İnsan vücudunda hastalıkların emrini veren 3600 şalter keşfedildi.
Güvenme DNA’na, bir şalter yeter
Almanya ve Danimarka’dan bir grup araştırmacı, insan bedeninde, bilim dünyasının şimdiye dek bilmediği 3600 ‘hastalık şalteri’ tanımladı. Protein aktivitelerini kontrol eden ve en az genler kadar önemli olan bu şalterler, yaşlanma, kanser, alzheimer ve parkinson gibi hastalıkların başlangıcı ve tedavisinde adeta ‘on’-‘off’ düğmesi gibi görev yapıyor. Araştırma ekibinin başkanı Prof. Matthias Mann Yeni Aktüel’in sorularını yanıtladı.
ÜRÜN DİRİER, urun.dirier@aktuel.com.tr
İnsan genomunda saptanan toplam gen sayısının 25-30 bin civarında olduğu ortaya çıkınca pek çok kişi şaşırıp dudak bükmüştü: “Hepsi bu kadar mı?” Bu soruya bir hikaye ile cevap verelim. Çin imparatoru kendisine satranç oynamayı öğreten Brahman rahibe “Dile benden ne dilersen” der. Rahip “Satranç tahtasının 64 karesi var. Birinci kareye bir pirinç tanesi koyun. Yanındaki kareye birincinin iki katını, üçüncü kareye ikincinin iki katını. Her bir kareye bir öncekinin iki katı kadar pirinç koyun ve o pirinçleri bana verin” der. İmparator bu basit isteğe kızar ve vezirine “Şu sefile ne istiyorsa verin” deyiverir. Sarayın tüm saymanları bir araya gelirler ama bir türlü rahibin istediği pirinç sayısını hesaplayamazlar. Sonunda görürler ki Çin’deki bütün ambarları hatta gelecek yılın ürününü de toplasalar rahibin isteğini karşılayamıyor. Çünkü matematiksel olarak 2 üzeri 63 olarak ifade edilen hesaba göre rahip 184 milyar tondan fazla pirinç istemiştir. Yuvarlak hesap yapabilmek için 100 pirincin 1 gram geldiğini varsayalım. Dolayısıyla 1 kilogram pirinç için 100 bin pirinç gerekir. Bu, bir ton pirinç için 100 milyon pirinç demektir. Satranç tahtasındaki pirinç sayısı ise 18 446 744 073 709 551 615. Bu rakamı 100 milyona bölünce ortaya çıkan 184 milyar küsur ton pirinç olur.
Epigenetik, olasılıklar ve zaman
Kıssadan hisse, püf nokta insan ansiklopedisini meydana getiren harflerin toplam sayısı yani gen sayısı değil, okumaya ansiklopedinin hangi sayfasından ve hangi yöne doğru, hangi kurallarla ve ne zaman başlandığıdır. Yani olasılıklar ve zaman! Zaten bilim dünyası da artık genlerden ziyade bu olasılıklar üzerinde çalışıyor. Aşağı yukarı 10 yıllık bir geçmişi olan bu çalışma alanının adı epigenetik yani ‘üst-gen bilim’. Epigenetik, bilim insanlarının belli başlı genetik faktörlerle pek çok yaygın hastalık arasında bağ kurmakta zorlanmasından dolayı son yıllarda yükselişte. Epigenetik, DNA dizisindeki değişikliklerden ve DNA mutasyonlarından kaynaklanmayan gen ifadesi (genlerin protein yapısına dönüşmesi süreci) değişikliklerini inceleyen bir bilim dalı. Basitleştirecek olursak, genleri bir heykel kalıbına, vücudumuzun en önemli yapıtaşlarından olan proteinleri de heykellere benzetebiliriz. Kalıp aynı olmasına rağmen ortaya çıkan heykeller birbirinden farklıdır. İşte epigenetik bu farklılıkları ve nedenlerini inceliyor. Yanıtlamaya çalıştıkları arasında, ‘tamamen aynı genetik yapıya sahip tek yumurta ikizlerinin nasıl olur da hastalıklara genetik yatkınlıkları farklı olur?’, ‘strese maruz kalan bitkiler, genetik yapıları değişmemesine rağmen gen ifadelerini değiştirerek değişen ortama nasıl adaptasyon sağlarlar?’ ve ‘çevremiz, yaşam tarzımız gen ifademizi değiştirebilir mi?’ gibi sorular vardır.
Yaşam kitabının modifiye ayraçları
Toparlarsak, pirinç hikayesi gibi eldeki mevcut az sayıdaki genden, yaşamsal faaliyetlerimizi sürdüren sayısız proteinin üretilebilmesi de ancak çarpanlarla (hikayedeki iki katı çarpanı gibi) mümkün. Bu çarpanlara moleküler biyoloji ve genetikte modifikasyon deniyor. Bir otomobilin modifiye edilmesiyle hemen hemen aynı şey. Bu modifikasyonlardan bir tanesi de lizin asetilasyonu. Yani bir proteini oluşturan 20 tür aminoasitten biri olan lizine, asetil grubu kimyasallarından birinin eklemlenmesi. Bu eklemlenmeyi ansiklopedi sayfalarının arasına ‘bu sayfadan başla’ işareti anlamına gelen bir kitap ayracı sıkıştırmak olarak ifade edebiliriz. Ya da bir Agatha Christie romanı okuduğunuzu düşünün; eğer katilin kim olduğu ilk sayfalarda ortaya çıkar, gizemli cinayet ise son sayfada anlatılırsa o kitabı okumanın hiçbir anlamı kalmaz değil mi? Romandaki kelimelerin toplamını bir DNA’ya benzetirsek, asetilasyonu da her bir kelimenin hangi sırayla okunacağının kurgusunu yapan roman yazarına benzetebiliriz. Kelimelerin sırasını değiştirerek kaç yüz ya da bin tane farklı kitap yazabiliriz siz düşünün!
Hastalıkları durduracak şalterler
Esas haberimize gelelim şimdi. Danimarka Kopenhag Üniversitesi Novo Nordisk Protein Araştırmaları Merkezi ve Almanya Max Planck Biyokimya Enstitüsü’den bir grup araştırmacı, insan bedenindeki hücrelerde bulunan 1750 tür proteinde, bilim dünyasının şimdiye dek ancak birkaç yüz tanesini bildiği 3600 ‘lizin asetilasyonu’ tanımladı ki kendileri bunları ‘moleküler şalter’ olarak isimlendiriyor. Protein aktivitelerini kontrol eden bu şalterler, yaşlanma, hastalık başlangıcı ve tedavisinde adeta ‘on’-‘off’ düğmesi gibi görev yapıyor. Zamanında ve düzgün çalışmadıklarında hastalıklara yol açıyor. Başkanlığını Prof. Matthias Mann’in yaptığı araştırma ekibinin bulduğu bu şalterler sayesinde artık, ilerleyen yıllarda kanser, alzheimer ve parkinson gibi hastalıklar daha başlangıç aşamasındayken durdurulabilecek. Ayrıca bu şalterlerin hareketleri takip edilerek hastaya doğru ilacın verilmesi sağlanarak, verilen ilacın hastalığı tedavi edip etmediği de (yani hastalığa sebep olan bozulmuş protein aktivitesinin düzeltilip düzeltilmediği de) kolaylıkla gözlemlenebilecek ve insan bedeni ilaç çöplüğüne dönmekten kurtulacak. Temmuz ayında tanıtılan ve bilim dünyasında büyük yankı uyandıran bu çalışma için ‘tedavi kavramına yeni bir bakış açısı getirdi’ deniyor. Araştırmacıların ‘mass spectrometry’ denen çok ileri ve hassas bir teknoloji kullanarak ortaya çıkardığı ve haritaladığı moleküler şalterler, kabaca genetik kodun okunabilmesinde ve bu koddan alınan bilgilerin oluşturduğu proteinleri modifiye ederek kullanışlı hale getirilmelerinde bir tür aç-kapa düğmesi ya da ‘şu bölümü oku’ işareti veren kitap ayracı görevi görüyor. ‘İnsan genomu projesi’nde de kullanılan ‘mass spectrometry’ teknolojisi, moleküllerin ağırlığını tespit etme temeline dayanıyor.
Herkesin lise biyoloji derslerinden hatırlayacağı gibi, hücre işlerinin büyük bölümünü proteinler yürütüyor. Vücut dokularını ve organlarımızı oluşturan proteinler, insan vücudunda büyüme, gelişme, açılan yaraların tamir edilmesi, sindirim, sıvı-tuz dengesinin sağlanması, zeka gelişmesi, adalelerin kasılarak hareketin sağlanması gibi temel hayati unsurlarda başrol oynuyor. Kan serumundaki katı maddelerin en önemli kısmı da yine proteinden oluşuyor. Proteinler bir araya gelerek vücuttaki faaliyetleri hızlandıran enzimleri, hastalıklarla savaşan antikorları, organların çalışmasını düzenleyen hormonları da oluşturuyor. İşte bu nedenle Prof. Matthias Mann, protein aktivitelerinin sıkı kontrol altında tutulmasının çok önemli olduğunu belirtiyor.
“… kanserin tedavisini bulmak demek!”
Sorularımızı e-mail aracılığıyla yanıtlayan Prof. Mann, “Proteinler, hücre büyümesi, bölünmesi ve ölümü gibi tüm önemli faaliyetleri gerçekleştiren birimlerdir. Moleküler şalterlerle aktivitelerini kontrol edebiliriz. Örneğin Cdc28 fonksiyonunu (insanda patojen olan maya mantarında bulunan önemli bir büyüme proteini) ilgili şalteri kaldırarak engellemeyi başardık” diyor. Söz konusu şalterlerin çok çeşitli yollarla iş gördüklerini belirten Prof. Mann şöyle devam ediyor: “Mesela, proteinlerin enzim aktivitelerini düşürüp arttırabilirler, hücredeki lokasyonlarını değiştirebilirler ya da diğer proteinlerle olan ilişkilerine etki edebilirler. Protein faaliyetlerini arttırıp azaltabilme yetkisine sahip oldukları için proteini aktif hale getirebilirler ya da durdurabilirler. DNA lifi, histon denen bir protein makarasına sarılıdır. İşte asetilasyon bu makaranın açılıp kapanmasından da sorumlu. Eğer doğru zamanda, doğru yerden, gerekli esneklikte açamazsa genetik kod okunamaz ve protein yapmak için doğru bir kalıp çıkartılamaz. Bu da kronik hastalıkların başlangıcı demek. İşte tüm bunlar şalterleri (lizin asetilasyonu) tanımlamanın neden çok önemli olduğunu gösteriyor. Bu çalışma yeni tedavi yollarının geliştirilmesinde yardımcı olacak. Örneğin hücre bölünmesini normalin üstünde arttırarak tümör oluşumuna sebep olan ‘şalter’ indirildiğinde, hücreleri bölüp çoğaltan proteinler de çalışmalarını durduracaktır.”
Ekip olarak bir sonraki hedeflerinin belli başlı ilaçların hücrelerde nasıl etkili olduğunu ortaya çıkaracak ilaç deneylerine geçmek olduğunu söyleyen Prof. Mann, “Protein aktivitelerinin kusurlu bir şekilde düzenlenmesi yaşlılık ve hastalıkların gelişmesinde en önemli etken. Şalterler aracılığıyla kusurlu protein aktivitelerini düzenleyebiliriz. Hasarlanmış protein düzenleyicilerini kontrol etmek demek kanserin tedavisini bulmak demektir. Biz şimdilik bir buçuk yıl süren çalışmamızda şalterlerin yerlerini belirledik. Bundan sonra bu şalterlerin görevlerini belirlemeye yönelik yapılacak çalışmalar çok önemli” diye sözlerini tamamlıyor.
Türk bilimciden epigenetik çalışma
Haliç Üniversitesi Moleküler Biyoloji ve Genetik bölümü öğretim üyesi Dr. Meriç Adil Altınöz de ülkemizde yaygın bir hastalık olan talaseminin (Akdeniz anemisi) aspirinle tedavisi üzerine çalışıyor. Kimyasal formülü asetil salisilik asit olan Aspirin bir asetilasyon türü. Aspirin’in 1970’li yıllarda hemoglobin (kanda dokulara oksijen taşıyan protein) ‘lizin’lerine bağlanarak asetil grupları aktardığı gösterilmiş, daha sonra orak hücreli anemi denen hastalıkta ağrılı krizleri ve oksijen düşmelerini azalttığı görülmüştü. İşte Dr. Altınöz bu iki bilgiyi bir araya getirerek talasemi hastalarının ömrünü uzatmak için aspirin kullanılıp kullanılamayacağı üzerine deneysel bir çalışma yapıyor. Amaç, Aspirin ile anne karnındaki bebeklerde bulunan ama doğumdan sonra kapanan Hemoglobin-F’i kodlayan genin kapısını histonlarda lizin asetilasyonunu değiştirerek yeniden açabilmek ve bu geni aktif hale getirmek. Dr. Altınöz, “Bu gen yeniden aktif hale getirilirse talasemi hastalarının kan nakli bağımlılığının azalacağını düşünüyorum. Ama bu deneysel bir çalışmadır, tez aşamasındadır. hastalar tedavi konusunda kendi doktorlarına danışmalıdır” diyor. Dr. Altınöz’ün, bu tezini anlatan makalesi, 2007 yılında uluslar arası bir tıp dergisinde yayınlandı. Çalışma, Bayer Uluslararası Grup tarafından ön destek kararı ile IRS projesi olarak sunuldu.
Dr. Altınöz kimdir?
1975 doğumlu Dr. Meriç Adil Altınöz, Kanada Montreal’de nöro-immünoloji üzerine post-doktora yaparak MS ve beyin tümörlerinin genetik davranışı üzerine çalıştı. Harvard Üniversitesi’nde sırasıyla DFCI/Kanser Merkezi ve Brigham and Women’s Hastanesi Moleküler Nöroloji Departmanı’nda programlı hücre ölümü üzerine çalıştı. 2005’te PubMed NLM catalog (National Library of Medicine/Ulusal Tıp Kütüphanesi) ve Amerikan Kongre Kütüphanesi’nde kataloglanan uluslararası bir tıp kitabında bölüm yazarlığı yapan en genç Türk hekimi oldu.
6 Eylül 2009 Pazar
4 Eylül 2009 Cuma
İKİ TÜRK BİLİMCİ LABORATUVARDA ALTIN ÜRETTİ!
İnsanlığın binlerce yıllık rüyası gerçek oldu. Washington Üniversitesi ve İstanbul Teknik Üniversitesi’nden iki Türk profesör laboratuvar ortamında ‘yapay evrim’le altın parçacığı üretmeyi başardı.
ÜRÜN DİRİER, urun.dirier@aktuel.com.tr
Harry Potter serisinin ilk filmini izleyenler hatırlar; Harry ve arkadaşları okulda girilmesi yasak olan üçüncü koridora girerler. Burada üç başlı bir canavarın koruduğu ‘felsefe taşı’ saklanmaktadır. Bu taş sahibine ölümsüzlük ve üstün güçler veren bir taştır. Harry’nin anne ve babasını öldüren kötü büyücü Voldemort da ‘felsefe taşı’nın peşindedir. Mistisizme meraklı olanlar bu taşın, geçmişi 2500 yıl öncesine kadar dayanan simya ilminin efsanevi taşı olduğunu bilirler.
Yüzyıllar, bin yıllar boyunca Mezopotamya, Antik Mısır, İran, Hindistan ve Çin’de, Antik Yunan’da, Roma İmparatorluğu’nda, İslam coğrafyasında ve ortaçağdan itibaren 19. yüzyıla kadar da Avrupa’da simyacılar hep bu taşı arayıp durdular. Isaac Newton, Robert Boyle, Demokritus, Razi, İbn Haldun, Cabir İbn Hayyan, Nicolas Flamel, Platon, Pitagoras, Tales, Zosimus ve Paracelsus ‘felsefe taşı’nı bulmaya çalışan bilindik simyacılardan yalnızca birkaçı. ‘Felsefe taşı’, en bilinen anlamıyla, tüm maddeleri altına çeviren ve ölümsüzlük veren taştır, maddenin en saf hali, özüdür.
Simya bir dönüşüm sanatıdır. Kirli olanı, hasta olanı birçok süreçten geçirerek arınmış ve mükemmel olana dönüştürmeyi amaçlar. Simyacılara göre madde hastadır ve iyileştiğinde ortaya altın çıkacaktır. Simyanın, maddeden altını çıkarma uğraşı, ezoterik olarak insandaki Tanrı özünün ortaya çıkartılmasına denk gelir. Bu anlamda ‘felsefe taşı’ da mutlak olana kavuşturan bilinç anlamını kazanır. ‘Felsefe taşı’ en güzel ifadesini VITRIOL sözcüğünde bulur. VITRIOL Latince bir cümledeki sözcüklerin baş harflerinden oluşmuştur. Bu cümle “Visita Interiora Terræ Rectificando Invenies Occultum Lapidem”dir ve “Dünyanın derinliklerini ziyaret et gizli taşı bulacaksın” anlamına gelir. Simya düşüncesi aslında Tanrı’nın birliğinden kaynaklanır. Evreni yaratan Tanrı, Ruh’a çeşitli formlar vermiş ve böylelikle madde oluşmuştur; yani madde Tek olanın farklı görünüşlerinden ibarettir. Simyacı ise bu formların arasında Altın olanı arar. Bu arayış tarih boyunca simyacıların kent meydanlarında yakılmasıyla bile sonuçlansa hiçbir zaman bitmedi.
Yapay evrimle gerçek altın
Ancak sonunda insanlığın 2500 yıllık rüyası gerçek oldu. ‘Felsefe taşı’ bulundu! Washington Üniversitesi ve İstanbul Teknik Üniversitesi’nden iki Türk profesör laboratuar ortamında altın parçacığı üretmeyi başardı. Ama simyacıların kutsal metinlerinde geçtiği gibi yakmayan ateş, ıslatmayan su ve filozof yumurtasıyla değil, yapay evrimle, bir başka deyişle hızlandırılmış evrimle altın üretiyorlar.
Washington Üniversitesi Genetik Mühendisliği Malzeme Bilimleri ve Mühendislik Merkezi’nin (GEMSEC) kurucusu ve yöneticisi Prof. Mehmet Sarıkaya ile İstanbul Teknik Üniversitesi (İTÜ) Moleküler Biyoloji ve Genetik Bölüm Başkanı, İTÜ Moleküler Biyoloji ve Genetik Araştırmaları Merkezi’nin yöneticisi Prof. Candan Tamerler’in birlikte yürüttüğü çalışma, malzeme mühendisliği için bir devrim niteliğinde. Çünkü bu çalışma yalnız altın üretimini değil, savunma, tıp, ilaç sanayi ve endüstrinin her alanı için her türlü malzemeyi üretebilmenin yolunu açıyor. Sözünü ettiğimiz malzemeler sentetik malzemeler değil üstelik, gerçek, doğadaki gibi malzemeler!
Sır, moleküllerin ‘tanışma’sıymış
Merak içinde “peki neymiş bu felsefe taşı?” diye sorduğunuzu duyar gibiyim. Çok şaşıracaksınız ama altın üretmeye yarayan ‘felsefe taşı’ bir nesne değil, bir kavram! Moleküllerin birbirlerini tanıması! Yani canlılığın, var oluşun sırrı; doğal seleksiyon; atomların, moleküllerin birbirlerini seçmesi ve ayırması. Güzeller güzeli Ayşe Memed’i sever de Ahmet’e yüz vermez. Neden? Çünkü Memed’inin yanında mutludur, Ahmet’in değil. Memed’in yanında kalbi kuş gibi çarpar, Ahmet’in değil. Memed’le muhabbet ister gönlü, Ahmet’le değil. “Ne alakası var?” dediğinizi duyuyorum ama aşkın neyle alakası yok ki! Birazdan konuyu anlatırken niye aşktan söz ettiğimi daha iyi anlayacaksınız. Zaten Prof. Mehmet Sarıkaya konuyu anlamam için kendisi verdi bana bu örneği. Moleküler boyutta bir şeyleri anlatmanın zorluğunu fark edip “Bu kız bu oğlanın elini tutmak ister de ötekinin elini tutmak istemez, niye?” deyiverdi en sonunda, ben de anladım. Ama anlatmadan önce hikayeyi baştan, yani 1984 yılından alacağım efendim.
Prof. Sarıkaya, 1984’de ABD Kaliforniya Üniversitesi’nde doktora çalışması için çeliğin yapısını incelerken, bir bilim dergisinde deniz kabuğunun elektron mikroskobu altındaki görüntüsü ilişir gözüne. Deniz kabuğunun iç yapısı çeliğinkiyle aynıdır, tuğlayla örülmüş bir duvara benzemektedir. Yani insanoğlu moleküler boyutta ne yaptığının farkında olmadan, doğada bilinen en dayanıklı malzeme olan deniz kabuğunu taklit eden bir madde üretmiştir demire karbon katarak; çeliği. O gün Sarıkaya, bir malzeme bilimci olarak doğayı taklit ederek mükemmel malzemeler geliştirebileceğinin farkına varır. Biyomimetik (biyobenzetim) denen bilim dalına ilk adımını böylece atar. Biyomimetik, canlılardaki protein yapılarını nano ölçekte (atomik veya moleküler boyutta) inceleyerek, mühendislik yoluyla bu yapılara benzer sentetik malzemeler üretmeye çalışan bir bilim dalı. Sarıkaya da 90’ların sonuna kadar geyik boynuzları, sünger iskeletleri ve bakteriler üzerinde çalışmalarını sürdürür. 90’ların başında nanoteknoloji ve nano-biyoteknolojinin yükselişi biyomimetik çalışmalarına da ilgiyi arttırır.
Canlı ve cansız dünya birleşti
Ancak taklit etmenin zorlukları ve günümüz teknolojisinin yetersizlikleri bir yana bu alanda tek bir veriye ulaşmak bile onlarca yıl alıyor. Örneğin 30 yıllık çalışmaların sonucunda diş minesinin oluşumunda etkin olan 40 protein içinden bu güne dek yalnızca bir tanesinin belirli bir bölgesinin ne işe yaradığı keşfedilmiş durumda. Prof. Sarıkaya 2000 yılında şöyle der kendi kendine: “Niye tabiat anayı taklit etmek yerine malzemeleri onun yaptığı gibi yapmayalım?” Kendisine bu soruyu yönelttiğinde dünyada ‘moleküler biyomimetiğin’ kurucusu olacağını bilemezdi herhalde. Bu çılgın fikrini hayata geçirmek için iyi bir moleküler biyolog arayışına girer. Prof. Candan Tamerler ile işte bu arayış sırasında İstanbul’a 2001’de bir kongre için geldiğinde tanışır. Tamerler, o zaman için son derece çılgınca görünen bu fikre derhal sıcak bakar ve “Canlıların yapı taşı olan proteinler milyarlarca yıldır neyi nasıl yapacaklarını çok iyi biliyorlar. Biz de proteinleri kullanabiliriz” der. Çevresinde hayalperest damgası yer ama yılmaz.
İşte bu ikilinin tanıştığı gün, biyomimetikte ilk kez canlı dünyayla cansız dünya arasında bir köprü kurulur. Amaç; az evvel söz ettiğimiz gibi moleküllerin birbirini tanıması, sevmesi, tercih etmesi prensiplerine göre her türlü malzemeyi üretmek. Başta ABD’de olmak üzere Nature gibi birçok saygın bilim dergisinde makaleleri yayınlanan Sarıkaya ve Tamerler artık bugün gümüş, platin, mika, titanyum, safir, silika, insan dişi ve altın üretebiliyorlar. Şimdi neymiş bu yapay evrim, moleküllerin birbirini tanıması ve seçmesi anlatalım.
Altın seven peptitler
Öncelikle bir bardak suyun içine küçük altın parçacıkları yerleştiriliyor. Sonra milyarlarca bakterinin ve virüsün bulunduğu ‘virüs kütüphanesi’ dedikleri bölüme geçiliyor. Buradaki virüs ve bakterilerin kendilerine has yapılarını oluşturan proteinleri toplanıyor. Bu proteinlerin de peptit denilen küçük bir kısmı alınıp altın parçacıklı su dolu bardağa atılıyor. Sonra da milyarlarca peptit içinden bazılarının altını suya tercih ederek altına yapışması bekleniyor. Beklenen oluyor. Birkaç yüz tanesi altın parçacıklarına gidip yerleşiyor. Neden diye soruyorum. “Bir peptitin altını suya tercih etmesi, altın molekülünün peptitin üç boyutlu yapısına uyduğu anlamına geliyor. Peptit altın molekülünün üzerinde kendini dengede ve rahat hissediyor. Evrimsel olarak bakarsak, altın parçacığının üzerine yapıştığında ortaya bir enerji çıkıyor ve peptit enerjik olarak dengesini sağlıyor ve bu nedenle o maddeye bağımlı hale geliyor” diye cevaplıyor Tamerler. Zaten sudan başka bir seçeneği de yok peptitin. İkisinden birini seçmek zorunda, o da kendisine en uygun olan, en rahat ettiği yeri seçiyor. İşte buna tanıma deniyor. Bir anlamda hayata tutunmaya çalışıyor. Peki peptit canlı mı ki buna karar verebiliyor? Bu soruyu da Sarıkaya yanıtlıyor: “Can nedir? Molekül başka bir molekülü tanıyor ve onunla birleşince bir fonksiyon, bir çıkar elde ediyorsa bu candır işte. Peptitler de canlı.” Peki bir peptit kendini altının üzerinde dengede hissedip hissetmediğine nasıl karar veriyor? Sarıkaya hemen sandalyesinden kalkıp göstererek anlatmaya başlıyor: “Diyelim ben peptitim, bu sandalye de altın. Ben geliyorum sandalyenin orasına burasına oturuyorum ama bir türlü rahat edemiyorum. Benim üç boyutlu yapıma yani vücut şeklime uygun değil diyelim ki bu sandalye. Diyelim çok şişmanım ve sığamıyorum bu dar sandalyeye. İşte peptitler de üç boyutlu yapılarına uygun yani ergonomik olan yapıyı seçiyorlar oturmak için. Ya da onu bırak bir kız bu oğlanın elini tutar da ötekininkini tutmaz niye? Onun gibi işte…” Bu hareketli anlatımla konuyu iyice kavrıyorum. Eğer vücudumuzda moleküller birbirini aynen bu şekilde tanımasa bir araya gelemeyeceklerini de öğreniyorum. Biyolojinin temeli bu tanıma kavramına dayanıyormuş yani.
Denizlerdeki altın tuğlalar
Daha sonra suda kalmayı tercih eden peptitler ayıklanarak altını tercih edenler toplanıyor. Ve virüslerin, bakterilerin genetikleriyle oynanarak altını tercih eden türdeki peptitler üretmeleri sağlanıyor.
Şimdi gelelim altın yapmaya. Denizde, okyanuslarda, göllerde ve ırmaklarda altın iyonları (atomik boyutta) bulunduğunu biliyoruz. Bu iyonlar altın değil ama bir araya getirilirlerse altın olacaklar. İşte ikinci aşama burada başlıyor. Bir kova deniz suyu alınıyor ve akşamdan içine az evvel söz ettiğimiz ‘altın sever’ peptitler bırakılıyor. Sabah bir kalkıyorsunuz ki ne göresiniz, kovanın içinde altın parçacıkları var. Ama nasıl? Yaşam alanı olarak altını tercih eden peptitler altın iyonlarını görünce tanıyor. Sabaha kadar iyonları bir araya getirerek altın molekülleri yani kendine yaşayacak bir ev yapıyor. Tıpkı tuğlaları bir araya getirerek ev yapmak gibi. Sarıkaya: “Bu, yapay evrimle ortaya yeni bir varlık çıkması demek. Altın iyonuyla diğer iyonlar arasındaki farkı bilen bir varlık. Göllerde, denizlerde, altın madenlerindeki su birikintilerinde altın iyonları bulunur. Bunların hepsini altın seven peptitler altına çevirebilirler” diyor. Tamerler tüm bu işlemlerin oda sıcaklığında ve kimyasal kullanmadan yapılmasını “İşte buna yeşil bilim denir” sözüyle açıklıyor. Peki peptitler iyonları bir araya getirmeyi nereden ve nasıl biliyor? Sarıkaya cevap veriyor: “Sen hayat nasıl başladı diye soruyorsun!”
Külçe altın da yapılabilir
Altın tıpta, sensörlerde, nanoteknolojide kullanılan önemli madenlerden biri. Tamerler altının külçe külçe olarak da üretilebileceğini ancak nanoteknolojik parçalarda az miktar altın kullanıldığı için şimdilik külçe üretmeye ihtiyaç duymadıklarını belirtiyor ve ekliyor: “Ama kuyumculuk sektöründen bir çalışma talebi gelirse değerlendirebiliriz. Şimdilik montajlarında altın kullanan Amerikalı ve Kanadalı birkaç nanoteknoloji firması ile ortaklık kurduk. Bir de dişçilerden çok büyük ilgi gördük. Peptitlerimiz istenen bölgede doğal diş yapısı oluşturabiliyorlar ve bu dişçilik için bir devrim.”
5-10 yıl sonra üzerinde ‘dişler için’, ‘kırık kemikler için’, ‘altın için’, ‘gümüş için’ yazan kutularda peptitler satıldığını görürsek şaşırmamamız gerekiyor. Etrafımızda somon zenginleri de görebiliriz pekala. Nasıl mı? Sarıkaya’nın bu çalışmayı öğrenen bir arkadaşı müthiş bir fikir atmış ortaya: “Biliyorsun somon balıkları bir nehirde doğduktan sonra okyanuslara açılırlar. Sonra da yumurtlamak için 3-4 yıl sonra doğduğu nehre geri dönerler. İşte bu somonların içine peptitleri yerleştirsek, okyanustaki altın iyonlarını altın parçacıklarına dönüştürseler ve somonlar doğdukları nehre geri döndüklerinde onları yakalayıp altınları toplasak olmaz mı?”
Kutu: Washington Üniversitesi Malzeme Bilimleri ve Kimya Mühendisliği bölümlerinde öğretim üyesi olan Prof. Mehmet Sarıkaya, Japonya’da Nagoya Üniversitesi Ecotopia Science Enstitüsü’nde de ders veriyor. 2005 yılında Washington Üniversitesi bünyesindeki GEMSEC’i (Genetik Mühendisliği Malzeme Bilimleri ve Mühendislik Merkezi) kuran Sarıkaya, araştırma merkezinde, ABD Savunma Bakanlığı, ABD Bilim Vakfı ve ABD Tıp Enstitüsü gibi kurumların sağladığı 15 milyon dolarlık fonlarla desteklenen projelerini yönetiyor. ABD Duke Üniversitesiyle de proteinlerle bilgisayar yapma çalışması için 1 milyon dolarlık ortak bir projeye başlanmış. Prof. Candan Tamerler de İTÜ haricinde yılın yarısında Washington Üniversitesi’nde uzun süreli misafir öğretim üyesi olarak genetik bölümünde ders veriyor.
ÜRÜN DİRİER, urun.dirier@aktuel.com.tr
Harry Potter serisinin ilk filmini izleyenler hatırlar; Harry ve arkadaşları okulda girilmesi yasak olan üçüncü koridora girerler. Burada üç başlı bir canavarın koruduğu ‘felsefe taşı’ saklanmaktadır. Bu taş sahibine ölümsüzlük ve üstün güçler veren bir taştır. Harry’nin anne ve babasını öldüren kötü büyücü Voldemort da ‘felsefe taşı’nın peşindedir. Mistisizme meraklı olanlar bu taşın, geçmişi 2500 yıl öncesine kadar dayanan simya ilminin efsanevi taşı olduğunu bilirler.
Yüzyıllar, bin yıllar boyunca Mezopotamya, Antik Mısır, İran, Hindistan ve Çin’de, Antik Yunan’da, Roma İmparatorluğu’nda, İslam coğrafyasında ve ortaçağdan itibaren 19. yüzyıla kadar da Avrupa’da simyacılar hep bu taşı arayıp durdular. Isaac Newton, Robert Boyle, Demokritus, Razi, İbn Haldun, Cabir İbn Hayyan, Nicolas Flamel, Platon, Pitagoras, Tales, Zosimus ve Paracelsus ‘felsefe taşı’nı bulmaya çalışan bilindik simyacılardan yalnızca birkaçı. ‘Felsefe taşı’, en bilinen anlamıyla, tüm maddeleri altına çeviren ve ölümsüzlük veren taştır, maddenin en saf hali, özüdür.
Simya bir dönüşüm sanatıdır. Kirli olanı, hasta olanı birçok süreçten geçirerek arınmış ve mükemmel olana dönüştürmeyi amaçlar. Simyacılara göre madde hastadır ve iyileştiğinde ortaya altın çıkacaktır. Simyanın, maddeden altını çıkarma uğraşı, ezoterik olarak insandaki Tanrı özünün ortaya çıkartılmasına denk gelir. Bu anlamda ‘felsefe taşı’ da mutlak olana kavuşturan bilinç anlamını kazanır. ‘Felsefe taşı’ en güzel ifadesini VITRIOL sözcüğünde bulur. VITRIOL Latince bir cümledeki sözcüklerin baş harflerinden oluşmuştur. Bu cümle “Visita Interiora Terræ Rectificando Invenies Occultum Lapidem”dir ve “Dünyanın derinliklerini ziyaret et gizli taşı bulacaksın” anlamına gelir. Simya düşüncesi aslında Tanrı’nın birliğinden kaynaklanır. Evreni yaratan Tanrı, Ruh’a çeşitli formlar vermiş ve böylelikle madde oluşmuştur; yani madde Tek olanın farklı görünüşlerinden ibarettir. Simyacı ise bu formların arasında Altın olanı arar. Bu arayış tarih boyunca simyacıların kent meydanlarında yakılmasıyla bile sonuçlansa hiçbir zaman bitmedi.
Yapay evrimle gerçek altın
Ancak sonunda insanlığın 2500 yıllık rüyası gerçek oldu. ‘Felsefe taşı’ bulundu! Washington Üniversitesi ve İstanbul Teknik Üniversitesi’nden iki Türk profesör laboratuar ortamında altın parçacığı üretmeyi başardı. Ama simyacıların kutsal metinlerinde geçtiği gibi yakmayan ateş, ıslatmayan su ve filozof yumurtasıyla değil, yapay evrimle, bir başka deyişle hızlandırılmış evrimle altın üretiyorlar.
Washington Üniversitesi Genetik Mühendisliği Malzeme Bilimleri ve Mühendislik Merkezi’nin (GEMSEC) kurucusu ve yöneticisi Prof. Mehmet Sarıkaya ile İstanbul Teknik Üniversitesi (İTÜ) Moleküler Biyoloji ve Genetik Bölüm Başkanı, İTÜ Moleküler Biyoloji ve Genetik Araştırmaları Merkezi’nin yöneticisi Prof. Candan Tamerler’in birlikte yürüttüğü çalışma, malzeme mühendisliği için bir devrim niteliğinde. Çünkü bu çalışma yalnız altın üretimini değil, savunma, tıp, ilaç sanayi ve endüstrinin her alanı için her türlü malzemeyi üretebilmenin yolunu açıyor. Sözünü ettiğimiz malzemeler sentetik malzemeler değil üstelik, gerçek, doğadaki gibi malzemeler!
Sır, moleküllerin ‘tanışma’sıymış
Merak içinde “peki neymiş bu felsefe taşı?” diye sorduğunuzu duyar gibiyim. Çok şaşıracaksınız ama altın üretmeye yarayan ‘felsefe taşı’ bir nesne değil, bir kavram! Moleküllerin birbirlerini tanıması! Yani canlılığın, var oluşun sırrı; doğal seleksiyon; atomların, moleküllerin birbirlerini seçmesi ve ayırması. Güzeller güzeli Ayşe Memed’i sever de Ahmet’e yüz vermez. Neden? Çünkü Memed’inin yanında mutludur, Ahmet’in değil. Memed’in yanında kalbi kuş gibi çarpar, Ahmet’in değil. Memed’le muhabbet ister gönlü, Ahmet’le değil. “Ne alakası var?” dediğinizi duyuyorum ama aşkın neyle alakası yok ki! Birazdan konuyu anlatırken niye aşktan söz ettiğimi daha iyi anlayacaksınız. Zaten Prof. Mehmet Sarıkaya konuyu anlamam için kendisi verdi bana bu örneği. Moleküler boyutta bir şeyleri anlatmanın zorluğunu fark edip “Bu kız bu oğlanın elini tutmak ister de ötekinin elini tutmak istemez, niye?” deyiverdi en sonunda, ben de anladım. Ama anlatmadan önce hikayeyi baştan, yani 1984 yılından alacağım efendim.
Prof. Sarıkaya, 1984’de ABD Kaliforniya Üniversitesi’nde doktora çalışması için çeliğin yapısını incelerken, bir bilim dergisinde deniz kabuğunun elektron mikroskobu altındaki görüntüsü ilişir gözüne. Deniz kabuğunun iç yapısı çeliğinkiyle aynıdır, tuğlayla örülmüş bir duvara benzemektedir. Yani insanoğlu moleküler boyutta ne yaptığının farkında olmadan, doğada bilinen en dayanıklı malzeme olan deniz kabuğunu taklit eden bir madde üretmiştir demire karbon katarak; çeliği. O gün Sarıkaya, bir malzeme bilimci olarak doğayı taklit ederek mükemmel malzemeler geliştirebileceğinin farkına varır. Biyomimetik (biyobenzetim) denen bilim dalına ilk adımını böylece atar. Biyomimetik, canlılardaki protein yapılarını nano ölçekte (atomik veya moleküler boyutta) inceleyerek, mühendislik yoluyla bu yapılara benzer sentetik malzemeler üretmeye çalışan bir bilim dalı. Sarıkaya da 90’ların sonuna kadar geyik boynuzları, sünger iskeletleri ve bakteriler üzerinde çalışmalarını sürdürür. 90’ların başında nanoteknoloji ve nano-biyoteknolojinin yükselişi biyomimetik çalışmalarına da ilgiyi arttırır.
Canlı ve cansız dünya birleşti
Ancak taklit etmenin zorlukları ve günümüz teknolojisinin yetersizlikleri bir yana bu alanda tek bir veriye ulaşmak bile onlarca yıl alıyor. Örneğin 30 yıllık çalışmaların sonucunda diş minesinin oluşumunda etkin olan 40 protein içinden bu güne dek yalnızca bir tanesinin belirli bir bölgesinin ne işe yaradığı keşfedilmiş durumda. Prof. Sarıkaya 2000 yılında şöyle der kendi kendine: “Niye tabiat anayı taklit etmek yerine malzemeleri onun yaptığı gibi yapmayalım?” Kendisine bu soruyu yönelttiğinde dünyada ‘moleküler biyomimetiğin’ kurucusu olacağını bilemezdi herhalde. Bu çılgın fikrini hayata geçirmek için iyi bir moleküler biyolog arayışına girer. Prof. Candan Tamerler ile işte bu arayış sırasında İstanbul’a 2001’de bir kongre için geldiğinde tanışır. Tamerler, o zaman için son derece çılgınca görünen bu fikre derhal sıcak bakar ve “Canlıların yapı taşı olan proteinler milyarlarca yıldır neyi nasıl yapacaklarını çok iyi biliyorlar. Biz de proteinleri kullanabiliriz” der. Çevresinde hayalperest damgası yer ama yılmaz.
İşte bu ikilinin tanıştığı gün, biyomimetikte ilk kez canlı dünyayla cansız dünya arasında bir köprü kurulur. Amaç; az evvel söz ettiğimiz gibi moleküllerin birbirini tanıması, sevmesi, tercih etmesi prensiplerine göre her türlü malzemeyi üretmek. Başta ABD’de olmak üzere Nature gibi birçok saygın bilim dergisinde makaleleri yayınlanan Sarıkaya ve Tamerler artık bugün gümüş, platin, mika, titanyum, safir, silika, insan dişi ve altın üretebiliyorlar. Şimdi neymiş bu yapay evrim, moleküllerin birbirini tanıması ve seçmesi anlatalım.
Altın seven peptitler
Öncelikle bir bardak suyun içine küçük altın parçacıkları yerleştiriliyor. Sonra milyarlarca bakterinin ve virüsün bulunduğu ‘virüs kütüphanesi’ dedikleri bölüme geçiliyor. Buradaki virüs ve bakterilerin kendilerine has yapılarını oluşturan proteinleri toplanıyor. Bu proteinlerin de peptit denilen küçük bir kısmı alınıp altın parçacıklı su dolu bardağa atılıyor. Sonra da milyarlarca peptit içinden bazılarının altını suya tercih ederek altına yapışması bekleniyor. Beklenen oluyor. Birkaç yüz tanesi altın parçacıklarına gidip yerleşiyor. Neden diye soruyorum. “Bir peptitin altını suya tercih etmesi, altın molekülünün peptitin üç boyutlu yapısına uyduğu anlamına geliyor. Peptit altın molekülünün üzerinde kendini dengede ve rahat hissediyor. Evrimsel olarak bakarsak, altın parçacığının üzerine yapıştığında ortaya bir enerji çıkıyor ve peptit enerjik olarak dengesini sağlıyor ve bu nedenle o maddeye bağımlı hale geliyor” diye cevaplıyor Tamerler. Zaten sudan başka bir seçeneği de yok peptitin. İkisinden birini seçmek zorunda, o da kendisine en uygun olan, en rahat ettiği yeri seçiyor. İşte buna tanıma deniyor. Bir anlamda hayata tutunmaya çalışıyor. Peki peptit canlı mı ki buna karar verebiliyor? Bu soruyu da Sarıkaya yanıtlıyor: “Can nedir? Molekül başka bir molekülü tanıyor ve onunla birleşince bir fonksiyon, bir çıkar elde ediyorsa bu candır işte. Peptitler de canlı.” Peki bir peptit kendini altının üzerinde dengede hissedip hissetmediğine nasıl karar veriyor? Sarıkaya hemen sandalyesinden kalkıp göstererek anlatmaya başlıyor: “Diyelim ben peptitim, bu sandalye de altın. Ben geliyorum sandalyenin orasına burasına oturuyorum ama bir türlü rahat edemiyorum. Benim üç boyutlu yapıma yani vücut şeklime uygun değil diyelim ki bu sandalye. Diyelim çok şişmanım ve sığamıyorum bu dar sandalyeye. İşte peptitler de üç boyutlu yapılarına uygun yani ergonomik olan yapıyı seçiyorlar oturmak için. Ya da onu bırak bir kız bu oğlanın elini tutar da ötekininkini tutmaz niye? Onun gibi işte…” Bu hareketli anlatımla konuyu iyice kavrıyorum. Eğer vücudumuzda moleküller birbirini aynen bu şekilde tanımasa bir araya gelemeyeceklerini de öğreniyorum. Biyolojinin temeli bu tanıma kavramına dayanıyormuş yani.
Denizlerdeki altın tuğlalar
Daha sonra suda kalmayı tercih eden peptitler ayıklanarak altını tercih edenler toplanıyor. Ve virüslerin, bakterilerin genetikleriyle oynanarak altını tercih eden türdeki peptitler üretmeleri sağlanıyor.
Şimdi gelelim altın yapmaya. Denizde, okyanuslarda, göllerde ve ırmaklarda altın iyonları (atomik boyutta) bulunduğunu biliyoruz. Bu iyonlar altın değil ama bir araya getirilirlerse altın olacaklar. İşte ikinci aşama burada başlıyor. Bir kova deniz suyu alınıyor ve akşamdan içine az evvel söz ettiğimiz ‘altın sever’ peptitler bırakılıyor. Sabah bir kalkıyorsunuz ki ne göresiniz, kovanın içinde altın parçacıkları var. Ama nasıl? Yaşam alanı olarak altını tercih eden peptitler altın iyonlarını görünce tanıyor. Sabaha kadar iyonları bir araya getirerek altın molekülleri yani kendine yaşayacak bir ev yapıyor. Tıpkı tuğlaları bir araya getirerek ev yapmak gibi. Sarıkaya: “Bu, yapay evrimle ortaya yeni bir varlık çıkması demek. Altın iyonuyla diğer iyonlar arasındaki farkı bilen bir varlık. Göllerde, denizlerde, altın madenlerindeki su birikintilerinde altın iyonları bulunur. Bunların hepsini altın seven peptitler altına çevirebilirler” diyor. Tamerler tüm bu işlemlerin oda sıcaklığında ve kimyasal kullanmadan yapılmasını “İşte buna yeşil bilim denir” sözüyle açıklıyor. Peki peptitler iyonları bir araya getirmeyi nereden ve nasıl biliyor? Sarıkaya cevap veriyor: “Sen hayat nasıl başladı diye soruyorsun!”
Külçe altın da yapılabilir
Altın tıpta, sensörlerde, nanoteknolojide kullanılan önemli madenlerden biri. Tamerler altının külçe külçe olarak da üretilebileceğini ancak nanoteknolojik parçalarda az miktar altın kullanıldığı için şimdilik külçe üretmeye ihtiyaç duymadıklarını belirtiyor ve ekliyor: “Ama kuyumculuk sektöründen bir çalışma talebi gelirse değerlendirebiliriz. Şimdilik montajlarında altın kullanan Amerikalı ve Kanadalı birkaç nanoteknoloji firması ile ortaklık kurduk. Bir de dişçilerden çok büyük ilgi gördük. Peptitlerimiz istenen bölgede doğal diş yapısı oluşturabiliyorlar ve bu dişçilik için bir devrim.”
5-10 yıl sonra üzerinde ‘dişler için’, ‘kırık kemikler için’, ‘altın için’, ‘gümüş için’ yazan kutularda peptitler satıldığını görürsek şaşırmamamız gerekiyor. Etrafımızda somon zenginleri de görebiliriz pekala. Nasıl mı? Sarıkaya’nın bu çalışmayı öğrenen bir arkadaşı müthiş bir fikir atmış ortaya: “Biliyorsun somon balıkları bir nehirde doğduktan sonra okyanuslara açılırlar. Sonra da yumurtlamak için 3-4 yıl sonra doğduğu nehre geri dönerler. İşte bu somonların içine peptitleri yerleştirsek, okyanustaki altın iyonlarını altın parçacıklarına dönüştürseler ve somonlar doğdukları nehre geri döndüklerinde onları yakalayıp altınları toplasak olmaz mı?”
Kutu: Washington Üniversitesi Malzeme Bilimleri ve Kimya Mühendisliği bölümlerinde öğretim üyesi olan Prof. Mehmet Sarıkaya, Japonya’da Nagoya Üniversitesi Ecotopia Science Enstitüsü’nde de ders veriyor. 2005 yılında Washington Üniversitesi bünyesindeki GEMSEC’i (Genetik Mühendisliği Malzeme Bilimleri ve Mühendislik Merkezi) kuran Sarıkaya, araştırma merkezinde, ABD Savunma Bakanlığı, ABD Bilim Vakfı ve ABD Tıp Enstitüsü gibi kurumların sağladığı 15 milyon dolarlık fonlarla desteklenen projelerini yönetiyor. ABD Duke Üniversitesiyle de proteinlerle bilgisayar yapma çalışması için 1 milyon dolarlık ortak bir projeye başlanmış. Prof. Candan Tamerler de İTÜ haricinde yılın yarısında Washington Üniversitesi’nde uzun süreli misafir öğretim üyesi olarak genetik bölümünde ders veriyor.
Kaydol:
Kayıtlar (Atom)
