Normalde toprakta ve insan bağırsağında bulunan bir bakteri türü olan laboratuar yapımı mikrop; doğal akrabalarına benzer, ancak daha küçük bir genetik talimat dizisi üzerinde hayatta kalır.
Mikrobun varlığı; yaşamın sınırlı bir genetik kodla var olabileceğini kanıtlar nitelikte ve biyolojik makineleri ilaç ve faydalı malzemeler yapmak veya virüs direnci gibi yeni özellikler eklemek için emredilen organizmaların önünü açar.
İki yıllık bir çalışmayla, Cambridge Üniversitesi Moleküler Biyoloji Laboratuvarı araştırmacıları, değiştirilmiş genomun sentetik versiyonuna sahip hücreler oluşturmadan önce bakteri Escherichia coli (E coli) DNA’sını okudu ve yeniden tasarladı.
Yapay genom 4m baz çiftine sahip; genetik kod birimleri G, A, T ve C harfleriyle yazılmıştır. A4 sayfalarında basılmış, 970 sayfaya ulaşır ve genomu bilim insanlarının, (şimdiye dek yapılmış) sahip olduğu en geniş çapta yapar.
Proje Yöneticisi Sentetik Biyoloji Uzmanı Jason Chin: “Genomu bu kadar büyük yapmanın mümkün olup olmadığı ve onu çok fazla değiştirmenin mümkün olup olmadığı tam olarak belli değildi.”
Bir hücrenin içinde dolanan DNA; çalışması için gereken talimatları tutar. Hücre büyümek için daha fazla proteine ihtiyaç duyduğunda, örneğin, doğru proteini kodlayan DNA’yı okur. DNA harfleri, TCG ve TCA gibi kodon* denilen trioslarda okunur.
Denizanasından insanlara kadar neredeyse tüm yaşam 64 kodon kullanır. Fakat birçoğu aynı işi yapar. Toplamda, 61 kodon; doğada herhangi bir protein oluşturmak için bir ip üzerinde boncuklar gibi birbirine bağlanan 20 doğal amino asit yapar. Üç kodon daha ön planda durma işaretleridir: Protein tamamlandığında hücreye, (bu cümlenin sonunda noktayla gösterildiği gibi) durmasını söylerler.
Cambridge ekibi; gereksiz kodonlardan bazılarını kaldırarak, E-coli genomunu yeniden tasarlamak için çalıştı. Bir bilgisayarda çalışan bilim insanları, canlının DNA’sının içinden geçti. “Serine”** diye adlandırılan amino asit yapan bir kodon olan TCG’ye rasladıklarında, aynı işi yapan AGC olarak yeniden yazdılar. İki kodonu da aynı şekilde değiştirdiler.
18.000’den fazla düzenleme sonrasında; bilim insanları üç kodonun her oluşumunu böceğin genomundan çıkardılar. Yeniden tasarlanan genetik kod; daha sonra kimyasal olarak sentezlendi ve organizmanın doğal genomunun yerini aldığı E coli’ye parça parça eklendi. Nature‘da bildirilen sonuç; tamamen sentetik ve kökten değiştirilmiş bir DNA koduna sahip bir mikroptur. Syn61 olarak bilinen canlı, normalden biraz daha uzun ve daha yavaş büyüyor, ancak yine de hayatta kalıyor.
Araştırmacı Chin; bu tür tasarımcı yaşam biçimlerinin kullanışlı olabileceğine inanıyor. DNA’ları farklı olduğu için istilacı virüsler, içlerinde yayılmaya zorlanır ve bu virüslere karşı dayanıklı olmalarını sağlar. Bu fayda sağlayabilir. E coli; halihazırda biyofarmasötik endüstrisi tarafından diyabet ve kanser rahatsızlıklarında (ve diğer tıbbi bileşikler: multipl skleroz, kalp krizi ve göz hastalıkları için) insülin yapmak için kullanılmaktadır. Ancak bakteri kültürleri; virüs veya diğer mikroplarla kirlendiğinde tüm üretim süreci bozulabilir. Dahası gelecekteki çalışmalarda, serbest bırakılan genetik kod; hücrelerin tasarımcı enzimleri, proteinler ve ilaçları ortaya çıkarması için tekrar kullanılabilir.
2010 yılında ABD’li bilim insanları; dünyanın ilk organizmasının sentetik bir genomla yaratıldığını açıkladılar. Canlı; Mycoplasma mycoides, E coli’den daha küçük bir genoma sahiptir. Yaklaşık 1 metre baz çiftleri vardır ve radikal bir şekilde yeniden tasarlanmamıştır.
Araştırmacı Clyde Hutchison: “Bu genom replasman ölçeği şimdiye kadar bildirilen tüm genom replasmanlarından daha büyük.”
Sentetik Biyoloji Araştırmacısı Tom Ellis: “Sentetik genomik alanını yeni bir düzeye çıkardılar, şimdiye kadarki en büyük sentetik genomu başarıyla oluşturmakla kalmayıp, aynı zamanda şimdiye kadar bir genomda en çok kodlama değişikliklerini yaptılar.”
* Kodon: Bütün yaşayan canlıların genomları DNA’larında kaydedilmiştir (bazı virüslerin RNA temelli genomları vardır). Genomun bir protein ya da RNA molekülünün yapılması için gerekli şifreyi içeren kısımları gen olarak adlandırılır.
** Serine: Protein biyosentezinde kullanılan ɑ-amino asittir. Bir a-amino grubu, bir karboksil grubu ve onu bir polar amino asit olarak sınıflandıran bir hidroksimetil grubundan oluşan bir yan zincir içerir.
