Canlıların Protein Etkileşim Ağları İnceleniyor

Şimdiye dek bilimciler fosilleri inceleyerek, doğayı gözlemleyerek ve son zamanlarda da DNA’da depolanan genetik kodu açığa çıkararak, evrim hakkında çok şey öğrendi. Bir süre önce Stanford Üniv..
Görsel Telif: Shuoshu / iStock

Şimdiye dek bilimciler fosilleri inceleyerek, doğayı gözlemleyerek ve son zamanlarda da DNA’da depolanan genetik kodu açığa çıkararak, evrim hakkında çok şey öğrendi. Bir süre önce Stanford Üniversitesi’den bilgisayar-bilimciler ve canlı-bilimciler ise evrime yeni bir açıdan baktıkları bir çalışma gerçekleştirdi. Ekip, DNA tarafından üretilen biyolojik makineler olan proteinlerin, tüm canlılığın temelini oluşturan moleküler etkileşimler ağını sürdürmek için nasıl evrildiklerini çözümledi.

Bakterilerden primatlara uzanan bir yelpazede 1.840 farklı canlı türünü inceleyen araştırmacılar, doğal güçlükler karşısında sağ kalabilen yaşam formlarının evrimsel süreçte nasıl oluştuğunu anlamayı denedi. Keşfettikleri şey derin ama sezgiseldi: Bütün türlerde, doğa işleyişi sekteye uğratacak olduğunda protein makinelerinin farklı yollar veya anlık çözümler bulmasını sağlayacak yedek planlar evrimleşmişti. Şimdiye dek yapılan hiçbir çalışmada, tüm canlılıkta ortak olan bir sağkalım stratejisi bulmak için bu denli geniş bir tür yelpazesi mercek altına alınmamıştı. Stanford ekibi, tam da böyle bir strateji bulmuş oldu: Birçok işe uygun ve dayanıklı bir moleküler makine grubu geliştirmek.

Ekibin kıdemli üyesi Jure Leskovec, inceledikleri tüm örneklerde, türlerin değişimle başa çıkarak zorlukları yenme gücünün, canlılığı korumak için birkaç farklı şekilde etkileşebilen ve bozulmaya dayanıklı olan protein ağlarına sahip olmalarıyla güçlü bir şekilde bağlaşık olduğunu bulduklarını belirtiyor. Proceedings of the National Academy of Sciences dergisinde yayımlanan makalenin bir diğer yazarı olan evrimsel canlıbilimci Marcus Feldman, bilimcilerin “interaktom” (İng. interactome) adını verdikleri şeyi anlamayı amaçlayan şimdiye kadarki en iddialı çabanın bu olduğunu ekliyor. Interaktom kavramı, bir türün protein etkileşimlerinin tümü anlamına geliyor; tıpkı genom kavramının bir türün genetik kodunun tümünü tanımlaması gibi. Evrim mekanizmasına emsalsiz bir ölçekte baktıklarını söyleyen Feldman, canlılığı mümkün kılan protein ağlarının yapısını incelemek için veri biliminin araçlarını kullandıklarını belirtiyor.

Çalışmayı yürütmek için Stanford’da doktora sonrası araştırmacısı olarak çalışan Marinka Zitnik, 1840 organizmanın veritabanını yapılandırdı ve 9 milyon protein etkileşimine ilişkin veri topladı. Ekibin ön kabulü, doğal seçilimin hâlihazırda bu organizmaları sağ kalmaya uygun olarak belirlediğiydi. Doğru soruları sorarak ve doğru analitik teknikleri geliştirerek, interaktom evriminin ilkelerini açığa çıkarmalarına yardım edecek veri örüntülerini aradılar.

Bilimciler, protein makinelerin, beklenmeyen ile nasıl başa çıktıklarını anlamak istiyordu. Bunun için de canlılığı sürdüren protein ağlarını aksatan bir dizi veri bilimi deneyi gerçekleştirdiler. Bilgisayarlı çözümleme ile her bir organizmanın proteinlerinin belli bir yüzdesini rastgele devre dışı bıraktılar. Bunu 1840 türün hepsi için sistematik olarak yaparken, bir noktada bozukluklar protein makinelerin dağılmasına neden olana dek canlılığın devamı için bir çeşit destek sisteminin protein ağlarının işleyişini sürdürmesini sağlayıp sağlamadığını sürekli olarak hesapladılar.

Leskovec, bu analitik yaklaşımı, yere cam bir levha fırlatıp kaç parçaya kırıldığını saymaya benzetiyor. Eğer sadece camın birkaç küçük parçası kırılmışsa, bu yüksek düzeyde dayanıklılığa işaret eder. Benzer biçimde, eğer bir organizmanın protein ağları, bazı proteinler çıkarıldığında bile büyük ölçüde bozulmadan kalırsa, organizmanın dayanıklılığına işaret eder. Yapılan çalışma, protein ağlarının sistem bütünlüğünü sürdürme becerisi tarafından ortaya konan tüm destekleyici ve risk geçiştirici mekanizmalar yoluyla organizmaların çökmekten kendilerini kurtardıklarını gösterdi.

Araştırmacılar bu ağ dayanıklılığı kavramını ikinci bir yolla kuvvetlendirdi. Türleri zaman içinde karşılaştırmak için bu bozma tekniğini kullandılar. Fosil kayıtlarına ve DNA incelemelerine dayanarak, bilimciler inceledikleri türlerin evrimsel süreçte ortaya çıkma sıralarını kabaca biliyordu. Eğer protein ağı dayanıklılığı evrimsel bir avantaj sunuyorsa, araştırmacıların hipotezine göre sonradan evrilen organizmaların, önceki yaşam formlarından daha dayanıklı ağları olmalıydı. Buldukları da tam olarak bu oldu.

Leskovec, genomu ve interaktomu birlikte inceleyerek, veri bilimcilerinin evrimin nasıl işlediğini daha iyi anlayabileceğini düşünüyor. Organizmaların nasıl yapılandığı ve zaman içinde nasıl geliştiği hakkında bilgi, genomda mevcut. Fakat bu çalışmanın gösterdiği üzere, interaktom da evrim açısından önemli: DNA, protein ağlarını yapar ve düzenler; protein ağları da değişen koşullara uyumlanmak için destekleyici süreçler geliştirir. Bazı durumlarda, bu uyumlanmalar öyle kullanışlı olur ki, genom bu protein iyileştirmelerini saklayıp kalıtımını sağlar. “Genler her şeyi açıklayamaz,” diyor Leskovec. “Proteinlerin niceliksel özelliklerini ve etkileşim ağlarının örüntülerini keşfederek, organizmaların pek çok özelliğine ilişkin derin kavrayışlar edinebiliriz.”

 

Kaynak ve İleri Okuma

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