Science dergisinde yayımlanan yeni makalede araştırmacılar "ayna yaşam"ın önündeki potansiyel engelleri ve riskleri inceledi. Ayna organizmalar, doğal yaşamın kiralitesine ters biyomoleküller kullanılarak sentezlendikleri için çeşitli riskleri barındırdıklarını anlatan bu uyarı da Venter Enstitüsü ve pek çok prestijli üniversitede çalışan öncü araştırmacılar yer aldı. Araştırmacılar ters simetriye sahip bu sentetik yaşam formlarının uygulanabilirliğini, güvenlik endişelerini ve benzersiz risklere yönelik konuları değerlendirdiler. 

Science'ta yayımlanan makale, çağdaş biyomühendisliğin en ilgi çekici ve yenilikçi fikirlerinden biri olan ayna organizmaların oluşturulmasını ele alıyor. Ters kiraliteye sahip biyomoleküllerle (doğal yaşamın moleküllerinin ayna görüntüleri) inşa edilen bu varsayımsal yaşam formları, doğal biyolojinin temellerini sorgulatıyor. Makalenin yazarları, bu ters kiralite çalışmalarının gerçekleştirilmesinin hâlâ on yıl veya daha uzun süre sonra gerçekleşebileceğini ifade ederken ayrıca bunun hem olumlu hem de olumsuz etkilerine değiniyorlar.

Ayna Yaşam (Mirror Life) Nedir?

DNA ve proteinler, yani yaşamın yapı taşı olan moleküller, birbirine benzeyen ama "ayna görüntüsü" gibi farklı olan iki versiyona sahiptirler: sağ elli ve sol elli. Tıpkı sağ elinizin, sol elinizin aynadaki görüntüsüne benzediği ama üst üste koyulduğunda tam olarak eşleşmediği gibi ( Avuç içlerinden birleştirdiğinizde eşleşir ancak sağ ve sol elinizi üst üste koyduğunuzda sağ başparmağınız sol serçe parmağınızın olduğu tarafta olacaktır.) moleküllerinde simetrik olan ancak birbiriyle eşlemediği formları vardır.

Wikipedia

Yaşamın temelinde proteinlerin anahtar-kilit uyumu yer alır. Bu durumda da tüm moleküllerin aynı simetriye sahip olması gerekir. Yani DNA ve RNA sağ elli simetride olmalı ve proteinler ise sol elli simetride olmalıdır ki yaşamı sağlayan tüm moleküller bir yap-boz parçası gibi uyumlu olarak işlev görebilsin. Tüm canlılık bu simetri formunda evrimleşmiştir. Yani doğada tüm canlıları oluşturan moleküller aynı simetridedir. Science'da yayınlanan makalede ise dünyadaki yaşam formunu oluşturan moleküler simetrinin tersi moleküler simetriye sahip yani ayna simetrisindeki yaşam formlarının geliştirilmesi ve bunun riskleri ele alınmakta. 

  • DNA ve RNA: Sağ elinizi düşünün. DNA ve RNA'nın yapı taşları olan nükleotitler, sağ el gibi bükülmüş bir şekilde düzenlenmiştir. Bu nedenle "sağ elli" diyoruz.
  • Proteinler: Sol elinizi düşünün. Proteinlerin yapı taşları olan amino asitler, sol el gibi düzenlenmiştir. Bu nedenle "sol elli" diyoruz.

Günlük Hayattan Bir Örnek:

Bir vida düşünün. Vidalar sağa ya da sola dönebilir. Sağ elle sıkılan bir vida sadece sağa dönerek takılabilir, sola dönen bir vida ise bu kurala uymaz, sola çevirmek gerekir. İşte DNA, RNA ve proteinler de bu şekilde çalışır. "Sağ elli" nükleotitler, DNA ve RNA için doğrudur; "sol elli" amino asitler ise proteinlere uyar. Eğer yanlış "elli" formda olsalardı, moleküller birbirine uymaz ve yaşam için gerekli işlevleri yerine getiremezdi.

Bu asimetri, biyolojinin düzgün ve düzenli işlemesini sağlar.

Biyolojik moleküllerin yapısında görülen kiralite (elverişlilik) olgusu bu simetrik formu ifade eder. Kiralite, bir molekülün aynadaki görüntüsünün kendisiyle üst üste gelememesi durumudur. Moleküller, bir sağ el ve bir sol el gibi, birbirinin aynadaki görüntüsü olabilir.

  • DNA ve RNA'daki sağ ellilik: DNA ve RNA'nın yapı taşı olan nükleotitlerin, uzayda belli bir şekilde bükülerek sağ elli bir sarmal oluşturması anlamına gelir. Bu, DNA'nın çift sarmal yapısında da görülen belirgin bir özelliktir.
  • Proteinlerdeki sol ellilik: Proteinlerin yapı taşları olan amino asitler, doğada çoğunlukla yalnızca L formunda (sol elli form) bulunur ve bu form, proteinlerin işlevsel yapısını oluşturan özgün katlanma şekillerini belirler.

Bu biyolojik kiralite, canlıların biyokimyasında evrensel bir özellik olarak karşımıza çıkar ve moleküllerin doğru şekilde etkileşim kurmasını sağlar. Örneğin, eğer DNA ya da amino asitler rastgele sağ ve sol elli formlardan oluşsaydı, biyokimyasal işlemler karmaşık ve düzensiz hale gelirdi. Bu nedenle, hayatın temel taşları belirli bir "elverişli" formda sabitlenmiştir.

Ayna Yaşam Neden Önemli?

Ayna yaşamın oluşturulması, yani moleküler olarak ters simetride canlıların oluşturulması, sentetik biyolojide büyük bir teknik başarı olacaktır. Ayrıca, doğal bağışıklık sistemi tepkilerini atlatabilen ilaçlar gibi uzun ömürlü terapötik uygulamaları geliştirmenin de önünü açabilecek bir uygulamadır. 

Ancak bu teknoloji her şeye rağmen beklenenden daha büyük risk ve tehditlerle birlikte gelmekte. Doğal yaşamın bağışıklık mekanizmalarını alt edebileceği için bu tür organizmalar potansiyel biyogüvenlik riskleri taşıyor. Özellikle, doğal yaşamda bulunmadıkları için ayna bakteriler, bağışıklık sisteminden tamamen kaçabilir ve öldürücü enfeksiyonlara neden olabilir.

Teknik İlerlemeler ve Zorluklar

Araştırmacılar, ayna molekülleri (örneğin, kb boyutunda sol elli DNA veya işlevsel proteinler) sentezlemek konusunda ilerleme kaydediyor. Ancak tam bir ayna organizma yaratmak hâlâ büyük bir zorluk. Günümüze kadar yapay hücreler daha önce geliştirildi. Ancak geliştirilen yapay hücreler doğadaki gibi homokiral yani dünyadaki canlılığın sahip olduğu moleküler simetriye sahipti. 

Ribozom gibi kompleks biyomoleküllerin aynalarını oluşturmak ise şu anki teknoloji ile zor bir çalışma. Ayrıca, sentetik hücreler geliştirme alanında daha fazla ilerleme gerekiyor. Bu teknolojik engellerin aşılması için büyük yatırımlar ve uzun süreler gerekiyor.

Ayna Yaşamın Olası Riskleri

Ayna yaşamın olası risklerini bağışıklık sistemini atlatma, ekosistem üzerindeki etkiler ve biyogüvenlik olarak üç başlık altında incelemek mümkün. 

  • İnsan, hayvan ve bitki bağışıklık sistemleri, doğal kiraliteye bağlı olarak çalışır. Ayna bakteriler bu bağışıklık tepkilerinden kaçabilir. Örneğin, ayna proteinler antijen sunumunda parçalanamayabilir, bu da bağışıklık yanıtını zayıflatabilir.
  • Ayna bakteriler ciddi enfeksiyonlara ve ölümlere neden olabilir.
  • Ayna bakteriler, doğal bakteriyofajlara (virüsler) ve doğal antibiyotiklere direnç gösterebilir. Bu durum, çevrede kontrolsüz şekilde yayılmalarına ve ekosistem dengesini bozarak istilacı türler gibi hareket etmelerine neden olabilir.
  • Laboratuvar ortamında oluşturulan ayna bakteriler, yanlışlıkla çevreye salındığında büyük ölçekli zararlar verebilir. Ayrıca, kasıtlı olarak kötü amaçlarla (biyoterörizm gibi) kullanılmaları da mümkün.

Ayna Yaşamın Olası Faydalı Uygulamaları

Ayna moleküllerin terapötik alanlarda kullanımı umut vaat ediyor. Örneğin, bağışıklık sistemi tarafından algılanamayan ilaçlar geliştirmek veya daha dayanıklı biyolojik materyaller üretmek mümkün olabilir. Bununla birlikte bu uygulamaların geliştirilmesi sırasında bile biyogüvenlik tedbirlerinin alınması gerektiği Science’ta yayınlanan çalışmada vurgulanıyor.

Öte yandan ayna biyomoleküller, uzun ömürlü ve bağışıklık sistemi tarafından reddedilmeyen tedaviler geliştirme, biyokataliz ve biyoteknolojide diğer ilerlemeler sağlama potansiyeline sahiptir. Ayrıca, monoklonal antikorlar gibi faydalı biyolojik bileşenlerin biyolojik üretimi için çok kararlı hücre hatları yaratılabilir. Ancak bu potansiyel faydalar, risklerden daha mı ağır basıyor? Sentetik biyoloji alanındaki birçok lider, bunun böyle olmadığını düşünüyor.

Etik ve Politik Tartışmalar

Science’ta yayınlanan çalışmada ayna yaşamın geliştirilmesi hâlâ uzak bir hedef olsa da, bu teknolojinin yaratabileceği riskler ve olası kötüye kullanımlar göz önünde bulundurularak erken önlemler alınması gerektiği ifade ediliyor.

Bu konuda bilim insanlarının, politika yapıcıların, endüstri temsilcilerinin ve genel halkın katılımıyla geniş çaplı tartışmalar yapılması gerektiği öneriliyor. Geniş katılımlı tartışmaların ayna yaşam araştırmalarına doğru etik ve güvenli bir yön verilmesine yardımcı olabilir.

Ayna yaşam yaratma potansiyeli, benzersiz bir bilimsel dönüm noktasını temsil etse de, göz ardı edilemeyecek biyogüvenlik zorlukları da taşımaktadır.

Kaynak:  Katarzyna P. Adamala et al. ,Confronting risks of mirror life.Science0,eads9158DOI:10.1126/science.ads9158