Laboratuvarda minimal bakteri hücresi yapıldı!

Yaşamın en temel birimi hücredir. Mikoplazma türleri yeryüzünde bilinen ve kendi kendine büyüyebilen en basit hücrelerdir. Mikoplazma ismi kulağımıza biraz yabancı gelebilir. Aslında Mikoplazmanın bazı türlerini sebep oldukları enfeksiyonlar nedeniyle oldukça yakından tanıyoruz.  Mikoplazma türlerinden Mycoplasma pneumonia isimli bakteri türü zatürreye sebep olmakta. Mikoplazma hücrelerinin üzerinde bir hücre duvarının bulunmayışı, penisilin gibi hücre duvarı üzerinde işlev gören antibiyotikleri bu bakterileri yok etmede etkisiz kılmaktadır.

Science dergisinin 25 Mart 2016 tarihli sayısında  yayımlanan çalışma ile Venter, Hutchison ve arkadaşları, kendi kendini çoğaltabilen sentetik minimal bir genoma sahip bakteri hücresi yapmayı başardığını dünyaya duyurdu1. Çalışmanın yürütücülerinden Craig Venter kendi kurduğu Celera Genomics şirketi ile farklı ülke hükümetlerinin konsorsiyumu olan İnsan Genomu Projesi (HUGO) ile hemen hemen eş zamanlı bir proje yaparak, insan genomunu dizilemeyi başardı.  
Bu yeni araştırmanın temelleri aslında 1984 yılında atılmış. 1984’de, Morowitz yaşamın temel prensiplerini anlamak üzere, model organizma olarak Mikoplazma cinsinin kullanılabileceğini öne sürdü.

1995 yılında Venter’in başını çektiği grup, çeşitli hastalıklara neden olan Haemophilus influenzae ile Mycoplasma genitalium bakterilerinin tüm genom dizilerini çıkarmayı başardı. Haemophilus influenzae’da 1815 gen, Mycoplasma genitalium’da ise 525 gen bulunmaktaydı. Bu iki bakterinin genleri karşılaştırıldığında yaklaşık 250 tane temel gen olduğu bulundu. Grup, 1999 yılında, Mycoplasma genitalium’a ait bazı genleri özel bir yöntem geliştirerek sildi ve  bu çalışmalar sonucunda bu bakterinin laboratuvar ortamında büyümesi ve gelişmesi için gerekli olmayan çok sayıda  gene sahip olduğunu gösterdi. 2010 yılına gelindiğinde ise grup, bütün bir mikoplazma genomunu kimyasal sentez yolu ile laboratuvar ortamında üretmeyi başardı. Bütün bu çalışmaların tek bir hedefi vardı: O da daha az sayıda gen içeren, laboratuvar ortamında kendi kendine büyüyebilen, gelişebilen ve bölünebilen minimal sentetik bir bakteri hücresi yaratmak. 2016 yılına gelindiğinde ise grup bu hedefe ulaştı.

Mycoplasma genitalium yerine daha hızlı büyüyen Mycoplasma mycoides türüne ait genom kullanıldı başlangıç için. Mycoplasma mycoides’in 1 milyon 79 bin harften (bazdan) oluşan genomu, kimyasal sentez ve gen silinmesi yoluyla 531 bin harfe düşürüldü. Bu 531 bin harflik genom 473 farklı geni içermekte idi.  Bu minimal sentetik genom, başka bir Mycoplasma türüne nakledildi ve genom nakli sonucu bu hücrelerin işlevsel oldukları ve şekil olarak Mycoplasma mycoides’e benzedikleri görüldü. Bu sentetik hücrenin içerdiği gen sayısı en basit hücre olarak bilinen Mycoplasma genitalium’dan bile azdı. Minimal sentetik genomdaki bu genlerden yaklaşık üçte birinin işlevi henüz bilinmiyor. Ancak bu genlerin yaşam için gerekli temel genler ya da temel genler gibi işlev gören genler olduğu bilinmekte. Venter ve grubunun çalışması, yaşamın temellerinin, canlılığı oluşturan mekanizmaların anlaşılmasına büyük bir katkı sunmakta. Bu süreçte geliştirilen yöntemler ve hücreler, bizi sentetik yaşama bir adım daha yaklaştırıyor.

1 C. A. Hutchison, R.-Y. Chuang, V. N. Noskov, N. Assad-Garcia, T. J. Deerinck, M. H. Ellisman, J. Gill, K. Kannan, B. J., Karas, L. Ma, J. F. Pelletier, Z.-Q. Qi, R. A. Richter, E. A. Strychalski, L. Sun, Y. Suzuki, B. Tsvetanova, K. S. Wise, H. O., Smith, J. I. Glass, C. Merryman, D. G. Gibson, J. C. Venter. Design and synthesis of a minimal bacterial genome. Science, 2016; 351 (6280): aad6253 DOI: 10.1126/science.aad6253.