CANLILARDA SANTRAL OTORİTE SORUNU: 03-PARAZİTLİ GENLER
CANLILARDA SANTRAL OTORİTE SORUNU
Canlılıkla İlgili Etkinliklerden Sorumlu Santral Otoritenin Doğası Nedir?
Fizikte parazit istenmeyen bir elektronik gürültüdür. Ondan mümkün olduğu kadar kurtulmaya çalışılır. Bunun için çeşitli yöntemlere başvurulur.
Parazit biyolojik sistemlerde de vardır. Genetik etkinliklerin de yapısına katılan bu parazit, sistemin önemli bir parçasıdır.
Biyolojik parazitleri yok etmek ve önlemek, hatta azaltmak bile mümkün değildir. Biyolojik sistemler işlevlerini parazitli bir ortamda yürütmek zorundadırlar. Böyle bir ortamın biyolojik sistemler için zararlı olacağını düşünmek insan sağduyusu ile bağdaşır ama, bu düşünce doğru değildir. Çünkü biyolojik sistemler parazitli bir ortamda varlıklarını sürdürmek zorunda olacaklarına göre, ya ondan etkilenmemenin bir yolunu bulmuşlardır, ya da parazitlerden yararlanmaktadırlar. (Richard Losick and Claude Desplan, Stochasticity and Cell Fate, Science 320: 4 April 2008).
Çok hücreli bir canlının her hücresi işlevsel olarak, aynı genetik yapıya sahip olmasına rağmen, diğerlerinden farklı ve eşsizdir. Bu farkın temel nedeni genlerin kendilerini farklı şekillerde belli etmeleridir. Genetik yapı ve genetik etkinlik farklı kavramlardır. Tabii çevrenin ve hücrenin geçmişinin de bu farklarda önemi vardır. Ama bir hücrenin her bakımdan aynı klonu da farklı davranışlar sergiler. Aynı genetik yapı farklı hücrelerde farklı fenotiplerin ortaya çıkmasına ve farklı davranışlara neden olmaktadır. Bu olaya genetik parazitlik ve bu genlere de parazitik genler denir. Bu parazit, genler kendilerini belirtirlerken ortaya çıkar ve kaçınılmazdır.
Genler kendilerini nasıl belirtirler?
Genlerin kendilerini belirtmeleri iki aşamada gerçekleşir. İlk aşamada DNA'daki şifre, RNA polimeraz enzimi tarafından okunur ve messenger RNA (mRNA) sentez edilir. Bu aşama transkripsiyon (transcription) olarak bilinir. Translasyon (translation) olarak isimlendirilen ikinci aşamada mRNA'nın taşıdığı şifre ribozomlarda protein sentezinde kullanılır. Transkrispsiyonda DNA'dan şifre alınır. Translasyonda ise o şifre ile protein sentez edilir. Bu olayı deneysel olarak göstermek ve izlemek mümkündür.
Yeşil floresan protein geni içeren tek bir E. Coli bakterisinden klonlanmış bir bakteri kültürü imgeleyelim. Sonradan bakteri genomuna eklenen bu genin şifrelediği proteinler içsel olarak floresandır. Yani floresan boyalarla boyanmadıkları halde mikroskop altında floresan denen parlak bir renge sahiptirler.
Mikroskop altında yeşil floresan protein içeren bakteriler, daha hafif yeşil olan ve yeşil olmayan diğer bakterilerden kolaylıkla ayrılabilir ve ne kadar floresan oldukları kolaylıkla saptanabilir. Bakteriler ne kadar çok yeşil floresan protein içeriyorlarsa, o kadar koyu yeşil görüneceklerdir. Bütün bakterilerin genomunda aynı yeşil floresan protein geni vardır. Bütün bakteriler yeşil floresan protein şifrelemektedirler.
İnsan mantığına ve sağduyusuna göre genetik olarak aynı olan bu bakterilerde şifrelenen yeşil floresan protein oranının da aynı olması gerekmektedir. Her hücre aynı miktarda yeşil floresan protein şifrelemelidir.Yani bu hücreleri mikroskop altında inceleyince yeşil floresanın aynı parlaklıkta olması beklenmelidir. Çünkü hepsinde aynı floresan geni vardır, hepsi tek bir bakterinin çoğalmasından ortaya çıkmışlardır ve hepsi de aynı genin ürünü olan floresan bir protein şifrelemektedirler.
Bu bakteri kolonisini mikroskop altında incelersek bu çıkarımın işe yaramadığını gözlemleriz. Genetik olarak her bakımdan aynı olan bakteriler farklı oranlarda floresan protein sentez etmektedirler. Bundan genlerin kendilerini belirtmeleri sırasında ortaya çıkan parazitler sorumludur. Bu demektir ki aynı genetik yapıya sahip olan bireyler arasında genlerin kendilerini manifest etmeleri stokastik (rastgele, olasılıksal) bir süreçtir.
Neden genetik parazitlik vardır?
Hücreler çoğalırlarken her bakımdan eşit iki hücreye bölünmeleri istatistiki olarak mümkün değildir. Genomun eşit olarak bölündüğünü varsayalım. Bu durumda bile ortaya çıkan hücreler her bakımdan birbirlerinin aynı olmayacaktır. Çünkü hücre sitoplazmasında bulunan transkrpsiyon faktörleri ve diğer kimyasal moleküller Brownian denen, rastgele hareketler yaparlar. Bölünme aşamasına gelen hücrelerde onlar sitoplazma içinde homojen, yani eşit olara dağılmamışlardır. Yani dağılımları rastgeledir. Hücrenin bazı yerlerinde yoğundurlar, diğer yerlerinde ise seyrektirler. Protein doğasında olan transkripsiyon faktörlerini çeşitli genler şifrelerler. Bu proteinlerin diğer genlerin DNA'sı ile birleşen domainleri vardır. Transkripsiyon faktörleri onlar aracılığı ile tutundukları genlerin etkinliklerini denetlerler. Bölünen hücreler transkripsiyon faktörlerini farklı miktarlarda içereceklerinden onların başlattığı genetik etkinlikler de farklı olacaklardır. Bölünen hücrelerde genetik parazitlik kaçınılmazdır.
Genetik parazitlik regüle edilebilir mi?
Canlılarda genetik parazitliğin denetlendiği içsel mekanizmalar vardır. Bazı stresli durumlarda bir grup genin stokastik dalgalanmasının açıkça senkronize edildiği gözlemlenmiştir. Onlara noise regulon denir. http://www.nature.com/nature/journal/v480/n7376/fig_tab/480188a_F1.html
Görüldüğü üzere işlevsel olarak birbirleri ile ilgili bazı genlerin etkinliklerinin dalgalanması tam anlamı ile rastgele olmayıp, noise regulon ve muhtemelen diğer genler tarafından koordine edilmektedir. (Brian Musky et al, Using Gene Expression Noise to Understand Gene Regulation. Science 336: 13 April, 2012)
Genetik parazitliğin evrimsel önemi nedir?
Genetik parazitlik, ister bakteri olsun, ister insan, canlılardan oluşan bir toplumda mevcut çeşitliliken sorumludur. Örneğin aynı antibiyotiğe maruz kalan bakterilerin hepsi, genetik etkinlikleri farklı olacağından, ölmezler. Bazıları yaşar ve antibiyotik direncini yeni nesillerde devam ettirirler. Çok hücreli canlılarda ve insanlarda da, çoğalan hücreler her bakımdan birbirlerinin aynı değillerdir. Aralarında mutlaka bazı farklar vardır.
Bu gözlemleri homeostaza uygularsak nasıl bir durumla karşılaşırız?
Homeostazın dar sınırlar içinde tutulması ve idame ettirilmesi için, çoğu kere bazı hormon ve kimyasal maddelerin sürekli olarak sentez edilip kana boşaltılması gerekmektedir. Örneğin kan şekerinin yükselmesi durumunda pankreasın beta hücreleri insülin sentez edip, kana salgılamaya başlayacaklardır. Ama bu süreç yukarda açıkladığımız gibi stokastiktir. Yani rastgeledir. Çok sıkı denetlenen düzenli bir tepki mekanizması değildir. Bazı beta hücreleri az, diğerleri çok insülin sentez edip salgılamaktadır ama, kaba da olsa içsel bir kontrol mekanizması vardır. Aynı durum homeostazda rolü olan diğer bütün değerler için de geçerlidir. Homeostazın idamesinden sorumlu olan genlerin etkinlikleri olasılıksaldır. Buna karşı bazı durumlarda, örneğin stres altında, bir grup genin stokastik etkinliği senkronize edilebilir. Genetik etkinliklerin senkronize edildiği diğer durumlar da vardır. Bu mekanizmalar normal koşullarda, genetik etkinliğin rastgele olmasına rağmen, içsel bir kontrol mekanizması sayesinde homeostazı denetlemede yeterli olmaktadırlar. Örneğin kan şekerinin yükselmesi durumunda pankreasın beta hücreleri insülin sentez ederek homeostazı sağlayabilmektedirler. Kan insülin düzeyi bazı değerler arasında dalgalanmakta ise de, sonuçta kana geçen insülin miktarı, kan şekerini uygun bir düzeye indirmeye yetmektedir. Her beta hücresi rastgele insülin şifrelemektedir ama, organın tümünün şifrelediği insülin miktarı homeostazı idamede etkili ve yeterli olmaktadır. Bu gözlem de santral bir otoritenin varlığına işaret etmektedir. Çünkü sonunda her hücrenin rastgele salgıladığı insüline bağlı kan insülin düzeyi, kan şekeri düzeyini normal sınırlar arasında tutmaktadır. Bu hassas kontrolda anatomik olarak santral bir otorite yoktur ama, yukarda değindiğimiz içsel bir mekanizma vardır.
Sorunun boyutlarını doğru değerlendirebilmek için kendimize şu soruyu sormalıyız. Kan şekeri veya diğer değerler normal sınırlar içinde tutulmazlarsa ne olur?
Canlı varlığını sürdüremez. Önce hastalanır, sonra ölür. Çeşitli organ ve dokulardan oluşan canlının varlığını sürdürebilmesi için onlar arasında uyumun sağlanması ve homeostazın idame ettirilmesi gerekir. Pankreas ve diğer bütün organlar, dokular, bezler, işlevleri bazı sınırlar içinde gerçekleşmek üzere ortaya çıkmışlar ve evrilmişlerdir. O sınırların dışında işlev yapan doku ve organların varlığına izin verilmemiştir.
Posted at 02:39 PM in 03-PARAZİTLİ GENLER | Permalink | Comments (0)
01-SANTRAL OTORİTE SORUNU
04-DÜZEN VE ÖRGÜTLENME
06-MAKSİMUM ENTROPİ ÜRETİMİ
CANLILARDA SANTRAL OTORİTE