Bilim insanları; fosilleri inceleyerek, doğayı gözlemleyerek ve daha yakın zamanda DNA’da depolanan genetik kodu çözerek evrim hakkında çok fazla şeyi açığa çıkardılar.
Stanford Üniversitesi, Bilgisayar Uzmanları ve Biyologlarından oluşan bir ekip; proteinlerin (DNA tarafından üretilen biyolojik mekanizmalar) tüm yaşamın dayandığı moleküler etkileşimler ağını sürdürmek için nasıl geliştiğini analiz ederek, yeni bir bakış açısıyla evrime ışık tutuyor.
Bilim insanları, evrimin doğal koşullar karşısında hayatta kalabilecek yaşam formları oluşturduğunu anlamak için 1.840 türü (bakterilerden primatlara) inceledi. Keşfettikleri şey, derin ancak sezgiseldi: Her tür, protein mekanizmalarını göz önünde bulunduran yedekleme planları geliştirmişti. Daha önce hiç bir çalışma, tüm yaşam için ortak bir hayatta kalma stratejisi bulmak amacıyla böylesine geniş bir canlı türünü araştırmamıştı: Çok yönlü ve güçlü bir moleküler mekanizma…
Stanford Üniversitesi’de Bilgisayar Uzmanı Jure Leskovec: “Çalışmamızın genelinde; bir türün dirençliliğinin, başarısızlığa karşı dayanıklı ve hayatta kalabilmek amacıyla, çeşitli şekillerde etkileşime girebilen protein ağlarına sahip olmakla güçlü bir şekilde ilişkili olduğunu tespit ettik.”
Evrimsel Biyoloji alanında çalışan bilim insanı Marcus Feldma: “Bu, bilim insanlarının ‘protein etkileşim ağı (interaktom)’ olarak adlandırdıkları şeyleri anlamak için şimdiye kadar yapılan en iddialı çaba; tıpkı genomun bir türün DNA’sının toplamını tanımladığı gibi, her bir tür için tüm protein etkileşimlerinin toplamını tanımlamaktadır. Yaşamı mümkün kılan protein ağlarının yapısını incelemek için veri biliminin araçlarını kullanarak, benzeri olmayan bir ölçekte evrim mekanizmasını inceliyoruz.”
Stanford doktora sonrası bilim insanı Marinka Zitnik, çalışmayı yürütmek amacıyla; 1.840 organizmanın veritabanını oluşturarak, 9 milyon protein etkileşimi hakkında veri topladı. Ekibin önceliği, doğal seçilimin bu organizmaların hayatta kalması için uygun olarak tanımlamış olmasıydı. Doğru soruları sorarak ve doğru analitik teknikleri geliştirerek, interaktome evriminin ilkelerini ortaya çıkarmak amacıyla, verilerdeki örnekleri araştırdılar.
Araştırmacılar, protein mekanizmalarının beklenmeyen durumlarla nasıl başa çıktıklarını anlamaya çalıştılar. Bu yüzden, yaşamı sürdüren protein ağlarını bozmak için bir dizi veri bilimi deneyi yaptılar. Hesaplamalı bir analizde, her organizmanın proteinlerinin belirli bir yüzdesini rasgele çıkardılar. Bunu, 1.840 türün tümü için sistematik olarak yaptılar ve sürekli bir tür yedekleme sisteminin, protein ağlarının yaşamı destekleyecek bir şekilde çalışmaya devam etmesine izin verip vermeyeceğini hesapladılar. Bir noktada aksaklıklar protein mekanizmasının parçalanmasına neden oldu.
Leskovec bu analitik yaklaşımı, zemine bir cam levha atıp kaç parçaya bölündüğünü saymaya benzemiştir. Camın yalnızca küçük bir kısmı kırılırsa, bu yüksek bir direnç derecesini gösterir. Benzer şekilde, bir organizmanın protein ağları bazı proteinler çıkarıldığında bile büyük oranda sağlam kalırsa, bu organizmanın dirençli olduğunu gösterir. Çalışma, organizmaların; protein ağlarının sistem bütünlüğünü koruma yeteneği ile her türlü yedekleme ve geçici çözüm mekanizmasından dolayı çöküş gösterdiğini ortaya koyuyor.
Araştırmacılar, bu ağ dirençliliği kavramını ikinci bir yolla desteklediler. Türleri zaman içinde karşılaştırmak amacıyla, bu çöküş tekniğini kullandılar. Fosil kayıtlarına ve DNA çalışmalarına dayanarak; bilim insanları, numunedeki çeşitli yaşam formlarının evrimde ortaya çıkış sırasını kabaca tahmin edebilirler. Eğer, protein ağının dayanıklılığı evrimsel olarak bir avantaj sağlarsa, daha sonra gelişen organizmalar, önceki yaşam formlarından daha kırılmaz ağlara sahip olmalıdır. Araştırmacılar bu hipotez üzerinde durmaktadır.
Leskovec, genom ve interaktomu birlikte inceleyerek veri bilimcilerin evrimin nasıl işlediğini daha iyi anlayabileceğine inanıyor. Organizmaların zaman içinde nasıl oluştuğu ve geliştiği hakkında bilgiler genomda depolanır. Ancak bu çalışmanın gösterdiği gibi interaktom da evrim için önemlidir: DNA, değişen koşullara uyum sağlamak için yedekleme süreçleri geliştiren protein ağları oluşturur ve düzenler. Bazı durumlarda, bu adaptasyonlar; genomunun bu protein gelişimlerini koruyarak, kalıtsal olabilmeleri adına türler için çok faydalıdır.
Leskovec: “Genler her şeyi açıklayamaz. Proteinlerin kantitatif özelliklerini ve etkileşimli ağlarının hesaplamalı modellerini keşfederek organizmaların birçok özelliği hakkında derinlemesine bilgi edinebiliriz.”
