Kimya alanındaki 2018 Nobel Ödül’ü, faydalı uygulamalarla biyolojik molekülleri geliştirmede evrimin gücünü kullanan üç bilim insanına verildi. Bu isimler: ABD’nin Kaliforniya Teknoloji Enstitüsü’nden kimya mühendisi Frances H. Arnold, ABD’nin Missouri Üniversitesi’nden biyolog George P. Smith ile İngiltere’nin M.R.C. Moleküler Biyoloji Laboratuvarı’ndan biyokimyager Sir Gregory P. Winter oldu.
Ayrıca Frances Arnold, bugüne kadar kimya Nobel’i kazanan 5. kadın ve son 50 yıldaki 2. kadın bilim insanı olmuştur. Umarım bu sayı gittikçe daha da çoğalır..
Evet gelelim ödülü almaya hak kazandıkları konuya..
Bu Çalışma Evrimi Kullanarak Bir Devrim Oluşturdu
Başlıkta yazdığım cümleyi Nobel komitesindeki Claes Gustafsson söylemiştir. Sebebi için ise her üç çalışmada da Darwin’in evrim teorisi için ileri sürdüğü ilkeler uygulandı. Ödüle layık görülen üç çalışma için de, insanlar tarafından binlerce yıldır uygulanmakta olan seçici yetiştirmenin genişletilmiş bir versiyonu olduğunu söyleyebiliriz.
Ödül kimya dalında olmasına rağmen çalışma biyoloji ve mühendislik alanlarında da geniş bir uygulama alanına sahip.
Frances Arnold o sıralar kimyasal reaksiyonları katalize etmede çok daha etkili hale getirmek için enzimlerin evrimini yönlendirmede bir yol geliştirdi. Yapılan çalışmanın; beyin görüntüleme, biyoyakıtlar, farmasötikler ve kimya endüstrisinde uygulamaları bulunuyor.
George Smith ve Gregory Winter ise otoimmün hastalıklar, antraks ve kanser tedavilerinde kullanılan terapötik (tedavi edici) antikorların geliştirilmesinde yeni bir yol keşfetti.
Darwin’in prensiplerinin deney tüpünde uygulanması
Bu başlığımda da yine Nobel Kimya Komitesi başkanı Claes Gustafsson’ın sözünü kullandım. Claes bu sözü Arnold’ın çalışması için kullanmıştır, Peki neden?
Enzimler, kimyasal reaksiyonları katalize eden ve daha hızlı çalışmasını sağlayan hücre içindeki proteinlerdir. Milyonlarca yıl içinde evrimleştiler, ancak 1993 yılında Frances Arnold bu proteinlerin evrimini yönlendirebileceğimizi ve süreci daha hızlı gerçekleştirebileceğimizi anladı.
Ayrıca mutasyonlar genetik bilgiyi karıştırarak yeni özelliklerin ve türlerin evrilmesini sağlar. Arnold bakterilere proteinlerinin etkisini değiştirebilecek rastgele nokta mutasyonları olarak adlandırılan mutasyonlar yerleştirmiş. Bir enzimi kodlayan geni alarak ve daha sonra rastgele mutasyonlar uygulayarak enzimin yeni varyantlarını yarattı. Ardından ortaya çıkan varyantları taradı ve istediği reaksiyonu katalize etmek için en etkili olanları seçti. Seçilen varyantlar, daha sonra başka bir mutasyon ve seçme turundan daha geçtiler ve süreç tekrarlandı. Sonuç olarak da üç kuşaktan sonra, başlangıç enziminden 256 kat daha verimli bir enzim elde edildi. Bir doğa yasası olan evrimi laboratuvar ortamına kopyalayan araştırmacılar, tıpkı kedi ve köpeklerde yaptığımız gibi enzimleri evrimleştirmeyi başardı. Doğada herhangi bir bilincin müdahalesi olmadan, tamamen doğanın kendi süreçleriyle yürüyen evrimin bir dış müdahale ile yönlendirilmesine yönlendirilmiş evrim diyoruz. Yani araştırmacılar, bir yapay seçilim mekanizmasıyla, istedikleri enzim türünü evrimleştirmeyi başardı.
Bakteriyofajlar ve Antikorlar
Bu ikili de, araştırmalarında evrimin temel prensiplerini kullandılar. George Smith de bakterileri enfekte eden bakteriyofaj olarak adlandırılan virüslerden yola çıkarak faj gösterimi olarak adlandırılan bir yöntem geliştirmiş.Bu yöntemde bakteriyofajların dış kısımlarını kaplayan proteinler, belirli genlerin ürettikleri proteinlere karşılık gelecek şekilde düzenlenmektedir. Daha sonra, son derece spesifik hedeflere bağlanan antikorlar kullanılarak bu virüsler adeta “avlanır”; böylece araştırıcının ilgisini çeken özellikteki proteinleri taşıyan bakteriyofajlar tespit edilebilir. Böylece bir “seçilim baskısı” yaratılmış olur. Bu seçilen proteinlere karşılık gelen genler, yeniden bakteriyofajlara eklenir ve tekrardan seçilime tabi tutulur. Böylece, evrim kullanılarak, nesiller içinde giderek daha özelleşmiş proteinler elde edilebilir.
Winter ise, Smith’in araştırmasını ters yüz ederek yeni bir yaklaşım geliştirmiştir. Bakteriyofajların genlerine antikorlara ait genleri eklemiştir. Daha sonra bu bakteriyofajların dış kaplamalarındaki antikorları üretmesini sağlamıştır. Sonrasında ise ufak bir molekülü kullanarak istediği özellikteki proteinleri seçme işlemini yapmıştır. Bu yöntem sayesinde çok kısa sürede çok fazla sayı ve çeşitte antikor üretmek mümkün olmuştur. Bağışıklık sistemimiz başka hücreleri tanıyabilmek için antikor olarak adlandırılan molekülleri kullanıyor. Bu antikorlar toksinlerin etkisini yok etmede, metastatik kanserleri tedavi etmede ve iltihabi bağırsak hastalığı ve başka tür otoimmün hastalıklar ile savaşmada kullanılıyor.
Kaynak ve İleri Okuma:
- https://popsci.com.tr/2018-nobel-kimya-odulunu-alan-calismanin-arkasindaki-muhtesem-bilim/
