eşleme yeteneğine sahip değil ve tüm teknolojimize rağmen böyle bir molekülü elde etmek bile 25 yıl kadar bir zaman almış görünüyor.‘ Bu görüşün sahibi olan Steven Benner, bu durumun halen önemli bir noktayı kaçırmakta olduğumuza işaret ettiğini belirtiyor.

Araştırmanın lideri olan Joyce, Benner’ın görüşlerine katıldığını ve RNA dünyası olgusunun DNA ve proteinlerin dünyasının öncülü olması durumunda dahi RNA’nın da öncesinde bir biyokimyasal formun var olması gerektiğini belirtiyor. Tüm bunlara karşılık 24-3 polimerazı üretecek kadar ileri gidebilmek, bilim camiasında da kendini kopyalayabilen bir RNA versiyonunun da evrimle üretilebileceğinin düşünülmesini sağlıyor. Eğer bu yapı da elde edilebilirse, RNA’yı genetik bilgi olarak kullanabilen ilk sentetik hücrelerin üretilmesi, bu yolla tedavilerin geliştirilebilmesi ve hatta aynı evrimsel sürecin izlenmesi dahi mümkün olacaktır.


Kaynak : Robert F. Service, A newly made RNA strand bolsters ideas about how life on Earth began, 15 Ağustos 2016, www.sciencemag.org/news/2016/08/newly-made-rna-strand-bolsters-ideas-about-how-life-earth-began

Makale Referans : DOI: 10.1126/science.aah7198


Bu içerik BilimFili.com yazarı tarafından oluşturulmuştur. BilimFili.com`un belirtmiş olduğu “Kullanım İzinleri”ne bağlı kalmak kaydıyla kullanabilirsiniz.

Etiket
  • Projelerimizde bize destek olmak ister misiniz?
  • Dilediğiniz miktarda aylık veya tek seferlik bağış yapabilirsiniz.
  • Destek Ol
Yorum Yap (0 )

Yorum yapabilmek için giriş yapmalısınız.

Bunlar da ilginizi çekebilir

Bağış Yap, Destek Ol!
Projelerimizde bize destek olmak isterseniz,
Patreon üzerinden
bütçenizi zorlamayacak şekilde aylık veya tek seferlik bağışta bulunabilirsiniz.
E-Bülten Üyeliği
Duyurulardan e-posta ile
haberdar olmak istiyorum.
Reklam Reklam Ver
Arşiv