MOLEKÜLER BİYOLOJİ VE GENETİK ALANINDA GÜNCEL GELİŞMELER
Son yirmi yıldır moleküler biyoloji ve genetik alanında yeni gelişmeler ve buluşlar çok hızlı bir şekilde insanlığın bilgisine sunulmaktadır. Bu hızda şüphesiz ki gelişen son teknoloji metotların önemi çok büyük. Mevcut teknolojilerle herhangi bir organizmanın DNA ve RNA’sının en küçük bir bölgesine kadar ayrıntılı bilgiler edinebilmekte, proteinlerin yapısını ve birbirleriyle etkileşimlerini çok daha iyi anlayabilmekte ve hastalıklar hakkında önceden bilemediğimiz mekanizmalar ortaya koyabilmekteyiz. Bu buluşlar elbette ki bize, hastalıkların tedavileri konusunda daha farklı ve daha etkin tedavi seçeneklerini de beraberinde getirmektedir. Özellikle son yıllarda genetik hastalıkların tedavisi, yapay organlar, kanser tedavisinde yenilikçi yaklaşımlar ve biyoteknolojik materyallerin üretimi gibi birçok alanda heyecan verici çalışmalar yayınlanmaktadır. Tüm bilimlerde olduğu gibi moleküler biyoloji ve genetik bilimi de hayatı ve canlılığın prensiplerini anlayabilmek, bu prensipleri insanlığın faydası adına kullanabilmek üzere sonu gelmeyen meşakkatli bir yolda ilerlemektedir. Bu yazıda 2022 ve 2023 yıllarında yayımlanmış, moleküler biyoloji, genetik ve biyoteknoloji alanlarında henüz çiçeği burnunda olan yeni gelişmeleri paylaşmak istiyoruz.
Alzheimer hastalığına yeni bir umut
Gen terapileri genlerdeki mutasyonlar sonucu oluşan her hastalığın tedavisi için uygulanma potansiyeline sahiptir. Ancak bu yolda bazı sorunlarla karşı karşıyayız. Örneğin bazı hastalıklar birden fazla gende mutasyonla ortaya çıkıyor, kimi hastalıklarda genler, mutasyona uğramadan bazı kimyasal değişiklikler yüzünden bozuluyor, bazı durumlarda da gen terapileri klinik bulguları iyileştirmede işe yaramıyor. Bilim adamları bu zorlu koşulları aşmak için canla başla çalışırken 2022 yılında yayımlanan bir çalışma ile bu zorluklardan bir tanesi aşılmış görünüyor. Alzheimer ve Parkinson gibi nörolojik bozukluklar gen tedavisi ile tedavi edilebilme potansiyeline sahip olmasına rağmen bu tarz nörolojik hastalıkların gen tedavisi açısından yaşadığı ortak bir engel var; kan-beyin bariyeri. Tedavinin etkinliği için bu bariyeri geçmek gerekiyor. Bunun için araştırmacılar silisyum kaplamalı nanopartiküllere gömdükleri gen terapisi içeriği ile kan-beyin bariyerini geçerek beyine ulaşabilmiş ve ilgili gendeki mutasyonları düzeltebilmişlerdir. (Yuyuan Wang ve ark. Overcoming the Blood–Brain Barrier for Gene Therapy via Systemic Administration of GSH-Responsive Silica Nanocapsules., Advanced Materials, 2022; 2208018 DOI: 10.1002/adma.202208018.)
Böylece kan-beyin bariyerinin engel oluşturması sebebiyle tedavi edilemeyen başta nörodejeneratif hastalıklar olmak üzere sinir sistemi ile ilgili birçok hastalığın tedavisi için yeni bir umut ışığı doğmuş oldu.
Yeni bir insan hastalığı
Genetik bilimi, davranışsal genetik, moleküler genetik, mendel genetiği gibi farklı alt dalları kapsayan oldukça geniş bir alandır. İşte bu alt dallardan biri olan immünogenetik, bağışıklık sisteminin (immün sistemin) hastalıklara karşı verdiği cevabın genetik olarak nasıl düzenlendiğini araştıran bir bilim dalıdır. 2023 yılında yayınlanan çalışmada, bir grup İmmünogenetikçi, immün yetmezliğe ve yaşamı tehdit eden zatürreye sebep olan bir mantar da dâhil olmak üzere fırsatçı enfeksiyonlara karşı derin duyarlılığa neden olan yeni bir genetik bozukluk keşfettiler. Bu hastalarda IRF4 geninde bir mutasyon tespit edildi. Bu genin normal formunun kazanılmış bağışıklığı sağlayan T ve B hücreleri başta olmak üzere birçok bağışıklık sistemi hücresinin gelişiminde önemli olduğu gösterilmiştir. (Oriol Fornes ve ark. A multimorphic mutation in IRF4 causes human autosomal dominant combined immunodeficiency., Science Immunology, 2023; 8 (79) DOI: 10.1126/sciimmunol.ade7953.)
İnsan hastalıklarının tedavisine giden süreç, öncelikle tedavi geliştirilmesi hedeflenen bozuklukların iyi tanınmasından geçmekte. Yeni hastalıkların tanımlanması kulağa hoş gelmese de iyi olan haber hastalığın sebebinin tespit edilebilmiş olmasıdır.
Deri kanserine yapay deri tedavisi
Günümüzde gözlenen en yaygın hastalıklardan olan kanserin henüz kesin bir tedavisi yok. Bunun sebebi kanserin oldukça kompleks bir hastalık olması. Kompleks olması; kanser oluşumunda ailesel mutasyonlar, sonradan kazanılmış mutasyonlar ve/veya mutasyon harici genlerde epigenetik değişiklikler gibi birçok farklı gen ve genom bölgesinin etkilendiği karışık bir tabloya sahip olmasından kaynaklanıyor. Üstelik her organın ve/veya dokunun kanserinin yapısı farklı olduğundan iş iyice zorlaşıyor. Bu yüzden her kanser için ayrı tedavi yaklaşımları dikkate alınmakta ve üstelik kişiselleştirilmiş tıp ile sadece her bir tip kanser için değil her bir hasta için de spesifik tedavi planları amaçlanmaktadır.
2022 yılında yapılan bir çalışmada deri kanserinin tedavisinde kullanılmak üzere yapay deri üretildiği duyuruldu. Normal şartlar altında cilt hücreleri aşırı çoğalma göstermezler ancak kanserleşen deri hücreleri derideki sınırlara riayet etmedikleri için düzen bozulur. Araştırmacıların yeni çalışmada kullandıkları yapay deri, genetiği değiştirilmiş insan deri hücrelerinden oluşuyor. (Zilu Ye ve ark. Characterization of TGF-β signaling in a human organotypic skin model reveals that loss of TGF-βRII induces invasive tissue growth. Science Signaling, 2022; 15 (761) DOI: 10.1126/scisignal.abo2206.)
Bu cilt hücreleri, kolajenden yapılan deri altı dokusunda üretildi. Bu, hücrelerin tıpkı gerçek insan derisi gibi katmanlar hâlinde büyümesini sağladı. Önceden fare hücrelerinden yapılan deri modelleri kullanılmaktaydı ancak bu teknik bazı sorunlara yol açmaktadır. İnsan hücreleri üzerinden yapılan bu yeni yapay derinin sadece cilt kanseri değil, diğer cilt bozukluklarında da kullanılabilme potansiyeli olabileceğini göstermektedir.
Çalışabilen bir yapay beyin
Organ hasarlarının düzeltilmesi için yaklaşımlar genelde doku uyumu olan vericilerden organ nakli ile gerçekleşiyor. Ancak organ naklinin uyumsuzluk göstermesi, uygun organın bulunamaması, organ nakli bekleyen ve verici olabilecek kişi sayısı arasında dengesizlikler ve bazı etik kaygılar bu işi oldukça zora koşmakta. Bunun üstesinden gelebilmek için laboratuvar ortamında üretilen organ veya organoidler bu bağlamda imdada yetişecek gibi gözükmektedir. Örneğin henüz 2 Şubat 2023’te yayınlanan bir çalışmada araştırmacılar, beyin organoidlerinin (yani laboratuvarda yetiştirilen nöron kümelerinin) fare beyinleriyle bütünleşebildiğini ve hatta yanıp sönen ışıklar gibi görsel uyarıma yanıt verebildiğini gösterdiler. (Dennis Jgamadze ve ark. Structural and functional integration of human forebrain organoids with the injured adult rat visual system. Cell Stem Cell, 2023; 30 (2): 137 DOI: 10.1016/j.stem.2023.01.004.)
Bu çalışma sadece organ nakillerinin yerine geçebilmesi açısından değil, aynı zamanda beyindeki bölgesel hasarların tedavisi için de bir umut ışığı olabilmesi açısından oldukça heyecan verici.
Bakterileri tespit edebilen mikrosistem
Laboratuvar çalışmaları insanlığa hizmet etmeye odaklanmışken bu çalışmaları yürüten bilim adamları bazı tehlikelerle karşı karşıyalar. Örneğin oldukça patojen mikroorganizmalara ya da toksik kimyasallara maruz kalabiliyorlar. Laboratuvar ve bilim insanı güvenliği önem arz ettiği için bazı çalışmalarda bu sorunların üstesinden gelmeye çalışılıyor. Şubat 2023’te yayınlanan bir çalışmada insanların kullandıkları akıllı sesli asistan teknolojisi laboratuvarı potansiyel olarak bulaşıcı numunelerle çalışan bilim adamları ve teknisyenler için daha güvenli hâle getirebilmek için kullanıldı. Geliştirilen sistem; örnek ön arıtma mikrosistemi, bir mikroakışkan çip, bir hava yönlendiricisi, hava pompası, motorlu basınç ve vakum hatları, altı adet solenoid valf ve bluetooth modüllü bir mikrodenetleyiciden oluşmakta. Bu çalışmada insan sesinin komutuyla ortamda bulunan ve tifoya sebep olan Salmonella typhimurium bakterisinin genomik DNA’sı, mikrosistemde bulunan çip üzerinde 1 dakikadan kısa sürede saflaştırıldı. Böylece araştırmacının patojene eli değmeden patojen tespit edilmiş oldu. (Hoang Khang Bui ve ark. “Function of the Speech Recognition of the Smartphone to Automatically Operate a Portable Sample Pretreatment Microfluidic System.” ACS sensors, 2023.)
Dolayısıyla bu buluş aynı zamanda salgınlarda ve diğer insan patojenlerinin tespitinde erken davranmak için önemli gözükmektedir.
Sonuç olarak
Canlı bilimleri, insan hayatına doğrudan etki eden potansiyele sahiptir. Ancak canlıların dâhil olduğu bilimlerde sınırlar her zaman doğru tespit edilemeyebilir. Bu bağlamda canlı bilimleri kapsamında gerçekleşen birçok yenilik, beraberinde birçok tartışmayı da getirmektedir. Bunların başında insan ırkının en üstün tutulması, hayvanların kullanımı, yapay organların elde edilmesi, yeni üreme teknikleri gibi konularda etik kaygılar bulunmaktadır. Dolayısıyla hayata her anlamda dokunan bilimin salt teknik anlayışla geliştirilmesi ve değerlendirilmesi yeterli değildir. Gelişen teknoloji ve bilim, mutlaka etik ve ahlaki mülahazalardan geçirilmeli ve böylece sosyal bilimler ucu bucağı olmayan canlı bilimlerinin tamponu olarak her daim başrolde olmalıdır.