Yeryüzünün En Sıradışı Genomu
Canlılık işlevleri için gerekli olan bütün talimatlar DNA tarafından kodlanır. DNA’da, kromozom adı verilen paketçikler halinde paketlenir. Biz insanoğlunda da bu paketçiklerden 46 tane bulunmaktadır. Kromozom sayısı canlı türleri arasında farklılık gösterebildiği gibi aynı da olabilir. Mesela moli balığıyla insanlardaki kromozom sayısı birbirine eşittir. Fakat, insan ve moli balığının kromozom sayıları eşit olsa da eşit gelişmişlik düzeyine sahip değildirler. Bu yüzden de kromozom sayılarının gelişmişlik düzeyine bir etkisi olmadığını rahatlıkla söyleyebiliriz.
Kromozomlarımızın gelişmişliğe bir etkisi olmadığını söyledik. Eğer bunu söylemeseydik, şimdi öğrenecekleriniz kendinizi kötü hissetmenize sebep olabilirdi. Oxytricha trifallax adı verilen ve normal insan hücresinden 10 misli daha büyük olan bir mikroorganizma tam bir genetik kaos örneği. Neden mi? Çünkü Oxytricha trifallax, bünyesinde yaklaşık 16.000 kromozom ve çeyrek milyon DNA parçası bulunduruyor.
Oxytricha trifallax, su birikintilerinde yaşayan ve protista aleminde yer alan tek hücreli bir organizmadır. Oxytricha, tek hücreli bir canlı olmasına rağmen diğer canlılardan farklı olarak bir değil, iki çekirdek bulundurur. Çekirdeklerden biri (MIC, germ-line MICronukleus) hiç kullanılmamış bir genom taşır ve transkripsiyon bakımından tamamen inaktiftir. Çekirdeklerden diğeri de (MAC, somatik MACronukleus) Oxytricha ‘nın günlük yaşamı için kullandığı genomu taşır ve transkripsiyon bakımından son derece aktiftir.
Oxytricha’lardaki Genetik Kaos: MIC’ler ve MAC’ler
Oxytricha’lar günlük yaşamlarında iki çekirdeklidirler demiştik. Birisi MIC, diğeri MIC’ten türeyen MAC’tir. MAC’ler, doğadaki tüm hücrelerde olduğu gibi yaşamın sürdürülmesi için gerekli işlevleri yönetiyor ve düzenliyor. MAC’ler bu yaşamsal işlevleri yerine getirebilmek için ise yaklaşık 16.000 kromozom ve bu kromozomlarda kodlanan 18.500 geni kullanır. Aslında MAC’ler, MIC’lerden türediği için bu 18.500 gen MIC’e aittir. MAC’ler, MIC’e ait genlerin sadece %5’ini (18.500 genden 810 tanesi) kullanırlar. Ayrıca; her ucunda telomerleri olan bu 16.000 mini kromozomun %90’nın üzerinde 1, %10’nun üzerinde de 2-8 farklı proteini kodlayabilen gen parçaları bulunmaktadır.
MAC’lerden daha küçük olan MIC’ler ise yaklaşık 225.000 DNA parçasını bünyelerinde bulundurmaktadırlar. DNA parçası diyoruz çünkü; Oxytricha trifallax kendi DNA’sını, MIC adı verilen ve arşiv olarak kullandığı çekirdeğinde parçalayıp 225.000 DNA parçası haline getirerek saklamaktadır. MIC’ler çoğalma sırasında Oxytricha trifallax’ların birbirlerine aktaracağı genleri içeriyor. Oxytricha trifallax, başka bir Oxytricha trifallax ile yan yana geldiği zaman genç ve kullanılmamış bir çekirdek olan MIC’i eşine aktarır ve onun genç kullanılmamış DNA’larını içeren MIC’ini de kendisi alır.
Genç DNA Aktarımı
Oxytricha’nın yaptığı çekirdek değiştirme işlemi aslında bir tür sekstir. Fakat Oxytricha’nın seksinde, çoğalma amacı yoktur. Seks, tamamen bu canlıların birbirleri arasında DNA’larını değiştirmeye dayanır. Bakterilerin direnç kazanma mekanizmalarını duymuşsunuzdur. Plazmit adı verilen ve kromozomlardan ayrı DNA parçaları bir bakteriyi antibiyotiğe dirençli yapmak gibi özellikler sağlayan gen grupları taşır. Orada söz konusu DNA, kullanılmış ve kullanan canlı tarafından modifiye edilmiş bir DNA’ydı. Fakat burada konuştuğumuz DNA; hiç el değmemiş, yaşlanmamış genetik bilgiyi kodlamaktadır. Oxytricha’nın yaptığı bu seksi de, “yaşlanmamış genetik bilginin paylaşılması için bir araya gelmek “olarak nitelendirebiliriz. Kısacası seks bu canlılar için yeniden yaratılış anlamına gelmektedir.
Oxytricha’ların seksi çok aşamalı bir süreçtir. Bu çok aşamalı süreç 2 Oxytricha’nın birbirine kaynaşmasıyla başlar. (Bundan sonra anlatacağımız basamaklar birbirlerine kaynaşan 2 Oxytricha’da da aynı anda gerçekleşir.) Öncelikle MIC, mayoz bölünme geçirerek haploid (bir organizmadaki kromozom sayısının yarısının bulunduğu çekirdek)hâle gelir. Bu bölünme klasik mayoz bölünme gibidir ve 4 yeni haploid MIC oluşur. Oluşan 4 haploid MIC’ten 2 tanesi kaybolur ve geriye iki tane haploid MIC kalır. Mayoz bölünme hepimizin bildiği üzere genetik çeşitlilik sağlayan bir mekanizmadır. Oxytricha’lar da bu mekanizmayı kullanarak genomlarını gerekli genetik çeşitliliğe uygun bir şekilde düzenlerler. Daha sonra haploid MIC’lerden birer tanesi karşılıklı olarak yer değiştirirler. Böylelikle Oxytricha hem kendi haploid MIC’ini hem de eşinin haploid MIC’ini bünyesinde bulundurur. Bu işlemden sonra haploid MIC’ler birleşir ve tek bir diploid (bir organizmadaki kromozom sayısının tamamının bulunduğu çekirdek)MIC oluştururlar. Bu diploid MIC’te mitoz bölünme geçirerek MAC’i oluşturacak yeni çekirdeği oluşturur. En sonunda ise, eski MAC ortadan kalkar ve yeni MIC’ten oluşan MAC, başkalaşarak eski MAC’in yerini alır. Bu genç genomlar sayesinde Oxytricha’lar sürekli olarak genç kalabiliyorlar.
Kendi Genomuyla Yapboz Oynayan Canlı
16.000 kromozom, 18.500 gen ve 225.000 DNA parçası… İnanılması zor bir genom kompleksliğine sahip olan Oxytricha’ların en ilginç özelliği ise genomuyla yapboz gibi oynaması. Hatırlayacağımız üzere MIC’teki genom DNA parçaları halinde bulunmaktaydı. Oxytricha trifallax, kendi türünden başka bir Oxytricha trifallax ile birleşip eşinin kromozomları ile kendi kromozomlarını değiş tokuş etmeden önce, dağınık bir halde duran bu DNA parçalarını büyük bir titizlikle birleştirerek tekrar eski haline getirmektedir. Yani bu canlı yapboz oynarmışçasına, önce genomunu çeyrek milyon DNA parçasına parçalıyor, eşiyle değiş tokuş etmeden önce de bunları birleştiriyor.
Bu inşa sürecinde dağılmış olan çeyrek milyon mini DNA parçasını yeniden doğru sıraya göre dizmek için de daha önceden hazırlanmış RNA, kalıp olarak kullanılmaktadır. Ve bütün bu parçalama ve birleştirme işlemi sadece 60 saat sürmektedir.
İlkel bir canlı olarak kabul edilen bu tek hücrelinin, kendi genomunu binlerce küçük parçalaya ayırıp bu denli hızlı bir şekilde yeniden birleştirmesinin ne gibi bir evrimsel avantaj sağladığı henüz bilinmemektedir.
Referanslar ve İleri Okuma
•Xiao Chen X. et als. The Architecture of a Scrambled Genome Reveals Massive Levels of Genomic Rearrangement during Development. Cell 158, 1187–1198, August 28, 2014
•Swart E.C et als. The Oxytricha trifallax Macronuclear Genome: A Complex Eukaryotic Genome with 16,000 Tiny Chromosomes. PLOS Biology , January 2013
•Nowacki M. RNA-mediated epigenetic programming of a genome-rearrangement pathway. Nature, Vol 451, 10 January 2008
•Bracht J.R. Genomes on the Edge: Programmed Genome Instability in Ciliates. Cell 152, January 31, 2013
•Ed Yong, You Have 46 Chromosomes. This Pond Creature Has 15,600, National Geographic, February 6, 2013
http://www.biyogaraj.com
BİYOLOJİ HABERLERİ
-
Amonyum, Dünya’da Yaşamın Ortaya Çıkmasını Sağladı
-
16 Nisan, 'Dünya Biyologlar Günü'
-
Protonların Aşamalı Değişimi, ATP Sentaz Enzimi ve Mitokondriyum
-
Biyoloji Kongre Sponsorluğu
-
Dünya'da Yaşamın Nasıl Başladığının Sırrı...
-
Kazdağları Yaban Mantarları Eğitim Festivali
-
Işığın Değişmesi İle Algler
-
Trikotilomani Nedir
-
Araştırma üniversitelerinin listesi belli oldu. İşte 10 araştırma üniversitesi
-
Bilim İnsanları Tarafından Yapılan Yeni Çalışmada “Hücre İçi Saati” Bulundu
-
UCLA biyologları yaşlanmayı yavaşlatıyor, meyve sineklerinin ömrünü uzatıyor
-
Bilim insanları betalain sentezlemeyi başarmışlar. Betalain üretmenin bize faydaları nelerdir ?
-
Beyin Tanıdık Yüzleri Nasıl Ayırt Ediyor
-
Hakkâri Sat Dağlarında İki Yeni Buzul Gölü Keşfedildi
-
Her Nöron 1000’den Fazla Mutasyon Taşıyor Olabilir