Havadaki DNA
Görsel:Science Direct
Bildiğiniz gibi DNA, canlılarda ortak olarak bulunan kalıtsal materyaldir. Organizmanın ortaya çıkışını ve yaşamını sürdürmesini sağlayan bilgi bu kalıtsal materyalde kodlanır. İşte bu DNA dizilerindeki farklılık, büyük oranda bugün türler arasında gözlediğimiz farklılıkların esas sebebidir. Tür içindeki bazı farklılıklar dahi DNA dizilerine bakılarak anlaşılabilir. Örneğin iki insan arasında bile DNA dizileri bakımından ortalama yüzde 0.1’lik bir fark bulunduğu biliniyor. 2015’te yapılan bir çalışma, bir genomun referans insan genomundan farkının yüzde 0.6 olduğunu gösterdi[i]. İnsan genomu ile şempanze genomu arasında yaklaşık yüzde 2’lik bir fark olduğu biliniyor.
Çevresel DNA, kısaca eDNA ise bir organizmanın çevreye yaydığı DNA’dır. Bu DNA, hücre çekirdeği ya da hücrenin organellerinden biri olan ve kendi DNA’sı bulunan mitokondri kökenli olabilir. Çevreye salgılanan dışkı, mukus ve gametler; değiştirilen deri parçaları, saç ve kıl gibi döküntüler ve leşler, çevresel DNA’nın en önemli kaynaklarıdır. Çevresel koşulların bu DNA’ların dayanımını etkileyebildiği biliniyor.
Çevresel DNA yaklaşımı esasında 1980’lerde ortaya çıkmaya başlayan metagenomik yaklaşımından köken alıyor. Metagenomik yaklaşımında sudan, tortulardan ya da toprak örneklerinden yola çıkarak, buralarda yaşayan mikroorganizma topluluklarının biyolojik çeşitliliği ve evrimleri çalışılıyor. eDNA yaklaşımının ilk defa deniz yataklarındaki mikrobiyoloji çalışmalarında kullanıldığı ve fitoplankton patlamalarını takip etmek üzere kullanıldığı biliniyor. Bu yaklaşımın, daha büyük organizmalar için kullanılması 1998 yılında oldu. Genetiği değiştirilmiş, yani transgenik tütün DNA’sının üç yıl boyunca toprakta kalabildiği bu çalışma ile gösterildi. eDNA paleoekoloji çalışmalarına da uygulandı ve 1999 yılında Grönland’ın kuzeyinde 2000 ve 4000 yaşındaki iki buz kütlesinden elde edilen eDNA, bu buz kütlelerinde, 57 farklı mantar, bitki, alg ve protist taksasının bulunduğunu gösterdi[ii].
Geçtiğimiz hafta Current Biology dergisinde yayımlanan iki bağımsız çalışma, çevresel DNA’nın havadan da elde edilebileceğini ve havanın toplandığı bölgedeki omurgalı çeşitliliğini[iii] ve biyoçeşitliliği[iv] yansıtabileceğini gösterdi. Araştırmacılar, yerel bir hayvanat bahçesini örnek toplama alanı olarak seçerek buralara havalandırma vantilatörlerine bağlı filtre mekanizmaları yerleştirdiler. Vantilatörler havayı çekerken filtreden geçirirken, buradaki süzme işlemi ile de filterelere takılan, havadan gelen biyolojik artıklar toplandı. Hayvanat bahçesinde örneklemin yapılması, doğal türler ile o bölgeye ait olmayan türlerin ne kadar eDNA’ya yansıdığının belirlenebilmesi açısından tercih edildi.
Toplanan filtreler yıkanarak DNA saflaştırıldı ve dizileme işlemi sonrasında biyoenformatik yöntemlerle, bulunan türler belirlendi. Her iki çalışma sonucunda, araştırmacılar hem hayvanat bahçesindeki, hem de yakın bölgelerde özgürce yaşamakta olan yaban türlerini tespit etmeyi başardı. Londra’da yürütülen çalışma, 25 farklı memeli ve kuş türüne ait DNA’yı tespit edebildi. Bunlardan bir tanesi de İngiltere’de nesli tehlike altında olan Avrasya kirpisiydi. Kopenhag’da yürütülen diğer çalışmada ise 49 farklı omurgalı canlı türü tespit edildi. Bunlar arasında memeliler, kuşlar, sürüngenler, amfibiler ve balık türleri vardı. Okapi ve armadillo gibi hayvanat bahçesinin üyeleri ile tropik binada bulunan minik göldeki lepistese ait DNA da tespit edilebildi. Bunun yanı sıra, bölgede yaşayan sincap, fare vb. yaban türleri de tespit edildi[v].
Alandaki çalışmalar, 20-22 yıl önce çevreden toplanan katı-sıvı örnekler ile yürütülürken, bugün havadan filtreleme yoluyla eDNA elde ederek çeşitliliği belirleyecek muazzam bir hassasiyete gelmiştir. Havada DNA miktarlarının oldukça az olması sebebiyle, bu sürecin zor olduğunun da altını çizmek gerekir.
[i] Auton A, Brooks LD, Durbin RM, Garrison EP, Kang HM, Korbel JO, et al. (October 2015). "A global reference for human genetic variation". Nature. 526 (7571): 68–74. Bibcode:2015Natur.526...68T. doi:10.1038/nature15393. PMC 4750478. PMID 26432245.
[ii] Pinakhina D.V., Chekunova E.M. Environmental DNA: history of studies, current and perspective applications in fundamental and applied research // Ecological genetics. - 2020. - Vol. 18. - N. 4. - P. 493-509. doi: 10.17816/ecogen25900
[iii] Christina Lynggaard, Mads Frost Bertelsen, Casper V. Jensen, Matthew S. Johnson, Tobias Guldberg Frøslev, Morten Tange Olsen, Kristine Bohmann. Airborne environmental DNA for terrestrial vertebrate community monitoring. Current Biology, 2022; DOI: 10.1016/j.cub.2021.12.014
[iv] Elizabeth L. Clare, Chloe K. Economou, Frances J. Bennett, Caitlin E. Dyer, Katherine Adams, Benjamin McRobie, Rosie Drinkwater, Joanne E. Littlefair. Measuring biodiversity from DNA in the air. Current Biology, 2022; DOI: 10.1016/j.cub.2021.11.064
Evrensel'i Takip Et