yararlı mutasyonlar

Yararl Mutasyonlar

tanrivarmi.blogspot.com

Tanrlar zerine bilgi edinmekte aresizim;

ne var olduklar

ne de olmadklar,

ne de ne ekilde olduklar zerine...

[Protagoras]

tanrivarmi.blogspot.com

Tanr Var M?

Tanr Var M? Yararl Mutasyonlar

tanrivarmi.blogspot.com Sayfa 1

Deiinimler (mutasyonlar), canllardaki eitliliin ana kaynadr. Bir gendeki

deiinim, canlnn bulunduu ortamda yaama ve oalma ansn artryorsa

sonraki nesillerde daha ok canlya geerek o genin topluluktaki saysn artrr.

Bulunduu canlnn oalma ansn azaltan deiinimler ise daha az canlya

getikleri iin ayklanrlar. Yararl deiinimlerin birikmesi, zararl olanlarn

ayklanmas sayesinde, bulunduklar ortama daha iyi ayak uydurmu canllar

geliir.

Deiinim denince akla nce zararl etkiler gelse de birok yararl deiinim

vardr ve olumaktadr. Bu yazda nce bilim adamlarnca incelenmi yararl

deiinim rneklerinden drdn aktaryor, ardndan deiinimlerin molekler

temeli hakknda bilgi veriyorum.

Sitrik asit tketmeye balayan bakteriler

Yararl deiinimlere ilk rneimiz, Prof. Richard Lenskinin, laboratuvarda

gzlenmi bir deiinimi tarif eden uzun vadeli evrim deneyi: Bu deneyde, zetle,

balangta ortamdaki sitrik asiti enerji kayna olarak kullanamayan bakteriler,

hibir mdahale altnda kalmadan, kendiliinden deiinim geirerek bu

maddeden istifade edebilir hale geldi. 1

Bu deney 1988 ylnda, 12 zde Escherischia coli (koli basili) ekiniyle

balatld, yani bakteri deney boyunca bir deney tpnn iinde, kendisine uygun

bir ortamda yetitirildi. Her gn (yani 6-7 nesilde bir), eldeki bakterilerin yzde

onu yeni bir tpe aktarlrken, geri kalan yzde doksan pe atld. Yalnz her 500

nesilde bir, normalde pe gidecek bu yzde doksanlk ksm derin dondurucuya

kondu.

Bakterileri donuk ekilde saklamak, gerektiinde zp zerinde tahlil

yapmak mmkn olduundan, bakterilerin zaman iinde bir arivi tutulmu oldu.

Deney boyunca bu bakteriler, iinde az miktarda glukoz ve bol miktarda sitrik asit

bulunan sv ortamda yetitirildiler, ancak sitrik asiti kullanma imknlar

olmadndan yalnzca glukozla idare ettiler. Ne var ki, 33.127 nesil sonra tplerin

birindeki bakterilerin birden bire sitrik asiti kullanmaya baladklar fark edildi.

Bunun zerine aratrmaclar donuk bakteri arivlerini ap nceki

nesillerden bakterileri inceleyince grdler ki sitrik asiti kullanabilen bakteriler

1 Blount vd, 2008. PNAS 105:7899.



yaklak 31.500nc nesilde ortaya km, ve saylar biraz dalgalanp 33.127inci

nesilde patlam. Bu dalgalanmalar, bu bakterilerde tek bir deiinimin deil,

birden ok deiinimin bu yeni beceriyi saladna yoruyorlar.

Bakterilerin yaad fiziki artlar deney boyunca sabit olduundan ve bu

bakterilere yatay gen aktarmn engellemek iin hareketli genlerden arndrlm

ortamlar kullanldndan, bu sitrik asit kullanma becerisinin kendiliinden

meydana gelen deiinimlere bal olduundan eminler.

Lenski ve meslektalar imdi bu sitrik asiti kullanma becerisinin tam olarak

hangi genlerdeki deiinimlere bal olduunu ve bu genlerin hangi hcresel

dzenekler yoluyla yarar saladn aratryorlar.

Bulunduklar zeminin rengine uyum salayan fareler

kinci rneimizdeki aratrma,

ABDdeki bir kumulda ve etrafndaki

toprak blgede yaayan fareler

(Peromyscus maniculatus) zerinde

yapld.2 Bu farelerden, ak renkli

kumul zerinde yaayanlarn ak

renkli tylere, koyu renkli

topraklarda yaayanlarn ise koyu

renkli tylere sahip olduunu gren

Dr. Hopi Hoekstra ve meslektalar,

bu durumun farelerin yrtc

kulardan gizlenmelerini saladn ve dolaysyla bu uyumun yararl bir

deiinimin rn olduunu ngrdler.

Bunu snamak iin bu farelerin kaltm bilgisini incelediklerinde, bu

uyumdan tek bir gendeki (Agouti) deiinimin sorumlu olduunu buldular.

Yaptklar topluluk kaltm hesaplamalar bu deiinimin bundan 4.000 yl nce

meydana geldiini gsterdii iin, ve yerbilimsel almalar bu corafi blgenin

8.000-10.000 yl nce olutuunu gsterdii iin bu deiinimin farelerin buraya

g etmesinden sonra meydana geldii sonucuna vardlar.

2 Linnen vd, 2009. Science 325:1095.



Hoekstra ve ekibi bu deiinimin etki eklini de akla kavuturdu:

Deiinim, genin protein kodlayan ksmnda deil, o proteinden ne kadar

retileceini belirleyen ksmnda meydana geldi. Yani fare aslnda tamamen ayn

proteinleri retiyor ama daha fazla rettii iin koyu renkli pigment (tylere

rengini veren madde) azalyor ve tyler daha ak renkli oluyor. Hoekstrann

rencileri imdi bu deiimlerin DNAnn tam olarak neresinde meydana geldiini

bulmaya alyor.

Zehire diren kazanan sinekler

nc rneimizdeki almada ise Lucilia cuprina tr sineklerin zehire kar

direnlerinin bir nokta deiinimine balandn gryoruz.3 Bu zehir,

asetilkolinesteraz adl enzimi hedef alr, ona balanr ve onu grevini yerine

getirmekten alkoyar. Asetilkolinesteraz enziminin bu sinekteki karl E3

zerinde alan aratrmaclar, bu enzimden sorumlu olan geni incelediklerinde

be ayr nokta deiinimi saptadlar.

Bunlardan hangisinin veya hangilerinin bu direnten sorumlu olduunu

aratrrken, ipucu, ayn direnci gsteren baka bir sinek trnden (Torpedo

californica) geldi: Bu sinekler ayn direnci, bu be deiinimden yalnzca biri ile

elde etmilerdi. Ayrca, ancak bu deiinimle etkilenen amino asit, enzimin ilevini

deitirebilecek bir noktada yer alyordu.

Bunun zerine aratrmaclar bu deiinimlerle meydana gelen enzimlerden

hangisinin organofosfatlar paralayabileceini incelediler ve ngrdkleri sonucu

elde ettiler: Enzimin 137nci amino asiti glisinden aspartik asite dnm, bu da

GGT diziliminin GATye dnmesiyle olmutu (Bunun ne demek olduunu aada

anlatacam). Ve bu deiinim bu enzime kendini etkisizletiren zehiri paralama

zellii kazandrmt. Yani tek bir bazn deiimi bu sinekleri lmden

kurtarmt.

nsanlarda stma direnci

Drdnc ve son rneimiz, insanlarda Akdeniz kanszl (talasemi, AK) geninin

tayclarnda grlyor. Bir kromozomda belirli bir genin iki kopyas (alel)

bulunur, Akdeniz kanszl hastal, ilgili genin her iki aleli de deiinik olursa

3 Newcomb vd, 1997. PNAS 94:7864.



meydana gelir. Bu kiilerde alyuvarlardaki hemoglobin molekl grevini yerine

getiremez.

Bir deiinik, bir normal alel tayan

bireyler ise AKye yakalanmadklar gibi,

stma hastalna kar baka insanlarda

grlmeyen bir diren kazanrlar. Peki bu

diren nasl oluur? Baz uzmanlar, AK

genini tayan bireylerde stma

mikrobunun ya daha az oalma frsat

bulduunu ya da iinde yuvalandklar

arzal alyuvarlarn dalakta

paralanmasyla ldrldklerini

dnyorlar.

Bunun nasl olduuna henz kesin bir aklama getirilmemi olsa bile, bu

deiinimin yararl etkisi ortada: Stmann ok grld blgelerdeki AK

orannn, stmann grlmedii blgelere gre yksek olduu biliniyor. Belli ki

stmaya yakalanmaktan koruyan bir gen, belirli artlarda zararl olmasna ramen,

stma karsnda yarar salad iin o canlda barnabiliyor.4 Dolaysyla belirli

artlar altnda zararl olan bir deiinim, baka artlar altnda yararl olabilir.

Deiinimlerin molekler temeli

Deiinimlerin canlya yarar salayabileceini rnekleriyle grdk. imdi

deiinimin ne demek olduunu ve neden nemli olduuna deineceim.

Deiinim, bir canlnn kaltm maddesinde meydana gelen deiimlere

verilen isimdir. Bu kaltm maddesi, deoksi ribonkleik asittir (DNA). Eer bir

deiinim, canlnn reme hcrelerinde meydana geldiyse bir sonraki nesle

aktarlabilir, ancak dier vcut hcrelerinde meydana geldiyse sonraki nesillere

aktarlmaz.

DNA, karlkl iki baz dizisinden meydana gelir, bu nedenle ifte sarmal

olarak anlr. Bu bazlar, eker ve fosfat yapsndaki bir omurga zerinde yer alr.

Bir kolyenin taneleri nasl bir ipin zerine diziliyse, bu bazlar da omurgann

zerine yle dizilmilerdir. Drt eit baz vardr: adenin (A), timin (T), sitozin (C)

4 Stiehm, 2006. Pediatrics 117:184.



ve guanin (G). Bu bazlar dizilince, drt harfli

bir abeceyle yazlm gibi bir kod meydana

gelir. te bu dizi, canllardaki proteinlerin

yapmn kodlar. Proteinler de aslnda amino

asit adl birimlerin dizilmesinden oluur ve

hangi amino asitlerin nasl dizilecei

DNAdaki koda gre belirlenir.

Bu koda gre DNAda komu her

baz, bir amino asiti kodlar. Mesela timin-

adenin-timin (TAT) ls, tirozin adl amino

asiti kodlar. Bu kodun basama olduuna

gre ve her basamakta drt ihtimal olduuna gre, 4 x 4 x 4 = 64 muhtemel l

vardr. Buna karlk amino asit says yalnzca yirmi olduundan baz amino asitler

birden fazla, genellikle birbirine benzeyen ller tarafndan kodlanr. Mesel az

nce andm TAT dizisi gibi, TAC dizisi de tirozin amino asitini kodlar. Bu 64

lnn birka ise amino asit kodlamak yerine dur iareti verirler, bu iareti

gren hcre dzenekleri o proteinin yapmn sona erdirir.

Bu kod, deiinimlerin sonular asndan ok kritiktir. nk deiinimler,

DNAnn yaps zerindeki deiikliklerden kaynaklanr. Bunun en yaygn ekli, tek

bir bazn (ve ift sarmalda eletii bazn) deimesidir, buna nokta deiinimi

denir (ekil 3-2). Yani bir baz yerini dier bir baza brakr. Bazen de bir ya da

birden ok baz, eksilir ya da eklenir. Hatt bazen uzun DNA paralar eksilir,

oalr, veya yer deitirir. Bu fiziksel deiiklikler kadar nemli olan, bunlarn

yukarda bahsettiim kod uyarnca meydana getirdii anlam deiiklikleridir.5

Deiinimlerin etkileri

Bunu anlamak iin az nceki tirozin rneini ekil 4 eliinde yeniden ele alalm:

DNAnn rastgele bir yerindeki TAT lsne odaklanalm, bu lnn son baznda

bir deiinim meydana gelsin ve bu l TACye dnsn.. TAC ls, TAT ile

ayn amino asiti, yani tirozini kodlad iin proteinin yapsnda bir deiiklik

olmayacaktr.

5 Devoret, 2004. ELS (doi: 10.1038/npg.els.0001882)



kinci bir rnek olarak, yine

TAT lsyle meydana gelen

tirozin amino asitini ele alalm, ama

bu sefer bu lnn ikinci baz bir

deiinime urasn ve sonuta TCT

olsun. Bu deiinim, meydana

gelecek amino asiti deitirecektir

nk TCT ls serin adl amino

asiti kodlar. Dolaysyla ortaya

ncekinden az veya ok farkl bir protein ortaya kar. Bunun nihai etkisi ne olur?

Bu, duruma baldr.

Deien amino asit, ok kritik bir noktadaysa, o proteinin ilevini ok

derinden etkileyebilir. Bunu yukardaki sinek rneinde grmtk, tek bir baz

deiimi sineklerin hayatn kurtarmt. Ama amino asit o proteinin daha nemsiz

bir konumundaysa deiinimin etkisi daha az olur.

En az bunun kadar nemli olan, etkilenen proteinin ne derece nemli

olduudur, daha kritik proteinleri kodlayan genlerdeki deiinimler daha etkili

olur. Bu nedenle ok nemli proteinleri kodlayan genler, evrim sresince

dierlerinden daha az deimitir.

Son rneimiz iin yine TAT lsne dnelim ve bunu imdi de TAAya

evirelim. Bu l, yukarda deindiim, amino asit kodlamayan ama protein

retme dzeneine dur iareti veren llerden biridir.

Dolaysyla bu deiinim, bu proteinin retiminin burada durmasna,

proteinin sanki bu noktadan sonras makasla kesilmi gibi ksalmasna sebep

olacaktr. Bu da, bir nceki paragraftaki rnekler gibi, meydana geldii yere bal

olarak deiik etkilere sahip olabilir.

Yukardaki paragraftan grdmz gibi, tek bir bazn deiimi bile

deiik durumlarda deiik sonular meydana getirebilir.6 Bunun yan sra,

canlnn iinde bulunduu ortam da nemlidir: Mesel yukardaki sitrat tketmeye

balayan bakteriler, bu deiinimi sitrat bulunmayan bir ortamda geirselerdi bu

deiinim onlara o anda bir fayda salamayacakt.

6 Devoret, 2004. ELS (doi: 10.1038/npg.els.0001882)



Yine yukarda grdmz gibi, bir bireyde tek bir kopyas bulunan

Akdeniz kanszl geni, stma tehlikesi bulunan blgelerde bir avantaj salar,

ancak stmann grlmedii blgelerde byle bir avantaj sz konusu deildir.

Sonu

Yararl deiimler doada mevcuttur. Bunun iin elimizde hem kontroll

laboratuvar deneylerinden, hem doadaki hayvanlarn kaltmsal incelemesinden,

hem de insanlara ait klinik verilerden gelen deliller var. Deiinimlerin etkisiz

olabileceini, bir deiinimin bir canlya etkisinin, ncelikle proteinleri nasl

deitirdiine, hangi proteinleri deitirdiine, ve evresel artlara bal olduunu

da biliyoruz.

Bu deikenlere gre canlnn evreye uyumunu artran deiinimler,

kendileri de dahil olmak zere o canlnn genlerinin yaylmasn salarlar. Nesiller

boyunca bu ekilde biriken yararl deiinimler, evrelerine daha uyumlu

canllarn evrimini salamtr ve salamaktadr.

yararlı mutasyonlar

Documents