DNA'nın Keşfi ve İşlevi

Ünlü Alman patolog ve aynı zamanda liberal bir politikacı olan Rudolf Virchow (1821-1902) dikkatleri hücreler üstüne çeken ilk bilim insanları arasındadır. 1848 ihtilaline olan katkılarından dolayı Berlin'den Wuzburg'a sürülmüş, daha sonra "Kalkınma Partisi" adıyla kendi partisini kurmuş ve 1860 yılında Prusyalı liberaller parlamentosuna seçilerek karşıt görüşteki politikacı Otto von Bismarck ile şiddetli anlaşmazlıklar yaşamıştır. Politikadaki radikalliğini bilim alanında da devam ettirmiş ve radikal buluşlara imza atmıştır. İltihaplı bölgeden alınan hastalıklı hücrelerin kendiliğinden var olmadığını, kan dolaşımındaki sağlıklı hücreler olan beyaz kan hücrelerinden türediğini iddia etmiştir.

Virchow hücreler ile ilgili çalışmalara odaklanırken, hücre çekirdeğinin kalıtımsal bilgiler içeriğini öne süren 1866'da Ernst Haeckel olmuştur.

Friedrich Miescher'in İltihaptaki DNA'yı Keşfi

1866 yılında, genç bir hekim olan Friedrich Miescher, basit insan hücrelerinin biyokimyası üstünde yapılan çalışmaların büyük ufuklar açacağına inancıyla Tübingen'deki fizyolojik kimya laboratuvarına çalışmaya gitmişti. Her cerrahi yaranın bandajında bulunan iltihabın, incelenecek hücreleri bulmak için güzel bir kaynak olduğunu düşündüğünden, bu bandajlardaki iltihapları kullanmaya başlamıştı. Bir bandajdaki beyaz kan hücrelerini yıkadığı sırada, alkalik çözeltinin, hücre çekirdeğini şişirip patlattığını ve çözeltide yeni bir kimyasal şekil oluşturduğunu gördü.

İrin içindeki beyaz kan hücrelerinde proteinlerden ayrı olarak asit karakterde bazı maddelerin de varlığını ortaya koymuş ve bir yıl geçmeden, bu keşfettiği yeni kimyasalın, birçok dokudaki hücre çekirdeğin de olduğu gibi maya mantarında da bulunabileceğini öne sürmüştür. Bu kimyasala, hücre çekirdeğinde keşfedildiğinden dolayı çekirdek asidi anlamına gelen "nükleik" adını vererek, bu nükleiklerin, karbon, hidrojen, oksijen, nitrojen ve fosfor elementlerinden oluştuğunu belirtmiştir.

Fransa-Prusya Savaşı'nın patlak vermesi ve bencil profesör Felix Hoppe-Seyler'in çeşitli entrikaları yüzünden Miescher'in kitabının yayımlanması 1871 yılına kadar ertelenmiştir. 1871'de, Hoppe-Seyler'in hazırladığı bültende Hoppe Seyler'in Tıbbi Kimya Notları başlığıyla yayınlandı. Buna rağmen, nükleik asidi keşfedenin Miescher olduğu açıktır.

DNA Tasarımının Anlaşılması

Bununla birlikte zoolog Oscar Hertwig, bu nükleik asidin, kalıtımın aktarılmasından sorumlu kimyasal olduğunu 1884 yılında öne sürse de, nükleik asitlerin (Deoksiribonükleik asit [DNA] ve Ribonükleik asitlerin [RNA]) karmaşık yapısı ve bunların taşıdığı önem yıllar sonra anlaşılmıştır. 1909 yılında ise (şimdi Rockefeller Üniversitesi olan) Rockefeller Tıbbi Araştırmalar Enstitüsü'nden, 1891'de ırk zulumü yüzünden Rusya'ya sığınan bir Yahudi olan Phoebus Levene'in başkanlığındaki bir grup, nükleik asitlerin yapısında pentoz şekerin bulunduğunu açıklamıştır.

1920'li yıllarda ise DNA'da, bir oksijen atomu eksik olan bir riboz türü (yani riboz şeker) olduğu keşfedilmiştir. Böylelikle 1920'lerin sonlarına kadar sperm hücrelerinin DNA torbaları oldukları ve DNA'nın fosfat grupları ile birbirine bağlanan deoksiriboz dizileriyle birleştiği ve her şeker molekülünün, yapısındaki bazlarının türlerine göre dört kısıma ayrılan pirimidin nükleotidler (timin [T] deoksiriboz nukleotid ve sitozin [C] deoksiribonukleotid) ile pürin nükleotidlerden (adenin [A]deoksiribonukleotid ve guanin [G] deoksiribonukleotid) oluştuğu ve bunların tekrar eden sıralar şeklinde art arda dizildiği çoktan ortaya çıkmıştı.

Peki, art arda GCAT GCAT şeklinde dizilen bu tasarımların taşıdığı bu mesaj, tüm canlıların anahtarını oluşturan bir düzenek için oldukça basit kaçmıyor mu? Bu sorunun cevabını DNA'nın işlevini bulan Oswald Theodore Avery'ye bırakalım isterseniz.

Oswald Avery: DNA'nın İşlevi

DNA'nın insanoğlu için taşıdığı hayati önemi herkes bilir. DNA molekülü yeryüzündeki yaşamın en önemli anahtarıdır. Sizi, beni, tüm hayvanları, bitkileri, bakterileri ve adını bilmediğimiz birçok canlıyı tanımlar: Yaşayan bir şey varsa, o DNA'nın denetimindedir. Her biyomedikal araştırmacının hayal gücünü zorlar ve çalışmalarının odak noktasını oluşturur.

Nükleik asidin 1871'de keşfine rağmen, Oswald Theodore Avery ile genç meslektaşları Colin Macleod ve Maclyn McCarty, DNA'nın, genlerin özünü oluşturan kalıtımsal bir madde olduğunu 1944 yılında öne sürene kadar DNA pek önemsenmiyordu.

Avery, bu fikri öne sürdüğünde 67 yaşında ve Rockefeller Enstitüsü'den emekli olmuş bir profesördü. 1949 yılında Nashville'e yerleşerek 1955'te hayatını kaybedene kadar gözlerden uzak bir hayat sürmüştür. Peter Medawar, Avery'nin buluşunu, 20. yüzyılın en ilginç ve en mucizevi biyolojik deneyi olarak yorumlamıştır. Genetik bilimine katkılarından dolayı 1958'de Nobel ödülünü kazanan Joshua Lederberg ise bu buluşu modern DNA araştırmalarının temeli olduğunu kabul edip genetik ve biyomedikal bilimde gerçeklesecek moleküler devrimin habercisi olarak görmüştür.

1866 yılında sperm hücresinin, hareketli bir çekirdekten öte olduğu çoktan anlaşılmıştı. Bununla birlikte Alman zoolog ve felsefeci Ernst Haeckel, kalıtımsal bilgiyi taşıyan maddenin hücrelerin çekirdeklerinde bulunduğunu öne süren fikrini Charles Darwin'le paylaşmıştı. 1880'lere gelindiğinde ise yumurtanın bir sperm tarafından delinip içeride iki hücrenin çekirdeklerinin eriyerek yeni bir çekirdek oluşturduğu mikroskopla incelenmiş ve betimlenmiştir.

DNA'nın Öneminin Anlaşılması

Yani DNA'nın keşfinden çok kısa süre sonra spermlerin bir miktar basit protein ve daha çok DNA içerdikleri anlaşılmıştır. Aslında DNA maddesinin kalıtımdan sorumlu olduğu, daha önce birçok kişi tarafından ortaya atılmış olsa da bu fikirlerin hiçbiri kanıtlanamamıştı. Başka bir deyişle DNA'nın yapısı o kadar basit olarak görülmüştü ki, kalıtım için gerekli olan karmaşık bilgileri bu basit yapının taşıyamayacağı düşünülmüştü. Diğer yandan proteinler oldukça önemsenmekteydi; yapısal olarak karmaşık ve hormonal olarak birçok karışık bilgiyi taşıdıkları bilinmekteydi.

Aslında kalıtımsal bilgileri taşıyan proteinler olduğu ve hücre çekirdeklerinde, kopyalanabilen şablonlar olarak işlev gören her çeşit proteinin bulunduğu fikri hakimdi. Çekirdeklerde sadece birkaç basit protein bulunsa da, protein kimyası alanındaki gelişmelerin coşkusu, Avery'nin pnömokok bakterilerde (insanda ve diğer memelilerde zatürree hastalığına yol açan bakteriler) DNA'nın genetik şifreyi taşıdığını gösterdiği tarihe kadar, proteinleri bu konunun odak noktasına yerleştirmişti.

1920'li yıllara gelindiğinde İngiltere Sağlık Bakanlığı'ndan bakteriyolog Fred Griffith, bazı pnömokok bakteriler hastalıklara yol açarken diğerlerinin neden zararsız olduğu sorusuna cevap bulmaya çalışıyordu. Bununla birlikte bazı bakterilerin düzgün (S) bazı bakterilerin ise pürüzlü (R) kümeler içinde ürediğini gözlemlemiştir. S kümesindeki bakteriler şekerle kaplı ve genellikle öldürücüyken R kümesindeki bakteriler genellikle zararsızdı. Griffith, pnömokok bakterilerindeki S kümesini ısıyla etkisiz hale getirdiğinde, bunların da zararsız olabileceğini gördü. Fakat etkisiz S kolonisi ile canlı fakat zararsız R kolonisi karışımını farelere enjekte ettiğinde, bu karışımın farelerde S kolonisine benzer öldürücü bir etki gösterdiğine şahit oldu. Bununla birlikte ölen hayvanların kanında, S tipi canlı pnömokoklar bulundu.

Oswald Avery'nin Unutulması

Peki bu zararsız R tipi bakteriler nasıl olup da ölümcül S tipi organizmalara dönüşmüştü? Bu dönüşüme neden olan etken neydi? Tüm bu sorular cevapsız kaldı. O tarihlerde pnömokokal enfeksiyonlar ölümlere yol açtığından, bu konunun aydınlığa kavuşturulması klinik tıp için oldukça önem kazanmış ve aynı zamanda genetik bilimini de ilgilendirmeye başlamıştı. Bakteri oldukça hızlı ürediğinden kalıtımsal çalışmalar için de bir malzeme olmuştu.

1935 ile 1944 yılları arasında, Avery ve ekibi, S kümesinde transformasyona neden olan elemanın, S kümesine düzgün görüntü veren şeker, yağ ya da protein tabakasından oluşmadığını öne sürmüş ve S kümesi, tüm bu protein, şeker ve yağlardan uzaklaştırıldıktan sonra geriye kalan özütün (R kümesinden pnömokokları S kümesine dönüştüren elemanın) sadece nükleik asitten oluştuğunu görmüşlerdir. Bu nükleik asit üstünde yaptıkları sonraki kimyasal analizler sonucunda, transformasyon kapasitesinin RNA'ya değil sadece DNA'ya ait olduğunu keşfetmişlerdir.

Böylelikle, geleceğin modern DNA araştırmaları için gerekli zemini hazırlamışlardır. Ama ne yazık ki Nobel Ödül Komitesi, bunun ne denli önemli olduğunu kavrayamamış ve Oswald Avery ismi unutulup gitmiştir.

DNA'nın Keşfi ve İşlevi Hakkında Sık Sorulanlar