İnsan genomunun yarıya yakınını genetik parazitler (asalaklar) oluşturuyor; transpozonlar, plazmidler, virüsler ve hepsinde ortak olan bir özelliğe sahip başka bazı genetik elemanlar: Bunlar, konaklarına herhangi bir yararlı katkı yapmadıkları gibi, kimi zaman da zararlı etkide bulunur. Genetik asalakların (bunlara "bencil genler" adı da veriliyor) kökeni, canlılık tarihinin erken dönemlerine dayanıyor ve günümüzde yaşayan neredeyse tüm organizmalarda mevcutlar.

Genetik parazitlerin bu denli yaygın ve bol olduklarının keşfi, genomik alanındaki en şaşırtıcı bulgulardan biriydi; ancak pek çok soru yanıtsız kaldı. En temel sorulardan biri, evrimsel zaman ölçeğinde zararlı olduklarına ilişkin kanıta rağmen, genetik parazitlerin nasıl olup da çok uzun süreden beri yol olmamayı başardıkları sorusuydu. Tipik olarak, doğal seçilim, zararlı genlerin silinmesi sonucunu doğurur; yani asıl soru şu: Neden doğal seçilim genetik parazitleri temizlemedi? 

EPL'de yayımlanan yeni bir çalışmada, Maryland Bethesda'da bulunan Ulusal Sağlık Enstitüleri'nden araştırmacılar Jaime Iranzo ve Eugene V. Koonin, evrimsel zaman ölçeğinde genetik parazitlerin kalıcılığı ve yayılımının anlaşılmasındaki kilit noktalardan birinin yatay gen aktarımı olabileceği sonucuna ulaştı.

Yatay Gen Aktarımı Sayesinde mi?

Yatay gen aktarımında, genetik bilginin bir organizmaya aktarımı, geleneksel "ebeveynden yavruya" süreciyle DNA aktarımından farklı mekanizmalar yoluyla gerçekleşir. Örneğin, bir organizma genetik malzemeyi farklı türdeki bir başka organizmadan doğrudan alabilir ya da kendisini çevreleyen ortamdan genetik malzeme alabilir. Yatay gen aktarımı, genetik parazitlere yeni konaklar enfekte edebilmeleri için bir yol sunar; doğal seçilime bağlı kayıplarını telafi edebilecekleri potansiyel bir mekanizma sağlar.

Ancak daha önce yapılan çalışmalar, tipik yatay gen aktarımı oranları göz önüne alındığında, tek başına yatay gen aktarımının genetik parazitlerin bu kadar uzun süre kalıcı olmasını sağlayabilmesinin pek olası olmadığını göstermişti. Daha sonra yapılan çalışmalarda ise yatay gen aktarımı oranlarındaki rastgele çalkalanmaların, bazı genetik parazitlerin kalıcılığını sağlayabileceği görülmüştü.

Yeni yapılan çalışmada, araştırmacılar mikrobiyal topluluklardaki genetik asalakların yayılımına ilişkin büyük miktarda veriyi çözümledi ve bunu kullanarak, genetik asalakların uzun vâdede sağ kalması için gereken minimum yatay gen aktarım oranlarını hesapladı. Bu çözümlemede matematiksel modelleme ve karşılaştırmalı genomik kullanılarak, genetik asalakların yayılımı ve kalıcılığını etkileyen çeşitli faktörlerin etkilerinin büyüklüğü belirlendi.

Araştırmacılar şu sonuca ulaştı: Kritik yatay gen aktarımı oranı, doğal seçilimin gücüne ve gen silinmesinin hızına bağlı olsa da, genetik asalakların tipik yatay gen aktarımı oranları genellikle onların uzun vâdede hayatta kalmalarını garantilemeye yetecek kadar yüksek oluyordu. Bu bulgular, genetik parazitlerin, doğal seçilimin üstesinden gelip konaklarının genomunda milyarlarca yıl boyunca kalabilmek için yatay gen aktarımını kullanabileceklerine ilişkin kanıt sağlamış oldu. Ayrıca elde ettikleri sonuçlar, farklı tip genetik parazitlerin neden farklı stratejiler kullandıklarını açıklamaya yardım edebilir.

Önerilen

Yatay Gen Aktarımı Verileri, Metan Üreten Arkelerin İklime Katkısını Ortaya Çıkardı

Farklı Stratejiler

"Genetik asalakların oluşturduğu maliyeti ölçerek ve parazitin kalıcı olmak için gereksinim duyduğu minimum yatay gen aktarımı hızını hesaplayarak, bencil genlerin neden parazitik stratejilerinin farklılık gösterdiğine ilişkin temel bir kavrayış kazandık. Örneğin çok zararlı olan genetik asalakların çok yüksek yatay gen aktarım oranlarına ihtiyacı var ki bu da ancak yatay gen aktarımı için otonom mekanizmalar geliştirerek (virüslerin ve konjügatif plazmidler durumu) veya yatay gen aktarımı için otonom olan bir başka paraziti yüklenerek (toksin-antitoksin modülleri durumu) başarılabilir. Transpozonlar gibi uysal genetik parazitler daha fazla seçeneğe sahip; konaklarının genomu içinde çoğalabilmelerini sağlayan mekanizmalar geliştirmek gibi," diyor Iranzo.

Genetik parazitler konaklarına herhangi bir işlevsel avantaj sağlamasalar da, erken dönem organizmaları ile genetik asalaklar arasındaki rekabet, canlı organizmaların tarihindeki başlıca evrimsel olayların bazılarında yaşamsal rol oynamış olabilir. Örneğin, bu rekabet, çok-hücreli yaşam formlarının kökeninin yanı sıra, hücre bölümlenmesinin de (İng. compartmentalization) arkasındaki itici güçlerden biri olabilir. Ayrıca canlıların başka parazit işgallerine karşı daha dirençli olmalarını sağlamış olabilir. Genetik parazitlerin kalıcılığını anlamanın hem bu olayları anlamak, hem de başka soruları yanıtlamak açısından çeşitli sonuçları bulunuyor.