Kimyasal Silahlar: Geçmişe Ait Olması Gereken Ölüm Makinaları

Gaz! Gaz! Çocuklar, çabuk!— El yordamıyla aranmanın coşkusuyla, aptal miğferleri tam vaktinde takık;
Ancak birisi hala tökezleyip bağırmakta, bir kireç kuyusunda çırpınmakta veya bir yangının içinde…
Gördüm onu, Koyu yeşil ışık peşinden, buğulu bir camın içinden, boğulurken loş bir denizin dibinde.
Savaş Şiirleri (The War Poems), Wilfred Owens (1893 – 1918)
Havyan türlerinin kendileri için mümkün olduğunca geniş yaşam alanına sahip olma içgüdüsü, insan türü için kendini savaş olarak gösteriyor. Uygar bir insan için bunu söylemenin kolay bir yolu kesinlikle yok, ancak denemek için diyebiliriz ki; tarih boyunca, daha fazla ekilecek tarlaya veya daha fazla hayvana sahip olmak için ortaya çıkan savaşlar, daha çok kabile kavgaları şeklindeydi ve evrimsel açıdan baktığımızda belki de gerekliydi. Ancak uygar dünyada savaşların sadece “hayatta kalma ve neslini devam ettirmek için ortam sağlama” ile ilişkili olmadığını söylemek yanlış olmaz.
Günümüzde ve yazılı tarihte okuduğumuz savaşların neredeyse tümü, hayatta kalmanın yanı sıra büyük oranda kendi gibi olmayanı, düşünmeyeni, yaşamayanı yok etme, esir etme veya sömürme amaçlı yapılmıştır. Konumuz antropoloji veya sosyoloji değil. Ancak ilkel insanlardan bu yana geçen süreç içerisinde savaşı haklı gösteren enstrumanların niteliği ve değişimi, bu enstrumanları kullananların niyeti, hangi savaşın evrensel açıdan “meşru” olabileceği konusunda bir fikir verebilir. Türümüzün icat ettiği ilk aletlerin silahlar olması, bedenimizin tehlike anında hala “savaş ya da kaç” tepkileri vermesi, her canlı gibi bizim de savaşmaya meyilli, hatta ayarlı olduğumuzu gösteriyor. Bu bağlamda, sulak bir araziyi ele geçirmek için savaşan iki kabilenin savaşını bilimsel olarak irdelemek mümkünken, subjektif nedenlerden ve kollektif yanılsamalardan dolayı ortaya çıkan savaşları incelemeye bilimsel olarak nereden başlanacağı bizim, en azından şimdilik, konumuz değildir.
Her ne olursa olsun, artık uygar insanlar için savaş “son çare” bile değil, akla bile gelmeyecek bir seçenek olmalıdır. Dünyamız büyük bir organizmadır. Carl Sagan’ın belirttiği gibi: “Kendiyle savaş halinde olan bir organizma, ölmeye mahkumdur.”
Bilim insanlarının ve mühendislerin asıl görevi insanlığı ileri götürmektir. İnsanlığı iki milimetre dahi ileri götürebilen bir bilim insanının mutluluğunun parasal bir karşılığı olduğunu sanmıyoruz. Ancak şurası da bir gerçek ki, atom bombasını geliştirenler ve kansere çare arayanlar aynı sıralardan mezun olmuştur.  Öyleyse öldücü silahları geliştirenler bilim insanı değiller midir? Kesinlikle buna doyurucu bir cevap verebileceğimizi sanmıyoruz.
Ama Fritz Haber’den bahsedebiliriz. Kimyasal silahların babası olarak bilinen Haber, kimya öğrencilerinin adını sıklıkla duyduğu, aşina olmaktan öte Born-Haber çevrimi ve Haber-Bosch prosesi buluşları üzerinde çalıştığı, 1918 Kimya Nobeli ödüllü saygın bir bilim insanıdır. Kimyasal silahların babası olarak tanınmak ve de saygın bir bilim insanı olarak hatırlanmak, biraz ikilemde bırakıcı olabilir. Yazımızın sonundaki örneğimizle bu ikilemin çözümünü size bırakıyor olacağız.
Öyleyse, Haber’in kimyasal silahıyla konumuza başlayalım. 22 Nisan 1915’te, insanlık modern anlamda kimyasal silah kullanmaya başladı. Kimyasal silahlar, biyolojik ve nükleer silahlarla birlikte kitle imha silahları sınıfına giren, aynı anda yüzlerce, binlerce, hatta onbinlerce kişiyi hedef alan silahlardır. İlk kitle imha silahının kimyasal olması nedeniyle 22 Nisan 1915 tarihi, kitle imha silahlarının modern anlamda ilk kullanılışıdır da denilebilir. Tarih boyunca, zaman zaman kullanıldığı söylenen mancınık ile hastalıklı ceset atma, hastalıklı battaniye hediye etme gibi taktikler biyolojik savaş olarak kabul edilebilirse de, modern ve kontrollü silahlar değillerdir. Eğer böyle düşünürsek, kimyasal savaş kavramını ilk ateşe verilen köy ile başlatmamız gerekirdi.
Birinci Dünya Savaşı, tarihçiler tarafından kimyagerlerin savaşı olarak anılır. Zira sadece kimyasal silahların ilk kez kullanıldığı savaş olarak değil; aynı zamanda patlamalı motorların ve ateşli silahların geliştirildiği ileri bir kimya ve mühendislik dönemi olarak da bilinir. Birinci Dünya Savaşı’nın sonunda toplamda 3000’e yakın madde üzerinde kimyasal silah çalışmaları yürütülmüş; bunların 50’si savaş alanında denenmiştir.
22 Nisan 1915’te Belçika’nın Ypres kasabasında Alman ordusu ile Fransız ordusu karşı karşıya mevzilenmiş haldeydi. Fransa istihbaratı, 3 hafta öncesinden Alman mevzilerine dikilmiş olan 6000 kadar sıvı klor taşıyan silindirlere gereken önemi vermemişti. Alman askeri meteorologlarından rüzgar bilgilerinin Almanların lehine olduğuna dair teyit gelince, silindirlerin vanaları açıldı. 10 dakika içinde 160 ton sıvı klor gaz hale geçip Fransız mevzilerindeki askerlere ulaştı. 6 kilometrelik Fransa hattındaki 1000 kadar Fransız ve Cezayirli asker tek kurşuna hedef olmadan öldü. 4000 kadarı da savaşamayacak hale geldi.
Ypres, 22 Nisan 1915’te silindir vanalarının açılıp gazın salındığı an. (Kaynak)
Alman bilim insanı Fritz Haber’in fikri olan klor gazı kullanılan ilk kimyasal silahtır ve gelecek kimyasal silahların önünü açmıştır. Klor gazı cephe savaşları için uygunken, daha sonra şehir savaşları ve meydan savaşları için geliştirilen kimyasal silahlar da mevcuttur. Tam bu noktada, kimyasal silahların modern tanımını yapalım: İnsan yapımı, gaz, sıvı, aerosol (gaz içinde asılı kalabilen mikroskopik katı parçaçık) veya toz zerrelerine emdirilmiş halde salınan toksik kimyasalların kullanıldığı silahlardır.
Bir kimya öğrencisine bileşikler konusu anlatılırken, bileşiklerin onu oluşturan atomlarla aynı özelliklere sahip olmayabileceği söylenir. Bunun için en fazla kullanılan örnek sofra tuzudur. Sofra tuzu sodyum ve klor bileşiğidir. Elimizdeki nemden ötürü patlayabilecek sodyumla (Na), zehirli gaz olarak kullanılan klorun (Cl) bileşiği olan sofra tuzu (NaCl) cacığa katılabilecek kadar zararsızdır. Sodyumun elimizdeki nemden ötürü patlaması ayrı bir konu. Biz klorun insana nasıl zarar verdiğinden bahsedelim. Klor (Cl2) gazı, iki klor atomunun bir araya gelmesiyle oluşan tek elementli bir bileşiktir. Belli miktarlarda solunması halinde, dozuna göre akciğerlerde irritasyon, yanma ve fonksiyon bozulmasına neden olur. Bunun sebebi klorun hayli reaktif bir element olması ve solunum yolundaki su ile reaksiyona girmesi sonucu hidroklorik asit (HCl) ve hipokloröz (HOCl) asit oluşturmasıdır. Oluşan bu asitler akciğer hücrelerinde birtakım peroksitler, süperoksitler ve radikaller oluşmasına neden olur. Bu oluşum, akciğerlerde sürmekte olan oksijen alışverişini engelleyecek miktarlarda gerçekleşirse ölüm gerçekleşir. Kanın pH dengesi bozulur. Bu durum diğer organları kötü yönde etkiler. Daha düşük dozlarda ise akciğerlerde yanma ve nefes alma zorluğu ortaya çıkar. Akciğerlerde su birikimi gerçekleşir. Boğaz, göz, burun, yemek borusu gibi yüzeyinde su içeren organlarda ise yine yanma hissi meydana gelir.
Klor gazının 0,3 ppm (bir milyon birim içerisinde 0,3 adet) gibi düşük miktarlarda bile kokusu alınabilir. 2-3 ppm’de ise tahammül edilemeyecek bir hal alır. 400 ppm’de 30 dakika içinde; 1000 ppm’de ise birkaç dakika içinde öldürücüdür. Ypres’teki Fransız askerleri için bu türden bir saldırı hayli sıradışıydı ve kaçabilecek yerleri yoktu.
Küçük bir hesap yapalım. Fransız cephesi 6 km uzunluğundaydı. Cephe gerisini 100 metre olarak kabul edelim. Klor gazı havadan ağırdır. En fazla 100 metre kadar uçabileceğini de kabaca varsayalım. En 6 km, boy 0,1 km ve yükseklik de 0,1 km Fransız cephesinin toplam hacmi. 0,06 km3, yani 60.000.000 m3 olacaktır.  Ypres kasabası, deniz seviyesinin 24 m üstündedir. Deniz seviyesi olarak kabul edebiliriz. 15 derece sıcaklıkta ve deniz seviyesinde, bir metreküpte 1,125 kg hava bulunur. 60.000.000 m3 hava, yaklaşık 67,500 ton ağırlığındadır. Salınan klor gazı 160 tondu. 160/73500=0,0023. Yani %0,21. Ppm biriminde söylemek gerekirse:  2100 ppm! Ölümcül limitin 2 katı. Cephenin gerisindekiler için bile kaçış yok. Elbette bu rüzgarsız bir senaryoda, oldukça durağan bir sistemde yapabileceğimiz kaba bir hesaptır.
İçimizden söylemek bile gelmiyor, ancak klordan daha etkili ve daha “kullanışlı” kimyasal silahlar üretildi. Kimisinin daha “insani” olduğu öne sürüldü, daha acısız veya daha onurlu öldürme biçimleri olduğu iddia edildi. Yazımızın başında bahsettiğimiz “savaşı meşru kılan enstrumanların” çeşitliliğine göre bunlar tartışıldı ve kullanıldı. Bunları kullananlar çeşitli bahanelerle bunu vicdanlarına uydurmaya, meşru göstermeye çalıştılar.  Bu da bizim konumuz değil. Ancak söylemek gerekiyor ki, kimyasal silahlar da bilimin bir konusudur. Eğer, klor gazı yeterli gelmeyip daha etkili silahlar üzerine kafa yoruluyorsa, bu araştırmalara devam eden şey için insanlığın zekası değil; ancak insanlığın aptallığı diyebiliriz.  Neyse ki, 1968’den başlayarak, 2016 itibariyle dört devlet (Mısır, İsrail, Kuzey Kore ve Güney Sudan) dışında, tüm dünya devletlerinin imzaladığı Kimyasal Silah Konvansiyonu (CWC – Chemical Weapon Convention), kitlesel imha için kullanılan kimyasal silahların üretimini ve stoklanmasını yasaklamakta ve var olan silahların yok edilmesini düzenlemektedir.
Bunun yanında kimyasal silahlar sadece öldürmek için kullanılmıyor. Bazı silahlar gibi kimyasal silahlar da etkisiz hale getirme amaçlı kullanılabilir. Bunlar, kullanımına izin verilen kimyasal silahlardır. Göstericileri etkisiz hale getirmek ve dağıtmak için kullanılan biber gazları, saldırganı etkisiz hale getiren göz yaşartıcı gazlar bunlardan en çok kullanılanları. Ayrıca “malodoran” denilen, sadece irite edici kötü kokuya sahip zehirli olmayan gazlar da hapishane gibi kapalı mekanlarda çıkan isyanları kontrol altına almak için kullanılmakta. Dahası, bir takım psikolojik etki gösteren kimyasalların da silah olarak kullanıldığı biliniyor. Bu kimyasallar, saldırgan üzerinde halüsinatif ve depresif etkiler gösteriyor.
Öldürücü özellik gösteren gazların ise yaklaşık olarak 70 çeşidi bulunmakta. Bunlar, deri de ölümcül yaralar açan, boğucu, yakıcı kimyasallardır. Toplumda en çok bilinenleri hardal gazı (kokusu sarmısaklı hardala benzediği için bu isim verilir), fosgen, difosgen ve sarin’dir.
Kimyasal savaş eğitiminde kullanılan, en çok bilinen kimyasal silahların listelendiği bir kurs föyü. Listede kimyasal özelliklerinden çok pratik (!) ve taktik özelliklerine yer verilmiştir.
Elbette, bardağın dolu tarafına bakmakta da fayda var. Kimyasal silah kullanan devletler, kendilerine karşı kimyasal silah kullanılabileceğini de hesaplayarak, bunları önleyici çalışmalar yapmıştır. Bu çalışmalar, bugün sanayide iş sağlığı ve güvenliği konusunun temelini ve ana payını oluşturur. Üretilen gaz maskeleri, koruyucu ekipmanlar ve antidotlar işçiyi korurken,  gaz salınımlarının kontrolü ve çevreye zararını azaltıcı uygulamalar da çevreyi korumaktadır.
Ayrıca belki de, hata yapmadan hatasını anlamayan insanlık için kimyasal silahlar, tarih içerisinde alınması gereken bir dersten ibarettir.
Gelelim, kimyasal silahların babası Fritz Haber’e. Fritz Haber, klor gazını savaş alanında bizzat test edebilmek için cephe komutanlarından birini ikna etmiş, ve Almanlar Ypres’te bu silahı kullanmıştı. Bazı tarihçiler, Haber’in kimyasal gaz kullanarak savaşı hızlıca bitireceğine inandığını belirtiyor. Bu açıdan, çok çok az da olsa hak verilebilir bir durum gibi gözükse de, savaşın 3 sene daha sürmesi, bu düşünceyi önemsiz kılıyor. Üstelik kimyasal silah kullanımındaki rahatlık, kullanımının daha da yaygınlaşmasını sağlıyor. Kimi kaynaklar, Haber’in eşinin bu yüzden intihar ettiğini ve Haber’in daha sonra, tıpkı Alfred Nobel gibi, kimyasal silah kullanımına karşı çıktığını belirtse de, anektotlar ve aktarımlar bilimin ve dolayısıyla bizim işimiz değildir. Ancak, bir Musevi olan Haber’in akrabalarının toplama kamplarında kimyasal gazlarla öldürülmesi, Haber’i daha da ilgi çekici bir kişilik haline getiriyor.
Yazımızın başında bahsettiğimiz gibi, Haber’i daha da ilgi çekici yapan bir konu daha var. Haber, kimyasal silahların babası olarak anıldığı gibi suni gübrelerin babası olarak da adlandırılmalı. 1910’larda dünya nüfusu 1,8 milyar iken 2016 itibariyle 7,5 milyara çıktı. Bu dört kat artışı beslemek, neredeyse tek başına Haber-Bosch prosesi sayesinde olmuştur diyebiliriz. Carl Bosch ve Fritz Haber’in 1909’da bulduğu Haber-Bosch prosesi, atmosferde bolca bulunan azottan amonyak üretmeye yarayan bir işlemdir. Bu işlem, suni gübre üretiminin ilk aşamasıdır. Amonyak üretmenin bir yolunu arayan Haber ve Bosch ikilisi, atmosferdeki azotu direkt olarak bitkilerin yiyeceği haline getirmeyi başararak dünyanın bu sorununa kökten bir çözüm getirmiş ve 1918’de Kimya dalında Nobel Ödülü’ne layık görülmüşlerdir. Fritz Haber, bilim insanları tarafından nüfus patlamasının bir nedeni olarak gösterilir. Ancak şunu da belirtmekte fayda var: Savaş başlamadan önce, 1913’te, İngilizlerin Almanya’ya uyguladığı sodyum nitrat ambargosu Almanya’yı iki şekilde etkilemişti: Birincisi, sodyum nitrat doğal bir gübreydi. Almanya’nın tarım verimi azalacaktı. İkincisi, belki de en sinsi olanı, bu suni gübrenin aynı zamanda işlenerek patlayıcıya dönüştürülmesi konusundaki sıkıntıydı. Almanya mühimmatsız kalacaktı. Nitekim 1913’teki ambargo üzerine Almanya, Haber’in prosesiyle amonyak üretmeye başladı. Artık, patlayıcıları amonyaktan üreteceklerdi. Dünyanın seyri bu nedenle (Haber’in prosesi nedeniyle) bir kez daha değişmişti.
Berlin’de bulunan Yahudi Müzesindeki (Jüdisches Museum Berlin) tek bilimsel gösterim parçası, Fritz Haber’in amonyak üretim prosesi düzeneğidir. Düzinelerce Yahudi bilim insanı arasından sadece onun düzeneğine yer verilmesi, amonyak üretiminin tarihi ve toplumsal değerini göstermektedir.
Daha önce de amonyak üretiliyordu. Ancak, Haber’in amonyak üretim prosesi, önceki yöntemlere göre ucuzdu ve hızlıydı.
Proses kısaca şöyledir:
N2 + 3 H2 → 2 NH3
3 mol hidrojen gazı, 1 mol azot gazı ile tepkimeye girer ve 2 mol amonyak oluşur. Ancak bu kağıtta gösterildiği kadar kolay değildir. Bu iki gazı alıp bir kapta alelade karıştırırsanız, ortaya amonyak çıkmaz. Özellikle azot gazı (N2) eylemsiz bir gazdır, yani kolay kolay tepkimeye girmez. İki azot atomundan oluşur ve aralarında kuvvetli üç bağ vardır. Bu üç bağın da kırılıp, her bir bağa bir tane hidrojen atomu bağlanmasıyla amonyak oluşacaktır. Üç bağın kırılması 150-250 bar basınç, 400-500 C0 derece sıcaklık ve demir katalizörler yardımı sayesinde olur. Azot bağları koparıldıktan sonra bu bağlara hidrojen bağlanması işten bile değildir.
Yazımıza bir sonuç bölümü koymakta zorlandık. Çünkü savaş çok ağır ve incitici bir konu. Fritz Haber hakkında düştüğümüz ikileme Richard Feynmann gibi Manhattan projesinde çalışmış diğer saygıdeğer bilim insanları için de düşebiliriz. Burada ikilemi çözmek siz okuyucularımıza kalıyor. Belki de hiç ikileme girmeyip bilimin zevkli tarafıyla da ilgilenebilirsiniz. Ancak bilimle ilgilenmekle kalmayıp, onu seviyorsanız durum başka bir hal alır. Bilim bir sevgili gibidir. Onun size uymayan taraflarını da kabul etmek zorundasınız.
Dilerseniz sonuç bölümümüzü Carl Sagan’a bırakalım… Sagan, The Skeptical Inquirer’ın 1990 yılında yayınlanan”Neden Bilimi Anlamalıyız?” başlıklı makalesinde şöyle diyor:
“Biliyorum ki, bilim ve teknoloji sadece dünyaya iyilikler saçan bir çiçek sepeti değildir. Bilim insanları nükleer silahlar üretmekle kalmayıp, ülke liderlerini önce kendi milletlerinin bunu üretmesi konusunda ikna etmişlerdir. Bu sebeple insanların bilim ve teknoloji dendiğinde korkmasının bir nedeni vardır. Ve bir de, çizgi filmlerde beyaz önlük giymiş Dr. Faust, Dr. Frankenstein ve Dr. Strangelove gibi çılgın bilimadamı imajı var. Ancak bunun bir geri dönüşü yok. Tüm bilim insanlarının, ahlak olarak çökmüş teknologların, güç delisi ve yozlaşmış politikacıların eline çok fazla güç vereceği sonucuna varamayız. Tıptaki ve ziraatteki ilerleme, tarih boyunca savaşlarda hayatını kaybeden insan sayısından daha fazla sayıda insan hayatını kurtarmıştır. Ulaşım, iletişim ve eğlence anlayışındaki ilerleme dünyayı iyi yönde değiştirmiştir. Bilimin kılıcının iki yanı da keskindir. Bilimin bu olağanüstü özelliği, bizlere ve politilacılara teknolojinin uzun vadedeki olası sonuçlarına daha fazla dikkat göstermek gibi  önemli bir sorumluluk verir. Bize küresel ve nesiller arası yeni bir perspektif verir. Bizi şovenizmden ve nasyonelizmden kaçınmaya teşvik eder. Yoksa hatalar pahalıya mal olur.”
Düzenleyen: Ayşegül Şenyiğit (Evrim Ağacı)
Kaynaklar ve İleri Okuma:

DNA’mızda Gizli Bir Bilgi Katmanı Bulundu

Kuramsal fizikçiler, kim olduğumuzu belirleyenin sadece DNA’mıza kodlanmış enformasyondan ibaret olmadığını doğruladı. DNA’nın kendi üzerine katlanma biçiminin de hangi genlerin bedenlerimizde ifadesinin (ekspresyonunun) olacağı üzerinde etki yaptığı ortaya kondu.

Bu biyologların yıllardan beri bildiği bir şeydi1. Hatta DNA’nın katlanmasından sorumlu olan proteinlerin bir kısmını belirlemeyi de başarmışlardı2. Şimdi ise bir grup fizikçi, simülasyonlar kullanarak bu gizli bilginin evrimimizi nasıl kontrol ettiğini ilk kez olarak gösterdi.

Bu gelişme pek çok bilimcinin kulağına yeni bir haber olarak gelmeyebilir ama konuya aşina olmayanlar için ikinci düzey DNA enformasyonu hakkında kısa bir özet geçelim. Muhtemelen lise yıllarında, Watson ile Crick’in 1953’te kimliğimizi belirleyen DNA kodunun G, A, S ve T harflerinin bir dizisinden oluştuğunu keşfettiklerini öğrenmişsinizdir. Guanin, adenin, sitozin ve timini simgeleyen bu harflerin sıralaması, hücrelerimizde hangiproteinlerin üretileceğini belirler. Yani eğer gözleriniz kahverengiyse, bunun nedeni DNA’nızda irisinizin içinde koyu renk pigment üretecek bir proteini kodlayan belli bir harf dizisi olmasıdır.

Ama öykü bu kadarla kalmıyor. Çünkü bedeninizdeki tüm hücreler tıpatıp aynı DNA kodu ile işe başlıyor olmasına rağmen, her organ başka bir işleve sahip oluyor. Örneğin mide hücrelerinizin kahverengi göz proteini üretmesi gerekmez, ama sindirim enzimleri yapmaları lazımdır. Peki bu nasıl oluyor?

80’li yıllardan beri bilimciler bu süreci kontrol edenin, DNA’nın hücrelerimiz içindeki katlanış biçimi olduğunu biliyor3. Çevresel etkenlerin de bu süreçte payı olabiliyor. Mesela stresin epigenetik yoluyla bazı genleri açık veya kapalı konuma getirebildiği biliniyor. Fakat asıl kontrol mekanizması DNA katlanmasının mekaniğinden kaynaklanıyor. Bedenimizdeki herbir hücre yaklaşık 2 metre uzunluğunda DNA taşıdığında, sığabilmek için DNA’nın nükleozom adı verilen bir öbek biçiminde sıkıca paketlenmesi gerekiyor.

İşte DNA’nın bu paketlenişi, hücre tarafından hangi genlerin okunacağını yönetiyor. Paketin içinde kalan genler proteinler tarafından ifade edilmiyor; sadece dışta kalanların ekspresyonu gerçekleşiyor. Bu durum, aynı DNA’yı taşıyan hücrelerin nasıl olup da farklı işlevleri olabildiğini açıklıyor.

Son yıllarda biyologlar DNA’nın katlanış yöntemini belirleyen mekanik yönergeleri ortaya çıkarmaya başladı. Gelelim kuramsal fizikçilerin bu konuyla ne ilgisi olduğuna… Hollanda’da bulunan Leiden Üniversitesi’nden bir ekip, bir adım geriye gidip sürece genom ölçeğinden bakarak, bu mekanik yönergelerin de aslında DNA içinde kodlanmış durumda olduğunu bilgisayar simülasyonları ile doğruladı.

Helmut Schiessel liderliğindeki fizikçiler, ekmek mayasının ve fisyon mayasının genomlarını simüle etti ve sonra onlara tüm mekanik yönergeleri içeren rastgele ikinci düzey DNA bilgisi atadı. Bu yönergelerin DNA’nın nasıl katlanacağını etkilediğini ve hangi proteinlerin ifade edileceğini belirlediklerini gördüler. Böylece DNA mekaniğinin de DNA’nın içinde gizli olduğu ve evrimsel açıdan kodun kendisi kadar önemli olduğu anlaşılmış oldu. Bunun anlamı, DNA mutasyonlarının canlıyı etkilemesinin birden fazla yolu olduğu demek oluyor. DNA’daki harfler değiştirilerek de farklılık yaratılabilir, DNA’nın katlanışını belirleyen mekanik yönergeler değiştirilerek de farklılık yaratılabilir.

Sonuçları PLOS One dergisinde yayımlanan bu çalışma, biyologların zaten bildiği birşeyi doğrulamış oldu. Fakat işin heyecan verici yanı, bilgisayar simülasyonlarının devreye girmesiyle birlikte DNA’yı biçimlendiren mekanik yönergelerin kontrolünde bilimcilere yeni olasılıklar doğmuş olması. Belki bir gün istenmeyen genlerin ifadelerinden korunmak için DNA’nın katlanma biçimini değiştirebiliriz.

 


Kaynaklar:

  • Bilimfili,
  • Leiden Üniversitesi, “Second layer of information in DNA confirmed”
    < http://www.physics.leidenuniv.nl/index.php?id=11573&news=889&type=LION&ln=EN >
  • Science Alert, “Physicists confirm there’s a second layer of information hidden in our DNA”
    < http://www.sciencealert.com/scientists-confirm-a-second-layer-of-information-hiding-in-dna >

İlgili Makale: Behrouz Eslami-Mossallam, Raoul D. Schram, Marco Tompitak, John van Noort, Helmut Schiessel Multiplexing Genetic and Nucleosome Positioning Codes: A Computational Approach PLOS ONE Published: June 7, 2016http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0156905

Notlar:
[1] Eran Segal, Yvonne Fondufe-Mittendorf, Lingyi Chen, AnnChristine Thåström, Yair Field, Irene K. Moore, Ji-Ping Z. Wang and Jonathan Widom A genomic code for nucleosome positioning Nature 442, 772-778 (17 August 2006) | doi:10.1038/nature04979; Received 16 March 2006; Accepted 14 June 2006; Published online 19 July 2006
[2] https://en.m.wikipedia.org/wiki/Trithorax-group_proteins
[3] http://www.nature.com/milestones/geneexpression/milestones/articles/milegene16.html

Antibiyotik Dirençli Bakterilerle Savaşa Yeni Bir Antimikrobiyal Madde Katıldı

Yeni bulunan bakteri E.coli’yi sadece 30 saniyede öldürebiliyor. Gün geçtikçe antibiyotik direncin artmasıyla süper bakterilerden kaynaklı endişe büyüyor. Bu nedenle antibiyotiklere direnç kazanan güçlenmesi nedeniyle , başa gelebilecek en kötü senaryoyu engellemek için daha fazla araştırma yaparak yeni ilaçların geliştirilmesi gerekiyor. Neyse ki, Singapur’dan bilim insanlarının katkılarıyla geçtiğimi yıllarda umut vadeden gelişimler yaşanıyor. Yeni geliştirilen madde sadece mikropları çabucak öldürmekle kalmıyor, aynı zamanda antibiyotik  dirençli bakteri üremesini engelliyor.

İmidazolyum oligomerleri olarak adlandırılan madde, Singapur Fen Teknoloji ve Araştırma Ajansı’nın bir kolu olan Biyomühendislik ve Nanoteknoloji Enstitüsü’nden bilim insanları tarafından geliştirildi.

Zincirimsi moleküler yapısı sayesinde mikropları hızla öldürmüyor , onları sepetlemekte de oldukça etkili. İmidazolyum oligomerleri bakterinin hücre membranını engelleyerek , yeni antibiyotik dirençli suşların türemesini engelliyor. Diğer antibiyotik mikropları öldürebilse de , onları temizlemeyi ihmal ediyor.

Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa ve Candida albicans gibi antibiyotik dirençli bakterilerin % 99,9’unu 2 dakikanın altında öldürebiliyor.

“Eşsiz maddemiz bakteriyi hızla öldürebilir ve antibiyotik dirençli bakteri gelişimini inhibe edebilir. Bilgisayar destekli kimya çalışmalarının desteklediği zincir benzeri bileşik hücre membranına saldırıyor. Ayrıca bu maddenin kullanımı güvenli çünkü, pozitif yük taşıdığından, kırmızı kan hücrelerine hasar vermeden daha fazla negatif yüklü bakteriyi hedefliyor,” diyor IBN Grup Lideri Dr Yugen Zhang. Ekibin geliştirdiği bu madde sabun ve diş macunu gibi hijyen ürünlerinde kullanılan triklosan antibiyotik direnci geliştirdiğinden,onun yerine kullanılabilir.

Ekibin geliştirdiği bu beyaz tozumsu madde, suda çözünerek evlerin ve hastanelerin sterilizasyonundan kullanılan alkollü spreylerde kullanılabilir.

Bu yeni madde sayesinde antibiyotik dirençli bakterilerin yayılması engellenebilir.

Ekibin araştırması Small dergisinde yayınlandı. Sağlıklı E.coli İmidazolyum oligomerine maruz kalan bakterileri zarları parçalanıyor.

Kaynak:

  • GerçekBilim
  • Siti Nurhanna Riduan, Yuan Yuan, Feng Zhou, Jiayu Leong, Haibin Su, Yugen Zhang, Ultrafast Killing and Self-Gelling Antimicrobial Imidazolium Oligomers First published: 17 February 2016 DOI: 10.1002/smll.201600006

Alkollü Bir Geceden Kalan Vücudunuzda Meydana Gelen Değişimler

Akşamdan Kalmaların Arkasındaki Fizyolojik ve Biyokimyasal Mekanizmalar

  1. Dehidrasyon ve Elektrolit Dengesizliği
    Alkolün idrar söktürücü etkisi, vazopressin (antidiüretik hormon, ADH) salınımını baskılayarak idrara çıkma oranının artmasına yol açması nedeniyle ortaya çıkar. Bu da dehidrasyona ve ardından elektrolit dengesizliklerine yol açabilir. Dehidrasyon, susuzluk, ağız kuruluğu ve baş ağrısı gibi semptomlara önemli bir katkıda bulunur.
  2. Alkol Metabolizması ve Toksik Yan Ürünler
    Alkol (etanol) karaciğerde alkol dehidrojenaz (ADH) enzimi tarafından asetaldehide metabolize edilir, bu da asetaldehit dehidrojenaz (ALDH) tarafından daha az zararlı bir madde olan asetata parçalanır. Asetaldehit birikimi – hızlı alkol alımı veya ALDH’deki genetik eksiklik (bazı popülasyonlarda yaygındır) nedeniyle – bulantı, kusma, kızarma ve genel rahatsızlığa neden olabilir. Bu toksik ara madde akşamdan kalma şiddetinde merkezi bir rol oynar.
  3. Vazodilatasyon
    Alkol vazodilatasyona (kan damarlarının genişlemesi) neden olarak baş ağrısına yol açar. Bu etki, kan hacmini daha da azaltabilen ve zonklama hissine katkıda bulunan dehidrasyon ile birleşir.
  4. Uyku Bozukluğu
    Alkol bir yatıştırıcı görevi görerek uykunun başlamasına yardımcı olsa da, onarıcı uyku için kritik bir aşama olan hızlı göz hareketi (REM) uykusuna müdahale eder. Parçalı uyku düzeni ertesi gün yorgunluk, bilişsel bozulma ve genel bir halsizlik hissiyle sonuçlanır.
  5. Hormonal ve Nörokimyasal Yollar Üzerindeki Etkisi
    Alkol tüketimi hormonların ve serotonin, dopamin ve norepinefrin gibi nörotransmitterlerin dengesini bozar. Bu durum ruh halini değiştirebilir ve anksiyete (“hangxiety”) gibi akşamdan kalma semptomlarını şiddetlendirebilir.
  6. Konjenerlerin Rolü
    Konjenerler alkol üretiminde fermantasyon ve yaşlandırma süreçlerinin yan ürünleridir. Koyu renkli likörler (örn. viski, brendi, kırmızı şarap) tipik olarak daha açık renkli likörlere (örn. votka, cin) kıyasla daha yüksek düzeyde konjener içerir. Belirli bir konjener olan metanol, toksik formaldehit ve formik aside metabolize olarak akşamdan kalma semptomlarını yoğunlaştırır.
  7. Yaşa Bağlı Hassasiyet
    Azalan toplam vücut suyu, düşük metabolik verimlilik ve azalan enzim aktivitesi gibi yaşa bağlı fizyolojik değişiklikler, yaşlı bireyleri alkolün etkilerine karşı daha hassas hale getirir.

Akşamdan Kalma Efsaneleri ve Yanılgıları

  1. Önleyici Tedbir Olarak Su
    Susuz kalmamak dehidrasyonu önleyebilir ancak alkol metabolizmasının diğer etkilerini hafifletmez. Alkolle birlikte su içmek bazı rahatsızlıkları azaltabilir ancak akşamdan kalmayı önlemez.
  2. “İçkileri Karıştırma” Efsanesi
    Farklı türde alkollü içeceklerin karıştırılması akşamdan kalmayı doğal olarak kötüleştirmez. Algılanan etki muhtemelen içkileri karıştırırken toplamda daha fazla alkol tüketmekten kaynaklanmaktadır.
  3. “Son İçki” Efsanesi
    Akşamdan kalmalık için son içkiyi suçlamak yanıltıcıdır. Akşamdan kalmanın şiddetini son içkinin belirli bir zamanlaması değil, alkol tüketiminin genel miktarı ve hızı belirler.

Akşamdan Kalmayı Önleme Stratejileri

  1. Moderasyon
    Alkol alımını sınırlamak en etkili önleme stratejisidir. İçkileri aralıklı içmek ve protein ve yağ oranı yüksek yiyecekler tüketmek alkol emilimini yavaşlatabilir.
  2. Hidrasyon
    Alkollü içecekleri su veya elektrolit açısından zengin sıvılarla değiştirmek dehidrasyonla ilişkili semptomları hafifletmeye yardımcı olabilir.
  3. Daha Az Bileşen İçeren Alkol Seçimi
    Votka veya beyaz şarap gibi daha açık renkli içecekleri tercih etmek, şiddetli akşamdan kalma riskini azaltabilir.
  4. İçmeden Önce Yemek Yemek
    İçki içmeden önce yemek tüketmek alkol emilimini yavaşlatabilir ve kandaki en yüksek konsantrasyonunu azaltabilir.

Akşamdan Kalmalar İçin Tedavi Seçenekleri

Akşamdan kalmalığın bir tedavisi olmasa da, aşağıdaki çareler semptomları hafifletmeye yardımcı olabilir:

  1. Dehidrasyon: Su veya elektrolit yenileyici solüsyonlar için.
  2. Ağrı Kesici: İbuprofen gibi steroid olmayan anti-enflamatuar ilaçlar (NSAID’ler) baş ağrısına yardımcı olabilir, ancak mide astarı ve karaciğer üzerindeki etkileri nedeniyle dikkatli kullanılmalıdır.
  3. Dinlenme: İyileşme için yeterli uyku şarttır.
  4. Sistein Açısından Zengin Gıdalar: Yumurta ve diğer sistein açısından zengin gıdalar glutatyon seviyelerini artırarak asetaldehitin detoksifikasyonuna yardımcı olabilir.
  5. Vitamin Takviyeleri: Bazı kanıtlar B vitaminleri ve çinkonun akşamdan kalma şiddetini azaltabileceğini göstermektedir.

Keşif

20. Yüzyıl Öncesi: İlk Gözlemler

Tarihsel Kayıtlar:

  • Mezopotamya, Mısır ve Yunanistan’dan gelen antik metinler, baş ağrısı, mide bulantısı ve yorgunluk gibi semptomları tanımlayarak alkolün aşırı tüketiminin etkilerini belgelemektedir.
  • Çözümler büyük ölçüde anekdot niteliğindeydi ve bilimsel doğrulamadan yoksundu.

20. Yüzyılın Başından Ortalarına: İlk Bilimsel İlgi

1930’lar-1940’lar:

  • Alkol metabolizması üzerine yapılan erken çalışmalar, asetaldehiti etanol oksidasyonunun toksik bir yan ürünü olarak tanımlamaktadır.
  • Asetaldehit birikimi ile akşamdan kalma semptomları arasındaki bağlantı ortaya çıkmaya başlar ancak mekaniksel netlikten yoksundur.

1950’ler-1970’ler:

  • Araştırma, alkol kaynaklı semptomlarda dehidratasyon ve elektrolit dengesizliğinin rolünü de içerecek şekilde genişler.
  • Konjener Hipotezi: Çalışmalar, alkollü içeceklerdeki etanol dışı bileşiklerin (örn. metanol, tanenler, füzel yağları) akşamdan kalmalığı kötüleştirdiğini, koyu renkli içkilerin ise daha şiddetli olduğunu göstermektedir.

1980’ler-1990’lar: Sistematik Araştırma

1980’ler:

  • Araştırma, akşamdan kalma semptomlarını kötüleştirmede uyku bozulmasının rolünü vurgulamaktadır.
  • Ortaya çıkan kanıtlar, alkolün REM uykusunu engellediğini ve uyku parçalanmasını artırarak yorgunluğa ve bilişsel işlev bozukluğuna katkıda bulunduğunu göstermektedir.

1998:

  • Swift, R. ve Davidson, D. Alcohol Health & Research World‘de “Alcohol Hangover: Mechanisms and Mediators” adlı makaleyi yayınladı.
  • Mevcut bilgileri, akşamdan kalmalıkları anlamak için kapsamlı bir çerçeveye sentezler.
  • Dört birincil aracıyı vurgular:
  • Asetaldehit Toksisitesi: Mide bulantısı, baş ağrısı ve diğer semptomları tetikleyen etanol metabolizmasının bir yan ürünüdür.
  • Dehidratasyon ve Elektrolit Dengesizliği: Alkolün diüretik etkisi sıvı kaybını şiddetlendirir.
  • Konjenerler: Alkoldeki etanol olmayan bileşikler şiddeti artırır.
  • Bağışıklık Tepkisi: İltihabın akşamdan kalma patofizyolojisinde rol oynayabileceğini öne sürer.

2000’ler: Mekanistik Anlayıştaki Gelişmeler

2000-2010:

  • İltihaplanma Hipotezi: Araştırma, interlökin-6 (IL-6) ve tümör nekroz faktörü-alfa (TNF-α) gibi iltihaplı sitokinleri yorgunluk ve halsizlik gibi akşamdan kalma semptomlarının aracıları olarak tanımlıyor.
  • Etanol metabolizmasının neden olduğu oksidatif stresin doku hasarına ve akşamdan kalma semptomlarına önemli bir katkıda bulunduğu öne sürülüyor.

Uyku ve Sirkadiyen Faktörler:

  • Çalışmalar, alkolün melatonin üretimini baskıladığını, uyku kalitesinin düşmesine ve akşamdan kalma etkilerinin şiddetlenmesine neden olduğunu doğruluyor.

Nörotransmitter Düzensizliği:

  • Bulgular alkolün glutamat ve gama-aminobütirik asit (GABA) seviyelerini bozduğunu, akşamdan kalmalar sırasında beyin fonksiyonlarını ve ruh hali düzenlemesini bozduğunu göstermektedir.

2010’lar: Çok Sistemli Perspektifler

Kapsamlı Modeller:

  • Araştırma, sistemler arası mekanizmaları birleştirerek akşamdan kalmaların metabolik, bağışıklık, sinir ve endokrin sistemleri arasındaki etkileşimleri içerdiğini vurgulamaktadır.

Biyokimyasal Belirteçler:

  • Oksidatif stresin (örn. malondialdehit) ve inflamasyonun (örn. C-reaktif protein) yüksek belirteçleri şiddetli akşamdan kalmalarla ilişkilidir.

2020’ler: Yenilikler ve Uygulamalar

Önleme ve Tedavideki Gelişmeler:

  • Çalışmalar, daha önceki çerçevelerde özetlenen mekanizmaları hedef alan beslenme ve farmakolojik müdahaleler geliştiriyor:
  • Dihidromirisetin (DHM): Alkolün etkilerini etkisiz hale getirmek için GABA reseptörlerini düzenleyen bir bileşik.
  • Oksidatif stresi azaltmak için antioksidanlar.

Kişiselleştirilmiş Tıp:

  • Genetik çalışmalar, akşamdan kalmalığa yatkınlığı etkileyen ADH (alkol dehidrogenaz) ve ALDH (aldehit dehidrogenaz) gibi enzimlerdeki polimorfizmleri tanımlıyor.

Günümüzün Temel Çerçeveleri:

  • Sistemik İltihaplanma: Bağışıklık aktivasyonunun akşamdan kalma patofizyolojisinin merkezinde olduğunun kabulü.
  • Bütünleşik Modeller: Hangover artık aşağıdakileri içeren bir multisistem bozukluğu olarak görülüyor:
  • Alkol metabolitlerinin toksisitesi (örn. asetaldehit).
  • İnflamatuar sitokin salınımı.
  • Uyku ve sirkadiyen bozulmalar.
  • Nörotransmitter dengesizliği.


İleri Okuma
  1. Swift, R., & Davidson, D. (1998). Alcohol Hangover: Mechanisms and Mediators. Alcohol Health & Research World, 22(1), 54–60.
  2. Kruisselbrink, L. D., Martin, K. L., & Megeney, M. (2006). Dehydration and Hangovers: Investigating the Myths. Journal of Human Kinetics, 10, 35–44.
  3. Allsop, S. (2016, June 6). Got a hangover? Here’s what’s happening in your body. The Conversation. Retrieved from https://theconversation.com/got-a-hangover-heres-whats-happening-in-your-body-51027
  4. Evans, R. W., Sun, C., & Lay, C. (2007). Alcohol hangover headache. Headache: The Journal of Head and Face Pain, 47(2), 277–279. https://doi.org/10.1111/j.1526-4610.2006.00684.x
  5. Prat, G., Adan, A., & Sánchez-Turet, M. (2009). Alcohol hangover: A critical review of explanatory factors. Human Psychopharmacology: Clinical and Experimental, 24(4), 259–267. https://doi.org/10.1002/hup.1047
  6. Rohsenow, D. J., Howland, J., Arnedt, J. T., Almeida, A. B., Minsky, S., Kempler, C. S., & Sales, S. (2010). Intoxication with bourbon versus vodka: Effects on hangover, sleep, and next‐day neurocognitive performance in young adults. Alcoholism: Clinical and Experimental Research, 34(3), 509–518. https://doi.org/10.1111/j.1530-0277.2009.01116.x
  7. Verster, J. C., & Stephens, R. (2010). The Importance of Sleep in Alcohol Hangover. Current Drug Abuse Reviews, 3(2), 76–80.
  8. Penning, R., van Nuland, M., Fliervoet, L. A. L., Olivier, B., & Verster, J. C. (2010). The pathology of alcohol hangover. Current Drug Abuse Reviews, 3(2), 68–75.

Sonik Kirpi: Parmak Yaratma Sürecinin Ardındaki Genler, Çalışma Prensipleri ve Evrim

Ana rahmindeki gelişimin 51. günündeki bir bebeğin parmakları…
Yazımıza bir uygulamayla başlayalım. Başparmağınızı avuç içinize doğru kıvırın veya işaret parmağınıza yapışık tutun. Hatta uygulamanın daha gerçekçi olması için başparmağınızı ya avcunuzun içine ya da işaret parmağınıza bir bant yardımıyla sabitleyin. Elinize de günlük hayatımızın vazgeçilmezi olan cep telefonunuzu alın. Göreceksiniz ki başparmağınız olmaksızın kullanmak imkânsız olacak… Hayat ne kadar da zor olurdu değil mi başparmağımız şu anki konumundan farklı olsaydı ya da hiç var olmasaydı! Şimdi de bir su bardağını tutmaya çalışın başparmağınız olmaksızın. Yine göreceksiniz ki bardağı bu haldeyken tutmak normal haldekinden çok daha zor. Bunlar en basitinden bizim çağımızın sorunları… Ancak aynı sorunlar, doğada da benzer karşılıklara sahiptir: başparmağımız olmaksızın alet üretmemiz imkansıza yakın olacaktır. Hatta başparmağımız olsa; ancak şu anda yapabildiğiniz gibi diğer 4 parmağın karşısına gelemese bile bir alet üretmeniz, onu yetkinlikle kullanmanız, şu andakinden çok daha zor olurdur.
Doğanın acımasız olduğu bir gerçektir. Her ne kadar bizler doğanın bu acımasızlığını bir nebze yenmiş olsak da, oralarda bir yerlerde hala bir kovalamaca, hala bir yemek bulma/canını kurtarma mücadelesi devam ediyor. Bu açıdan baktığımızda ise, yaşamı kolaylaştıran her uzuv av/avcı için bir avantaj demek oluyor. Bir primat için ise tutunmayı, kavramayı kolaylaştıran bir “parmağın”, yani sadece 5-10 santimetre uzunluğundaki bir uzvun önemi oldukça büyük oluyor.
Birçok canlı, ana rahminden veya yumurtadan çıkmadan, çok ciddi değişimlerden geçiyor. Örneğin insanlar, bizi “insan” yapan fiziksel özelliklerin büyük bir kısmını ana rahminde geçirdikleri zamanların son birkaç ayında kazanıyor. Bu nedenle, başparmak gibi hayati bir organın evrimini anlamak için, embriyomuzu tanımamız gerekiyor. Bunun içinse, ana rahmine geri dönmemiz gerekiyor!
Farklı canlı türlerinin 3 ayrı evredeki embriyo karşılaştırması…
Doğadaki tüm canlıların ortak bir atadan geldiği gerçeğini düşündüğümüzde yukarıdaki farklı türlerin 1-2 haftalık olan embriyolarının benzer olması son derece doğaldır. Ayrıca, memeliler ve sürüngenler arasında ufak farklılıklar ile birlikte hayvanların embriyolojik gelişim süreçleri de son derece benzerlik göstermektedir. Bir memeli için bu gelişim sürecini 4 basamağa ayırabiliriz;
Bölünüm: Bu aşamada hızlı bir şekilde mitoz bölünmeler serisi gerçekleşir fakat orijinal zigotta bir büyüme gözlenmez. İnsanların gelişimi sırasında bu aşamada 4-8 hücre oluşur. Bu dönemi art arda gelen 5 bölünme sonucu üretilen 32 hücrenin oluştuğu morulla evresi izler.
Blastula: 128 hücreden (7 bölünme sonrası) oluşan embriyoya blastula denir. Bu aşamada artık hücreler farklılaşmaya başlar ve vücut boşluğunun temelleri atılır. Bu boşluk oluşumuna memelilerde “blastosit” denir. Bu aşamayı gastrula izler.
Gastrula: Bu aşamada eşey tabakalarının gelişimi tamamlanır. Bu tabakalar ektoderm (en dıştaki tabaka), endoderm (en içteki tabaka) ve mezodermdir. Gastrulanın yapısını aşağıda görebilirsiniz.
Embriyonun evreleri…
Organ oluşumu (organogenez): Bir önceki aşamada oluşan eşey tabakalarının artık farklılaşıp gruplanarak organları oluşturmaya başladığı evredir. Ektoderm tabakası farklılaşarak, sinir dokuyu, deri ve deriden türeyen yapıları, korneayı ve göz lenslerini; endoderm farklılaşarak, tiroid paratiroid ve timus bezlerini, üreme bezlerinin epitel dokusunu, üretra ve sidik kesesinin epitel dokusunu; mezoderm ise farklılaşarak, iskelet, düz ve kardiyak kaslarını, kan, kemik iliği ve lenfoid dokuyu ve ürogenital sistem organlarını oluşturur.
İnsan bebeğinin gelişim aşamaları…
Fotoğraftan da görebileceğiniz gibi, 17. haftanın sonunda bir insan embriyosunda bazı uzuvların şekilleri belli ölçüde seçilebilir duruma gelmiş oluyor. Bu da yine organogenez ile başlayan “hücre farklılaşması” sürecinin bir parçası. Bu farklılaşmayı daha iyi anlamak için görüş açımızı biraz daha genişletmemiz gerekiyor.
Biraz önce de söylediğimiz gibi, bu gelişim 2 farklı üreme hücresinin birleşmesi sonucu oluşan ve tek bir hücre olan zigottan başlayarak devam etmektedir. Tahmin edebileceğiniz gibi, zigotun da kendine has bir genetik kodu var ve bölünüm aşamasında yalnızca mitoz bölünme geçirerek aynı genetik koda sahip hücreler oluşturuyor. Yani, bizim şu anki genetik kodumuz aslında daha bizler zigot iken belliydi. Ayrıca, vücudumuzun herhangi farklı dokusundan alınacak olan hücrelerde de yine zigot ile ve birbiri ile aynı genetik koda sahip olduğu da görülebilir. Fakat bu kod her hücrede aynı olmasına rağmen, hücrelerin görevlerinin birbirinden farklı olması durumu söz konusudur. Bu durumu da “gen ifadesi” denen bir süreç ile açıklayabiliriz.
Gen İfadesi
Gen ifadesi, özetle, hücre içinden ve/ve ya dışından gelen özel sinyaller sonucu genetik olarak kodlanmış olan ürünlerin üretilmesidir (bu ürünler bazı istisnai durumlarda protein-harici moleküller olsalar da, çoğu zaman proteindirler; bu nedenle yazımızın geri kalanında bu ürünlerden “proteinler” olarak bahsedeceğiz). Bu sürecin bir hücreye ve ya hücre grubuna en büyük getirisi çevre koşullarına uyum sağlamalarını kolaylaştırıyor olmasıdır. Sürecin yardımıyla canlının doğaya uyum sağlayabileceği özellikler, yetenekler oluşuyor. Bu özelliklere sahip canlılar hayatta kalıyor, çevreye uyum sağlayabiliyor. Evrimsel açıdan bakacak olursak, çevreye uyum sağlamanın önemi kuşkusuz ki çok büyük. İşte bu süreç sayesinde ortama uyum sağlamış olan hücreler nesillerini devam ettirmiş ve bu sürece sahip olan hücreler seçilmiştir.
Gen ifadelerinin kontrol edilmesi süreci iki aşamada incelenebilir: Okuma (transkripsiyon) ve dönüştürme (translasyon). DNA’dan elde edilen RNA kopyalarının üretilme sürecine transkripsiyon denir ve bu süreç ökaryotlarda üç ayrı RNA polimeraz enzimi tarafından gerçekleştirilir ve her enzim ayrı bir görev üstlenir.
RNA Polimeraz Enzimi’nin çalışması…
Görselden de görebileceğiniz gibi, RNA polimeraz enzimi (RNAP) DNA üzerinde hareket eder ve okunması gereken yerleri, yani aktif kısımları okuyarak RNA için uygun bir hale getirir. RNA polimeraz okunması gereken kısmın sonunda geldiğinde durarak görevini tamamlar. Bu süreci başlatan sinyallere “transkripsiyon faktörleri” denir. Bu aşamayı genetik bilginin proteine çevrilme süreci, yani translasyon süreci izler.
Transkripsiyon sürecinde okunan DNA parçaları yine bu süreçte oluşturulan mesajcı RNA (mRNA) adı verilen RNA molekülleriyle üretimin gerçekleşeceği yere taşınır. Okunan parça üzerindeki üçerli nükleotit dizilerine kodon denir. Her bir kodon özel bir amino asidin taşıyıcı RNA (tRNA)’ya bağlanmasını sağlar. Bu kodonlar sayesinde bağlanan amino asitler tRNA’lar sayesinde ise proteini oluşturacak komplekse taşınır ve burada tepkimeye sokulan amino asitler, üretilmesi beklenen proteinleri oluşturur.
Tüm bu süreç, yine genlerimizdeki bilgiler ve kimyasalların yapısal uyumu veya uyumsuzluğu ile sürdürülmektedir. Yani süreç bir defa başladıktan sonra, adeta domino taşları gibi zincirleme tepkimeler birbirini takip eder. Tıpkı dominoda olabileceği gibi, gen ifadesinde de hatalar olabilir ve bunun sonucunda hatalı proteinler oluşur. Kimi zamansa bu hatalar ifadeden değil, ifadeyi kontrol eden genlerde meydana gelen mutasyonlardan kaynaklanır. Bu tür hatalar çoğu zaman etkisizdir veya çok ufak etkilere sahiptir (bu ufak etkiler yararlı veya zararlı olabilir). Geri kalan nadir zamanlardaysa bu hatalar büyük sorunlara neden olabilir ve hastalıklar oluşur. Ancak bu, ayrı bir yazımızın konusu olabilir. Şu anda sadece genlerin ve genlerden üretilen proteinlerin vücudumuzun şekillerini nasıl oluşturduğuna odaklanacağız.
Bu noktada da farkına varacağımız ilk şey, üretimin olduğu yerde bir kontrol mekanizmasının da olması gerektiğidir. Buna genel olarak “gen ifadesinin kontrolü” adı verilir (evet, çok yaratıcı!). Bu süreç sayesinde üretilecek proteinin ne olduğu ve bu proteinin ne kadar üretileceği kontrol edilir. Aynı zamanda hatalı proteinler ayıklanır, geri dönüştürülür veya gerekiyorsa hücreden atılır.
Gen İfadelerinin Kontrolü
Gen ifadelerinin kontrolü süreci üç şekilde gerçekleşir: Transkripsiyon Seviyesi Kontrolü, İşlemleme Seviyesi Kontrolü (Processing-Level Control) ve Translasyon Seviyesi Kontrolü. Transkripsiyon seviyesi kontrolünde en büyük görev transkripsiyon faktörlerindedir. Bahsettiğimiz gibi, transkripsiyon faktörleri genel olarak transkripsiyon sürecini başlatan proteinler olarak bilinirler. Bu proteinler RNA polimerazın da bağlandığı gen bölgesi olan “promotor” bölgeye bağlanırlar. Bu bölgede oluşan protein kompleksine son olarak da RNA polimeraz eklenir ve transkripsiyon başlamış olur. Trankripsiyon faktörleri sadece transkripsiyonu başlatmakla kalmaz, transkripsiyon oranını arttırabilir ya da transkripsiyonun başlamasını engelleyebilir de. Oranı arttıranlara “artırıcılar (enhancers)” engelleyenlere de “susturucular (silencers)” denir. İşte bu tip transkripsiyon faktörleri sayesinde gen ifadeleri kontrol edilebilir, hangi proteinin sentezleneceği ve ne kadar sentezleneceği belirlenebilir.
Bir diğer kontrol etme süreci ise İşleme Seviyesi Kontrolü’dür. Bu sürecin detaylarından bahsetmeden önce bazı terimlerden bahsetmemiz gerekiyor. Bir genden işlemlenen ve bu işlemlenme sonucu oluşan RNA’da bulunan bir grup nükleotit dizisine “ekson” denir. Protein üretimi için kullanılacak asıl kodlar bunlardır. “Uçbirleştirme” sürecinden önce bu ekson gruplarını birbirinden “intron” denen nükleotit grupları ayırır. Fakat uç birleştirme sürecinden sonra intronlar ortadan kaldırılarak anlamlı kısımlar yani eksonlar bir araya getirilir. Bu uç birleştirme süreci de yine eksonlara ve intronlara bağlanan “uçbirleştirme faktörleri (splicing factors)” tarafından kontrol edilir. Bu faktörler kontrol edici proteinlerle bağ kurarak protein kompleksleri oluştururlar ve ardından uçbirleştirme süreci başlar. Uçbirleştirme sürecinde görev alan proteinlerin nereye bağlandığını ve bu sürecin nasıl işlediğini aşağıdaki şemadan öğrenebilirsiniz.
Bahsedeceğimiz son kontrol mekanizması ise Translasyon Seviyesi Kontrolü. Bu süreç temel olarak amino asit üretimini sağlayan mRNA’in bir çok yönden kontrol edilmesi ile gerçekleştirilir. Biz yazımız için daha önemli olduğundan sadece mRNA’nın yerleşmesinin kontrol edilmesinden bahsedeceğiz. mRNA’nın nereye yerleşeceğini RNA bağlayıcı proteinler, bağlanacak lokalizasyon dizimini (zip kodu olarak da bilinir) tanımlayarak belirlerler. Sonraki süreçte ise hücre iskelet sistemi elemanlarından olan mikrotübüller ve diğer motor proteinler mRNA’nın yerleşeceği bölgeye transferi için önemli rol oynarlar. Bu süreç embriyo gelişimi sırasında embriyonun ön-arka ekseni gelişimi için çok önemlidir. Bu eksenin gelişi sonucunda, baş ve kuyruk boyunca uzuvların nerelerde bulunacağı belirlenir.
Özetle bu mekanizmalar sayesinde dokularımız aynı genetik koda sahip olsa da farklı görevler üstlenebilir. Vücudumuzun şekli ve organlarımızın yerleşimi de yine bu mekanizmalar yardımıyla şekillenir ve bu mekanizmalar sayesinde hayatımızı düzgün bir şekilde sürdürebiliriz. Şimdi bir örnekle anlatımımızı biraz daha pekiştirip ana konumuza geçelim.
HOX Geni
HOX proteinleri HOX genleri tarafından sentezlenen transkripsiyon faktörleridir. Bu proteinler DNA üzerindeki özel nüleotit dizilerine bağlanarak bazı genleri aktifleştirirken bazı genleri baskılar. Bizim için önemi ise embriyonik gelişim sürecinde ön-arka eksen gelişimini düzenlemesidir. Aşağıdaki fotoğrafta Drosophila melanogaster türü bir sineğin vücudunun hangi bölümlerinde hangi HOX genlerinin aktif olduğunu görebilirsiniz.
Bu farklı genlerin hepsi farklı görevleri olan proteinlerin sentezlenmesine yardımcı olurlar ve böylece ön-arka eksen boyunca farklı yapıların oluşmasına yardımcı olurlar.
Bu sinek türünde 8 adet HOX geni mevcuttur. Homo sapiens’te ise bu genlerin sayısı daha fazladır. Aşağıdaki tablodan bizlerde bulunan HOX genlerini görebilirsiniz.
Dikkat ettiyseniz sinek türünde de bir primat türünde de HOX genleri bulunmaktadır ve ana işlevleri aynıdır. Bu genlerde oluşabilecek bir mutasyon, yapısal bozukluklara yol açabilir. Örneğin gelişimi sırasında bir kelebekte HOX genlerinde mutasyon olması durumunda ekstra kanat oluşabilir, benzer bir durum da insanlarda parmak sayısının artması şeklinde görülebilir. Bazı omurgalılarda ise, HOX genlerinin mutasyonu sonucu omurgalarında problemler oluşabilir. Yani tüm hayvanlar aleminde bu genler mevcuttur ve aktiftir. Bu da HOX genlerinin evrimsel kökeninin çok eskiye dayandığının kanıtıdır.
Sonik Kirpi Geni
Gelişim sürecinde etkili olan bir diğer önemli gen ve bizim de asıl ilgilendiğimiz gen olan Sonik Kirpi genidir. Bu gende kodlanmış olan ve daha sonra sentezlenecek olan Sonik Kirpi proteinleri, embriyonik gelişim boyunca uzuvların, beynin ortahattının, spinal kordun ve dişlerin gelişimini düzenler. Düzenleme mekanizmasının detayına girmeden önce genin keşfinden ve isimlendirilmesinden biraz bahsedelim.
1950 ve 60 yıllarda bir grup biyolog iskelet modelinin nasıl oluştuğunu anlamak için tavuklar üzerinde deneyler yaptılar. Bu deneylerdeki amaç embriyoların dokularının gelişim üzerine etkisiydi. Gelişim evresindeki üyelerin dokularıyla ilgilenen Edgar Zwilling ve John Saunders isimli bilim insanları üyelerdeki kemik düzeninin gelişimini 2 tane dokunun kontrol ettiğini buldular. Devam eden çalışmalarda farklı bakış açıları kazanılmış oldu. En ilgi çeken ve araştırmacılar sonuca en fazla yakınlaştıran deney ise bir tavuk embriyosu üzerinde yapıldı. Bu deneyde, gelişimin ilk evrelerindeyken, üye tomurcuğunun serçe parmağın oluşacağı tarafından alınan bir doku parçası diğer tarafa, birinci parmağın oluşacağı yerin hemen altına aşılandı. Civciv gelişmeye ve kanat oluşturmaya bırakıldı. Kanat gelişimi normaldi; ancak, parmak takımının tam bir kopyası oluşmuştu. Daha tuhaf olansa, parmakların yerleşim düzeniydi: yeni parmaklar, normal parmak takımının ayna görüntüsü şeklinde dizilmişti. Belli ki doku parçasının içindeki bir şey, belki bir molekül veya gen, parmakların yerleşim düzeninin gelişimini yönlendirebiliyordu.
Bu sonuç, art arda bir dizi başka deneyle defalarca tekrarlandı ve söz konusu etkinin pek çok değişik yolla ortaya çıkabileceği anlaşıldı. Devam eden araştırmalar sonucunda bu aşılanan doku parçasına, kutuplaştırıcı etkinlik alanı (Zone of Polarizing Aktivity – ZPA) adı verildi. Parmak oluşumu için ZPA’da bulunan ve henüz ne olduğu keşfedilemeyen molekülün konsantrasyonunun önemli olduğu düşünülüyordu. Bu doğrultuda yapılan bir deneyde, ZPA parçası ile üyenin geri kalan kısmı arasına çok minik bir folyo parçası yerleştirildi. Amaç, bu folyoyla ZPA’dan diğer tarafa herhangi bir molekülü geçirmeyecek bir bariyer oluşturmaktı. Araştırmacılar, bu bariyerin her iki yanındaki hücrelere ne olduğunu inceledi. ZPA tarafındaki hücreler parmak oluştururken, diğer taraftakiler çoğunlukla oluşturmuyor, oluşturduklarında ise ciddi kusurlar ortaya çıkıyordu. Bu deneyden sonra konsantrasyonun önemli olduğu da kesinleşmiş oldu.
İlerleyen yıllarda, genetik biliminin de gelişmesiyle, Drosophila melanogaster üzerinde yapılan deneylerde bir tür genin kanat oluşumuna yardımcı olduğu bulundu ve bu gene “Kirpi” geni dendi. Araştırmacılar hemen diğer hayvanlarda da bu geni aramaya koyuldu ve ZPA’da aktif olan bu genin diğer hayvanlarda da olduğunu buldular.
İsimlendirme de basitti; araştırmanın yapıldığı sineklerde bir kirpininkine benzer dikenler vardı. Bu yüzden de “kirpi geni” ismi verildi. Bu genin tavukta bulunan versiyonuna ise bir video oyunundan da esinlenerek “sonik kirpi geni” dendi.
Kirpi proteini ailesi memelilerde üç bireye sahiptir. Hint Kirpi Proteini bunlardan biridir ve endokondral kemikleşme sürecinde görev alır. Diğeri Çöl Kirpi Proteinidir ve bu protein ise morfonogenez sürecinin kontrolüne yarayan sinyalleri kodlar. Son üyeleri ise biraz önce de görevlerinden bahsettiğimiz Sonik Kirpi Proteini.
Sonik kirpi proteinleri aslında embriyolojik gelişim sırasında birçok sinyal merkezinden salgılanan sinyallerdir. Örneğin, nöral tüpün karın bölgesindeki kutuplaşmayı başlatması için notokord (embriyonun iskeletine verilen isim) tarafından gönderilen bir sinyal olarak da karşımıza çıkabilir.
Bu protein üzerinde yapılan çalışmalarda, parmak gelişimi ve kutuplaşmasında nasıl görev aldığı net olarak anlaşılmıştır. Sonik kirpi genin transkripsiyonu kolu/bacağı oluşturacak tomurcukların merkezden uzak ucunun ektodermal yapısından salgılanan ikinci set sinyallerin varlığında gerçekleşir. Bu sinyaller transkripsiyonu tetikler. Fakat henüz bu sinyallerin sonik kirpi genini nasıl hedef aldığı net bir şekilde anlaşılamamıştır. Genin moleküler işlemeleri endoplazmik retikulumda gerçekleşir (tranlasyon ve kontrol işlemleri her protein için aynı şekilde işlediğinden o kısmı tekrar anlatmıyoruz). Bu işlemenin ardından sonik kirpi proteinine kolesterol bağlanır, kolesterolün bu süreçte en önemli rolü Sonik kirpi genini hücre zarı içerisindeki aktivite alanını ve hücre dışına salınımını sırasındaki difüzyonunu kısıtlamasıdır. Kolesterolün farklılaşması sonucunda Smith–Lemli–Opitz sendromu gibi bazı doğuştan gelen sorunlar oluşabilir. Kolesterolün bağlandığı protein amacına uygun olan yere gitmek üzere hücre dışına çıkar. Gerekli merkeze ulaşır ve burada üzerine düşen görevi yapmaya başlar.
Bu genin kol/bacak tomurcuklarının uçlarındaki mezenşimin hücrelerinde ifadelendirilmesi, uzvun ön-arka eksen gelişimi için son derece önemlidir. Farelerde bu genin eksikliğinde uzvun yapısal olarak düzgün gelişmediği görülmüştür.
Ayrıca polarizasyonu sağlaması sayesinde de elimizin bir ucundaki parmak diğerinden farklıdır.
Bu mekanizmanın düzenli çalışması uzuvların düzgün bir şekilde oluşması demek oluyor ve başta dediğimiz gibi, doğada yaşamını devam ettirmek için kovalamaca oynamak zorunda olan canlılar için ise bu mekanizmanın önemi daha fazla. İşte yaşamayı kolaylaştıran, avı yakalamayı, avcıdan kaçmayı sağlayan uzuvların oluşumu genel olarak bu ve bu tarz süreçler sonucu ortaya çıkıyor. Bizlerin atalarının evrimsel süreçte tırmanmak için ve kavramak için avantaj sağlayan parmaklarının gelişmesini de sonik kirpi genlerine borçluyuz. Muhtemelen bu genlerden mahrum kalanlar nesillerini devam ettiremediler ve doğa tarafından elendiler. Bizler ise, başarılı genlerin eseri olarak bugünlere geldik.
Uzuv ve parmak oluşumunu etkileyen tek transkripsiyon faktörü yalnızca sonik kirpi proteini değil tabii ki, fakat şu ana kadar mekanizması en iyi anlaşılmış olan ve üzerinden en çok çalışılan protein bu proteindir. Bir kuşun kanadı, bir balinanın yüzgeci veya bir insanın elini genetik olarak karşılaştırdığımızda sonik kirpi genine ulaşabilmekteyiz. Bu genin de evrimsel geçmişi HOX genleri kadar eskiye dayanıyor ve evrimin gerçekliğini bir kez daha gözler önüne seriyor.
Kaynaklar ve İleri Okuma:
  1. Molecular Biology of the Cell
  2. Developmental Biology
  3. Ulster Medical Journal
  4. Molecular Pathology
  5. Molecular Genetics and Metabolism
  6. Harvard University
  7. UCLA
  8. MadSci
  9. MetaLife
  10. AustinCC
  11. Neil Shubin, İçimizdeki Balık, Sf. 57 – 75
  12. Gerald C. Karp, Cell Biology, 6.edt, Sf. 164 – 171, 241- 265
  13. Sadava, Life, 10. edt, Sf. 286 – 301

Canlılığın Kökeni Bilmecesinde RNA Bazları Sorununa Çözüm Önerildi

Almanya’nın Münih kentinde bulunan Ludwig Maximilian Üniversitesi’nden bir grup kimyacı, adenin ve guaninpürinlerinin kolayca ve makul bir verimle nasıl sentezlenebileceğini göstererek, RNA‘nın Dünya üzerinde canlılığın yeşermesini sağlamış olabileceğine ilişkin yeni kanıtlar sundu. Science dergisinde yayımlanan makalelerinde ekip, RNA’nın kendini kopyalayan ilk molekül olduğuna ve nihayetinde gezegenimizdeki tüm canlıların ortaya çıkışına yolaçtığına işaret eden kanıtları arama süreçlerini anlatıp, elde ettikleri bulguları açıklıyorlar.

Uzun yıllardan bu yana çok sayıda bilimci, gezegenimizdeki yaşamın bir dizi olay sonucu oluşan RNA moleküllerisayesinde başladığı düşüncesine katılıyordu. RNA bu konuda güçlü bir adaydı, çünkü hem bilgi depolayabiliyor hem de katalizör görevi görüyordu. Kuramı desteklemek için araştırmacılar Dünya’nın erken dönemlerindeki koşullara dayanarak, RNA’nın hangi koşullar altında belirebileceğini göstermeye çalıştı. RNA’nın dört temel yapıtaşından ikisi olan urasil ile sitozinin nasıl ortaya çıkabileceğinin gösterilmesi nispeten kolay oldu. Ancak diğer ikisi olan adenin ile guaninin oluşumu konusunda sorunlar vardı. Yapılan bu son çalışmada, yaşamın başladığı düşünülen zamanın koşulları göz önüne alınarak, adenin ve guaninin oluşabileceği bir senaryo betimleniyor.

Araştırmacılar ilk olarak daha önce yapılmış olan bir çalışmayı geliştirmekle işe başlamış. Söz konusu çalışmada,formamidopirimidin adlı molekülün belli koşullar altında pürinleri oluşturacak tepkimelere girebildiği ortaya konmuştu. Ekip, bir amine (bol miktardaki karbon, azot ve hidrejenden kolayca oluşabilir) asit eklemenin, pürin oluşturacak bir tepkimenin gerçekleşmesini sağlayabileceğini keşfetti. Ayrıca oluşan pürin kolayca formik asit ile bağ yapabiliyor, ki yakın zamanda yapılan araştırmalar formik asitin kuyruklu yıldızlarda bolca bulunduğunu gösterdi.

Bu da şu anlama geliyor: Bir kuyruklu yıldız gezegende doğru yere düşerse, taşıdığı formik asit varolan pürinlerle karşılaşabilir. Böyle bir olay sonucu oluşan tepkimeler, şekerlerle bağların gelişmesine ve dolayısıyla adenin ile guanin de dahil olmak üzere, büyük miktarda pürinin oluşmasına yol açabilir. Bu şekilde, RNA moleküllerinin oluşumu için gereken tüm bileşenler hazır hale gelebilir ve canlı organizmaların gelişeceği ortam kurulabilir.

 


Kaynak:

  • Bilimfili,
  • Phys.org, “Chemists offer more evidence of RNA as the origin of life”
    < http://phys.org/news/2016-05-chemists-evidence-rna-life.html >

İlgili Makale: S. Becker et al. A high-yielding, strictly regioselective prebiotic purine nucleoside formation pathway, Science (2016). DOI: 10.1126/science.aad2808

Bir Tutam Kabartma Tozu Görüşümüzü Geliştirebilir Mi ?

Bikarbonat (kabartma tozu); maden suyunun (soda) köpürmesine, hamurun kabarmasına, kokunun absorbe edilmesine sebep olur ve diş temizliği de dahil olmak üzere çeşitli şeylerin temizliğinde kullanılabilir. Vücutta ise, bikarbonat; sindirime yardımcı olur, pH’ın tamponlanmasında önemli role sahiptir ve fiziksel gayret sırasında üretilen laktik asiti nötrleştirir. Vücudumuzdaki bikarbonatın çoğu bütün hücrelerde atık olarak üretilenkarbondioksitten kaynaklanır. Bunun yanı sıra, tükettiğimiz karbonatlı içecekler ve bazı karbonat içeren besinler de bikarbonat kaynağıdır.

Journal of Biological Chemistry ‘de yayınlanan Harvard University ve Salus University’nin yaptığı ortak çalışmada, araştırmacılar, bikarbonatın; ışığı saptayan koni ve çubuk fotoreseptörleri tarafından oluşturulan görsel sinyalleri düzenlememizi nasıl değiştirdiğini tanımladılar.

Koni ve çubuk fotoreseptörleri bünyesindeki cGMP isimli küçük çözülebilir bir molekül; foton alımını fotoreseptörün elektrik aktivitesine bağlıyor. Işıkta, cGMP bozulmuş haldedir ve iyon kanalları kapalıdır. Pozitif yüklü sodyum iyonlarının çubuk ve konilere girişi durur ve zar, daha negatif ya da hiperpolarize hale gelir. Bikarbonat ise; direkt olarak cGMP sentezinden sorumlu guanilat sikraz enzimini uyarır.

Harvard University ‘den makale yazarlarından Clint Makino:

“Işığın etkisinin tersine çevrilmesiyle, bikarbonat; foton tepki büyüklüğünü sınırlandırır ve toparlanmasını hızlandırır. Sonuç olarak da; ışığa duyarlılık biraz azalır ancak hareket eden objeleri takip edebilme yetisi gelişir. Asıl şaşırtıcı olan ise; –elbette ki doğrulamak için daha fazla araştırmaya ihtiyaç var ancak– görüş, metabolik düzeyde değişebilir. Bazı retinal hastalıklarda, genetik bozukluk; konilerde ve/veya çubuklardaki cGMP ‘nin ölümcül düzeyde anormal seviyelere yükselmesine sebep oluyor. Bir kez kaybedildiğinde de koni ve çubuklar yenilenemez, bu yüzden de geri dönüşü olmayan körlük trajik son olur” diyor.

İlerleyen zamanlarda, bilimciler; gözdeki bikarbonat seviyesini kontrol ederek göz hastalıklarının gelişimini yavaşlatma ya da tamamen engelleyebilme olanaklarını araştırmayı planlıyorlar.


Makale Referansı: Bicarbonate Modulates Photoreceptor Guanylate Cyclase (ROS-GC) Catalytic Activity, J. Biol. Chem. published March 12, 2015 as DOI: 10.1074/jbc.M115.650408

Kaynak:

  • Bilimfili,
  • “A pinch of baking soda for better vision?”, http://phys.org/news/2015-03-soda-vision.html

Nanoteknoloji Sayesinde Yan Etkisi Olmayan Obezite İlaçlarına Çok Yakınız

Çağımızın hastağı obezitenin insan sağlığı üzerindeki olumsuz etkileri artık birçok insan tarafından biliniyor. Obezite ile savaşmanın belki de en kolay yöntemi egzersiz yapmak olsa da, hali hazırda obezite sorunu olan bireylerin egzersiz yapabilmeleri de oldukça zor. Ayrıca büyük şehirlerdeki yaşam tarzı egzersiz yapmak için gerekli zamanı bulmamızı neredeyse imkansız hale getirirken, beslenme alışkanlıklarımızı da hızlı tüketilen gıdalara yönlendiriyor. Bu sebeple bilim insanları obezite ile savaşta ilaç tedavisinin üzerinde de duruyorlar. Fakat geliştirilen ilaçların çoğu obeziteyi tedavi edeceğini öne sürerken birçok olumsuz yan etkisiyle de vücudun farklı bölümlerine zarar veriyor.

MIT’den bilim insanlarının da yer aldığı bir araştırma grubunun geliştirdiği nanoparçacıklar, anti-obezite ilaçlarını doğrudan yağ hücrelerine iletebiliyor. Bu yöntemle tedavi edilen fareler, 25 gün içerisinde vücut ağırlıklarının %10’unu hiçbir olumsuz yan etki olmadan kaybettiler.

Geliştirilen bu ilaç, yağ depolama hücreleri tarafından yapılan beyaz yağ dokunun, yağ yakan hücreler olan kahverengi yağ dokusuna dönüştürülmesi ile çalışıyor. Bu ilaç ayrıca yağ dokunun içerisinde yeni kan damarları gelişimini de uyarıyor ve nanoparçacıkların beyaz yağ dokuyu hedefleyip kahverengi yağ dokuya çevirmesini olumlu yönde destekliyor.

Aslında bu ilaçlar yeni değiller. Fakat araştırma takımının geliştirdiği yeni yöntem sayesinde bu ilaçlar yağ dokularına oldukça hatasız iletilerek, istenmeyen yan etkiler engellenebiliyor.  Yani nanoteknoloji sayesinde kullanılan ilaç yalnızca istenilen etkiyi ortaya çıkartıyor.

160502161116_1_540x360
Görselde üst kısımda beyaz yağ dokunun kahverengi yağ dokusuna dönüşümünü ve kan damarlarının gelişimini görebilirsiniz. Görselin alt kısmında ise solda geliştirilen nanoparçacığın içeriğini ve sağda da bu nanoparçacığın transmisyon elektron mikroskopisi ile alınmış görüntüsünü görebilirsiniz.

Yağı Hedeflemek

Bu araştırmada görev alan bilim insanları, anjiyogenez olarak bilinen yeni kan damarları gelişiminin yağ dokuyu dönüştürerek kilo kaybına yardımcı olduğunun bulgularına daha önce ulaşmışlardı. Fakat anjiyogenezi destekleyen ilaçların, vücudun geri kalanı için zararlı etkileri vardı.

Bu sorunun üstesinden gelebilmek için bilim insanları, geçtiğimiz yıllarda kanser ve diğer hastalıkların tedavisi için geliştirilen nanoparçacık ilaç iletim stratejisini kullandılar. Nanoparçacıklar sayesinde yalnızca istenilen bölge hedeflenerek etkili dozda ilaçlar yalnızca istenilen bölgeye iletilebiliyor ve vücudun diğer bölgelerindeki ilaç birikimi minimuma indiriliyor.

Araştırmacıların geliştirdiği ve birçok medikal aygıt ve ilaç iletim parçacığında kullanılan polimer olan PLGA’ya bağlı nanoparçacıklar, hidrofobik çekirdekleri içerisinde ilaçları taşıyorlar. Bu çekirdekler içerisinde iki farklı ilaç bulunuyor. Bu ilaçlardan birisi diyabetin tedavisi için onaylanmış fakat yan etkilerinden dolayı yaygın bir şekilde kullanılamayan rosiglitazone. Diğeri ise bir tip insan hormonu olan prostaglandin’in analoğu. Bu iki ilaç, anjiyogenezi ve yağ doku dönüşümünü tetikleyen PPAR adındaki hücresel reseptörü aktif hale getiriyorlar.

Nanoparçacıkların dış kabuğu ise başka bir polimer olan PEG’den oluşuyor. PEG sayesinde parçacıklar istenilen hedefe ulaşmak için gerekli moleküllere yapışıyorlar. Hedeflenen bu moleküller kan damarlarının duvarlarındaki proteinlere bağlanıyorlar.

Araştırmayı yürüten bilim insanları, geliştirdikleri parçacıkları obez fareler üzerinde test ettiler. Bulgulara göre; fareler yaklaşık olarak vücut ağırlıklarının %10’unu kaybederlerken kolesterol ve trigliseridlerin seviyelerinde azalma gözlemlendi. Ayrıca farelerin insülin duyarlılığı da arttı. Fakat farelere 25 gün boyunca her gün bu yöntemle ilaç verilmesine rağmen, herhangi bir yan etki gözlemlenmedi.

Normalde bu tarz ilaçların, iletimindeki zorluklar sebebiyle damara enjekte edilmesi gerekiyor. Fakat bilim insanlarının geliştirdikleri parçacıklar sindirim sisteminden kan akışına dahil olabiliyor. Yani bu ilaçlar hap şeklinde de alınabilecekler.


Kaynak: Bilimfili

İlgili Makale: Yuan Xue, Xiaoyang Xu, Xue-Qing Zhang, Omid C. Farokhzad, and Robert Langer. Preventing diet-induced obesity in mice by adipose tissue transformation and angiogenesis using targeted nanoparticles.PNAS, May 2016 DOI: 10.1073/pnas.1603840113

Bitkilerin Çiçeklenme Mekanizması Çözüldü

Avustralya Monash Üniversitesi araştırmacıları, bitkilerin ısınan hava ile birlikte çiçek açmaya başlamalarını sağlayan mekanizmayı çözmeyi başardı. Ulaştıkları sonuçları Nature Plants dergisinde yayımladıkları makale ile açıklayan ekip, bu keşfin bitkilerin fizyolojik tepkilerinin kontrol edilmesi ve küresel ısınma nedeniyle yükselen sıcaklıkların etkisinin düzenlenmesi konusunda yararlı olabileceğini belirtiyor.

Sureshkumar Balasubramanian liderliğindeki araştırmacılar, Arabidopsis çiçekli bitkisi üzerinde genetik, moleküler ve bilgisayar hesaplamalarından yararlandıkları biyoloji deneyleri gerçekleştirdi. Balasubramanian, iki temel hücresel sürecin birlikte işleyerek, normalde bitkinin çiçeklenmesini engelleyen bir proteinin miktarını azalttıklarını ifade ediyor. Böylece bitki, artan sıcaklıkla beraber çiçek üretmeye başlıyor.

“Bu son derece heyecan verici, çünkü bu genetik mekanizmaların birlikte nasıl işlediklerini anladıkça, bitkilerin farklı sıcaklıklarda çiçeklenmesini sağlayabileceğimiz teknolojiyi geliştirebiliriz. Bu mekanizmalar tüm organizmalarda var. Dolayısıyla edindiğimiz bu bilgiyi, tarımsal bitkiler için kullanabiliriz,” diye açıklıyor Balasubramanian.

Aslında Balasubramanian, sıcaklığa bağlı çiçeklenmenin genetik temelini keşfedeli on yıl oluyor. Ancak mekanizmanın keşfi, bilgisayarlı hesaplama yöntemlerinin mümkün olmasıyla beraber yeni yapılabildi.

Balasubramanian’ın laboratuvarında çalışan ve makalenin baş yazarı olan doktora sonrası araştırmacısı Sridevi Sureshkumar şöyle değerlendiriyor: “Çevresel değişimler karşısında başka genleri de kontrol edebilen benzer mekanizmaları araştırmak çok iginç olacak.”

Sureshkumar Balasubramanian (en sağda) ve laboratuvarında çalışan araştırmacılar birlikte görlüyor.

 


Kaynak:

  • Bilimfili,
  • Monash Üniversitesi, “Mechanism discovered for plants to regulate their flowering in a warming world”
    < http://www.monash.edu/news/show/mechanism-discovered-for-plants-to-regulate-their-flowering-in-a-warming-world >

İlgili Makale: Sridevi Sureshkumar, Craig Dent, Andrei Seleznev, Celine Tasset & Sureshkumar Balasubramanian Nonsense-mediated mRNA decay modulates FLM-dependent thermosensory flowering response in Arabidopsis, Nature Plants, nature.com/articles/doi:10.1038/nplants.2016.55

Alzheimer Hastalığından Sorumlu İki Protein : Amiloid ve Tau

Araştırmacılar yıllardır iki anormal proteinin, tau ve amiloid betanın; beyinde nasıl biriktiğini ve sonucunda Azheimer hastalığına sebebiyet verecek olan hasarı nasıl oluşturduğunu araştırmaya devam ediyor. Özellikle hangisinin demansın (unutkanlık) itici kuvveti olduğu incelenirken bu sorunun cevabı yeni bir araştırma ile biraz daha netlik kazandı.

Douglas Mental Health University Institute’te Dr. Pedro Rosa-Neto önderliğindeki bir araştırma ekibi tarafından gerçekleştirilen ve Molecular Psychiatry dergisinde yayımlanan araştırmada, ilk kez bu iki proteinin arasındaki etkileşimin, bilişsel bir hasarı bulunmayan bireylerin beyinlerinde hasara yol açtığına dair kanıtlar elde edildi.

Dr. Rosa-Neto’nun açıklamasına göre; bu iki protein de birbirinin toksik etkilerinin artmasına sebebiyet veriyor. Bunun sonucunda da Alzheimer hastalığının da göstergesi olan beyindeki fonksiyon kayıplarına yol açıyor. Buradaki keşif de, tek bir proteindeki anormalliğin hastalığın ilerlemesine sebep olduğunu belirten daha önceki teorilerin bir anlamda sallanmasına sebep oldu diyebiliriz.

Yeni terapötik stratejilere doğru

Araştırmadaki yeni bulguların,bilim insanlarını yeni ve farklı tedavi veya hastalığı geciktirme stratejilerini geliştirmeye iteceğini söylemek çok da yanlış olmayacaktır.

Araştırmanın baş yazarı Dr. Tharick A. Pascoal’un konu ile ilgili açıklaması şöyle: “Şimdiye kadar, terapötik klinik araştırmalar tek bir patolojik süreci hedef alıyordu. Sonuçlarımız, Alzheimer hastalığını önleyecek veya durduracak yeni terapötik stratejiler için bir yol açıyor. Örnek olarak, amiloid ve tau proteinlerinin birikmesine karşı eş-zamanlı olarak kombinasyon terapiler denenmelidir.”

Araştırma ekibi, bilişsel olarak hasar görmemiş 120 (ortalama yaş 75 ve cinsiyet dağılımı eşit) bireyin performanslarını iki yıl süre ile ölçtü ve analiz etti. PET Scan tekniği ile serebrospinal sıvıdan yapılan analiz ile amiloid ve tau proteini seviyelerini ölçen araştırmacılar, Alzheimer hastalığı ile ilgili olan beyin hasarlarına karşı risk altında olan bireyleri de başarı ile tespit etti.

World Health Organization (WHO- Dünya Sağlık Örgütü) raporuna göre 2015 yılında Alzheimer hastalığı Dünya genelinde 30 milyon kişiyi etkiledi.


Kaynak :

  • Bilimfili,
  • T A Pascoal, S Mathotaarachchi, S Mohades, A L Benedet, C-O Chung, M Shin, S Wang, T Beaudry, M S Kang, J-P Soucy, A Labbe, S Gauthier, P Rosa-Neto. Amyloid-β and hyperphosphorylated tau synergy drives metabolic decline in preclinical Alzheimer’s disease.Molecular Psychiatry, 2016; DOI: 10.1038/mp.2016.37