Doğal olmayan seçilim*

Frances Arnold’ı hatırlarsınız. 2018 yılında yönlendirilmiş evrim çalışmalarıyla, kimya alanında verilen Nobel Ödülünü almıştı. Arnold ve Caltech’teki araştırma grubunun son çalışmaları Nature dergisinin mektuplar kısmında 2019’un ilk günlerinde yayımlandı¹.  

Nature dergisi, 1869 yılında, yani 150 yıl önce yayın hayatına merhaba demişti. Bu vesileyle Nature’ın 150. yılını da kutlamış olalım.

Arnold ve ekibi, sitokrom P450 enzimini laboratuvar ortamında evrimleştirip bakteriye aktararak enzimin daha önce yapamadığı/katalizleyemediği bir tepkimeyi gerçekleştirmesini sağladılar. Sitokrom P450 enzimi hücre metabolizması açısından önemli bir protein. İnsan karaciğer hücrelerinde de yoğun olarak bulunuyor ve çok çeşitli maddelerin ve kimyasalların yapım ve yıkımından sorumlu. Örneğin steroid hormonları, kolesterol ve diğer yağ asitlerinin ve yağları sindirmekte kullanılan safra asitlerinin sentezinden sorumlu bu enzim ailesi.  Ya da kullanılan alkol, ilaçlar ve vücuda zararlı toksinlerin hücrelerde yıkılarak zararsız hale getirilmesinden de sorumlular. İnsanda yaklaşık 60 tane sitokrom P450 geni bulunuyor. Hücre içinde mitokondri ve endoplazmik retikulum gibi organellerde yoğun olarak bulunuyor bu enzim ailesi².

Organik moleküllerin sentezinde karbon-hidrojen bağlarının, enzimler yardımıyla karbon-karbon bağlarıyla değiştirilmesi (karbon-hidrojen alkilas-yonu) çekici bir strateji olarak görülüyor. Arnold ve ekibi ilk olarak bir çok farklı organizmaya ait demir bağlayan enzim ve enzim varyantlarının (Mutasyona uğratılmış enzimler) karbon-hidrojen bağı yerine karbon-karbon bağı yapabilme yeteneklerini test etti. Enzimleri kodlayan genler E. coli bakterisine aktarıldı ve bakterinin ürettiği rekombinant enzimlerin bu tepkimeyi gerçekleştirip gerçekleştiremediği test edildi. Test edilen çok sayıdaki demir taşıyan enzimden yalnızca iki tanesi olumlu sonuç verdi. Bunlardan biri, Bacillus megaterium bakterisinin sitokrom P450BM3 ailesinden sitokrom P411s31 isimli enzimiydi. Bu enzimin yabani tipinden 18 farklı mutasyon taşıyan bir varyantının karbon-hidrojen alkilasyo-nunu gerçekleştirebildiği gözlendi. Rhodothermus marinus bakterisinin nitrik oksit dioksigenaz enziminin tek mutasyon taşıyan bir varyantının da tepkimeyi ilkine göre neredeyse yüzde 50 daha az verimle gerçekleştirdiği bulundu. Sitokrom P411s31 enziminin varyantları, yönlendirilmiş evrim ile daha fazla mutasyona uğratılarak enzimin katatilitik aktivitesi ve seçiciliği daha da arttırılarak doğada enzimler tarafından katalizlenmeyen (En azından biz bilmiyo-ruz böylesi bir doğal enzimin varlığını) bir tepkimeyi gerçekleştiren yapay en-zimler elde edildi.

Bilimciler doğadan öğrenerek, yönlendirilmiş evrim konusunda doğanın ve laboratuvarın sınırlarını zorlamaya devam ediyor!

* Nature dergisinin haber başlığından alınmıştır
1- https://www.nature.com/articles/s41586-018-0808-5
2-https://ghr.nlm.nih.gov/primer/genefamily/cytochromep450