Gen Ölçeğinde Evrim: Genler Kaynaşarak, Yeni Genler Yapabiliyor

Bakterilerle yapılan deneyler, var olan genlerin kaynaşarak, yeni proteinler üretebilen yepyeni genler oluşturabildiklerini ortaya koydu. Bütün organizmaların, hayatta kalmak için değişen çevrelerine ..
Görsel Telif:

Bakterilerle yapılan deneyler, var olan genlerin kaynaşarak, yeni proteinler üretebilen yepyeni genler oluşturabildiklerini ortaya koydu.

Bütün organizmaların, hayatta kalmak için değişen çevrelerine sürekli uyumlanmaları gerekir. Bu adaptasyonlar, genetik malzemede oluşan değişiklikler sayesinde gerçekleşir. Max Planck Enstitüsü’nden Paul Rainey ve Yeni Zelanda’dan çalışma arkadaşları, yeni ve daha iyi uyumlanmış hücre tiplerinin ortaya çıkışını laboratuvarda araştırıyor.

Yaptıkları çalışmadan elde edilen bulgulara göre, bakteriler, halihazırda var olan iki genin kaynaşması aracılığıyla yeni özellikler geliştirebildikleri bir mekanizmaya sahip. Bazı hücre tiplerinde bu durum, genlerin yeni bir transkripsiyon başlatıcının kontrolüne girmesi ve daha yüksek miktarda proteinin gen tarafından kodlanması ile sonuçlanıyor. Diğer durumlarda da, iki komşu gen kaynaşıyor. İki orijinal genin parçalarından oluşan bu yeni genin kodladığı protein, hücre içerisinde farklı bir lokalizasyona sahip oluyor. Bu etkiye, insanlar da dahil diğer organizmalardan aşinayız. Bu tip bir gen füzyonu, çevresine daha iyi uyum sağlayabilen bakteri hücrelerinin ortaya çıkmasına olanak tanıyor.

Mevcut genlerin genetik kodundaki değişiklikler, yani mutasyonlar, bir organizmayı yeni özelliklerle donatabilir. Genlerin kopyalanması ve fazladan DNA bölümlerinin eklenmesi, bir organizmanın çevresine uyum sağlama becerisini de ayrıca artırabilir. Evrim süreci içerisinde, tamamen yeni genlerin ortaya çıkması bile mümkündür. Buna, daha önce işlevsel olmayan DNA parçalarındaki değişiklikler sonucunda, söz konusu parçaların işlev kazanması da dahildir. Bu sayede, işe yaramaz DNA parçaları, protein sentezi için işlevsel şablonlar haline gelir. Gen oluşumunun bilinen bir başka mekanizması, iki genin kaynaşmasıdır ve sonucunda yeni bir proteinin üretilmesini sağlar.

Bu çıkarımlar, farklı organizmaların genomları karşılaştırılarak elde edildi. Evrim genellikle çok yavaş işlediği için, bu tür bir genetik materyal değişikliğini gerçek zamanlı olarak gözlemlemek genellikle mümkün olmuyor. Dolayısıyla, organizmanın hayatta kalma yeteneğini bu değişikliklerin nasıl etkilediği sorusu yanıtsız kalıyor. Araştırmacılar da bu sebeple sorunun cevabını bulabilmek için bakterilere odaklandılar. Bakteriler, oldukça hızlı üreyebilmelerinin yanında laboratuvarda çok küçük alanlarda yetiştirilebiliyor. Bu, araştırmacıların genomda ortaya çıkan değişiklikleri incelemesine ve evrimin fiili olarak gözlemlenmesine olanak tanıyor.

Laboratuvar Ortamındaki Hayatta Kalma Becerisi

Sol: fwsR-geninin (yeşil) sitoplazmada bulunduğu bakteri (üstte), “düzgün” kolonilerin büyümesi(ortada), besinleri içeren sıvı ortam fazı (altta)
Sağ: Zar lokalize protein fadA’nın füzyonundan sonra, fwsR’nin enzimatik alanı hücre zarına lokalize oluyor(üstte). Yeniden lokalizasyon, enzimatik alanın aktivasyonuna, adaptif “buruşuk ayrımlı” fenotipe (ortada) ve yüzeyin kolonileşmesine (altta) yol açar. Credit: MPI f. Evolutionary Biology/ P. Rainey

Araştırmacılar laboratuvar deneylerinde Pseudomonas fluorescens türü bakterilerin, sıvı dolu laboratuvar evreninde hayatta kalma ile ilgili özellikleri nasıl geliştirdiğini incelediler. Bu bakteriler, proteinleri ve diğer besinleri içeren sıvı ortamlarda yetiştirilebiliyorlar. Fakat, bu sırada ortamdaki oksijeni de tüketiyorlar. Yetersiz oksijen ortamı da, hava-sıvı ara fazındaki oksijene erişebilen matları oluşturan mutasyona uğramış bakterilerin gelişmesine zemin hazırlıyor. Matları oluşturan mutasyona uğramış bakteriler, benzersiz buruşuk koloni morfolojileri nedeniyle kolaylıkla tespit edilebilir.

Araştırmacılara göre, mat oluşumu, di-guanilat siklaz aktivitesini düzenleyen genlerdeki çeşitli mutasyonel değişikliklerden kaynaklanıyor. Bu mutasyonlar, negatif düzenleyicileri devre dışı bırakarak di-guanilat siklazın aktif bir duruma geçmesine neden olur. Araştırmacılar, negatif düzenlemeye bağlı olan yolları ortadan kaldırdıklarında, buruşuk mat fenotipine neden olan ve daha önce bilinmeyen bir dizi mutasyonu keşfettiler.

Ancak bazı kırışmış hücrelerde bu genin aktivitesi değişmedi. Bu hücrelerdeki mutasyonların analizi, bu mutantların di-guanilat siklaz geninden ve komşu bir genden meydana gelen bir kimerik gen (genetik kökenleri farklı bileşenlere sahip gen) içerdiğini gösterdi. Komşu gen tarafından kodlanan protein ise, hücre zarı içerisinde normal bir şekilde aktifti. Dolayısıyla, araştırmacılara göre, genellikle hücre içindeki farklı yerlerde bulunan protein kodlayan iki gen arasında arasında bir kaynaşma olayı olmalı.

Kaynaşma sonucu oluşmuş yeni gen tarafından kodlanan protein, zar içerisinde çalışma potansiyeline sahip ve hücre zarı içine gömülü. Bu durum, proteinin aktifleşmesini sağlıyor ve selüloz üretiminin artışına yol açıyor.

Diğer organizmalarda da, gen kaynaşmaları sonucunda üretilen proteinler sıklıkla hücre içinde farklı lokalizasyona sahip olurlar. Örneğin, insanlardaki Kua-UEV geni, Kua ve UEV genlerinin kaynaşmasının sonucunda oluşmuştur. Yeni UEV proteini, artık iç hücre zarlarına lokalize olur ve yeni bir işlev gerçekleştirir. İnsanlarda, mitokondriyal proteinler için gen ailelerinin yüzde 64’ü, hücrenin herhangi bir yerinde etkin olan bir protein için bir gen içerir. Araştırmacılara göre, yapılan deneylerdeki gen kaynaşması, buruşuk fenotip ile sonuçlanan mutasyonların yalnızca yaklaşık % 0.1’ini oluştursa da, laboratuvar dışında daha yaygın olabilir.


İlgili Makale: Andrew D. Farr et al. Adaptive evolution by spontaneous domain fusion and protein relocalization, Nature Ecology & Evolution (2017). DOI: 10.1038/s41559-017-0283-7

Kaynak: Evolution in the lab, Max Plank Society, Retrieved from https://www.mpg.de/11468338/gene-fusion


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