Büyük Beyinlerimizi Çöp DNA'ya Borçlu Olabiliriz!

İnsan genomunun DNA’sında üç milyar baz çifti vardır, ancak bunların yalnızca %2’si proteinleri kodlar. Proteinleri kodlamayan %98’ine de çöp DNA’nın (ing: junk DNA) denir. Çöp DNA’nın ne olduğu ve gerçekten değersiz bir çöp mü yoksa daha fazlası mı olduğu konusu hala birçok gizemi barındırıyor. Ancak bazı bilim insanları genetik dünyanın bu ‘karanlık maddesinin’ doğasını sorgulamaya başladı.

Bilim insanları bir zamanlar insan genomunun çoğunu “çöp” olarak görüyorlardı. Çünkü genetik kodumuzun büyük bir kısmı, herhangi bir proteini ya da hücreleri çalışır durumda tutmakla görevli karmaşık molekülleri üretmeyi sağlamıyor. Ancak o zamandan beri çöp DNA’nın hücrelerde önemli roller oynadığını keşfettik.

Hatta insan beyninin büyük loblar ve karmaşık bilgi ağlarına sahip olmasını sağlayan genlerin başlangıçta çöp DNA’dan ortaya çıkmış olması da mümkün. Bir çalışmada araştırmacılar, çöp DNA’nın büyük beyinli olmamızda etkisi olabileceğini keşfettiler.

Çöp DNA Nedir?

1990 yılında birçok laboratuvar, insan DNA’sını oluşturan talimatları çözmek için güçlerini birleştirdi. Bu işbirliği İnsan Genom Projesi (HGP) olarak bilinmeye başlandı. Tamamlanmasının ardından, Nisan 2003’te nihayet doğanın insanı inşa etme planını ortaya çıkardık!

Nisan 2003’te tamamlanan İnsan Genom Projesi (HGP) bize ilk kez doğanın bir insan inşa etmek için kullandığı şablonu okuma fırsatı verdi. Bu zaman şeridi İnsan Genom Projesi’nin tarihindeki önemli anları ve basın yayınlarını listeliyor.

İnsan Genomu Projesi sonucunda bilim insanları DNA’mızı sayılara dökmeyi başardılar. Bunun sonucunda yaklaşık 100 milyon baz çiftine karşılık gelen 20.000 ila 25.000 genimizin her birinin benzersiz bir amaca hizmet eden çeşitli proteinlerin kodlanmasından sorumlu olduğunu gördük. Ancak bulgulardan bir tanesi ilginçti. İnsan DNA’sındaki üç milyar baz çiftinin %98-99’u herhangi bir proteini kodlamıyordu. Bu da kodlamayan DNA diğer adıyla çöp DNA olarak adlandırıldı.

Yani çöp DNA terimi, başlangıçta protein kodlamayan DNA kısımlarının tamamı için kullanılıdı. Ancak zaman içinde bu kodlamayan DNA kısımlarının pek çoğunun önemli işlevleri olduğunu anladık. Örneğin bazı kodlamayan DNA kısımları, protein sentezi için hangi genlerin etkinleşeceğini belirleyen anahtarlardı.

Kodlamayan DNA miktarının toplam gen miktarına oranı türler arasında çeşitlilik gösterir. Örneğin insan genomunun (insanlardaki bütün genlerin) yaklaşık %98’i kodlamayan DNA’dır. Bakterilerde ise bu oran ortalama %2 civarındadır.

Bunun yanı sıra kodlamayan DNA kısımları, aktif genlerin arasında büyük boşluklar oluşmasını sağlıyordu. Böylece bir gende meydana gelen mutasyonun diğer genleri etkilemesinin de önüne geçiliyordu. Aslına bakarsanız adli soruşturmalar sırasında DNA örnekleri kullanılarak yapılan kimlik tespitlerinde de büyük ölçüde kodlamayan DNA kısımlarından yararlanılmaktadır.

Çöp DNA’ların Çalışma Prensibi Nedir?

Hücreler, protein üretimini çeşitli şekillerde düzenleyen veya ona yardımcı olan çeşitli RNA molekülleri dizisi oluşturmak için çöp DNA’larının bir kısmını kullanır. Normalde yeni protein kodlayan genler, hücreler çoğaldığında ve DNA’lar kendilerini kopyaladıklarında oluşurlar. Hücreler yeni DNA molekülleri oluşturdukça genetik kodda mutasyonlar ortaya çıkabilir.

DNA’da kodlanan bilgiler haberci RNA (mRNA) adı verilen yeni bir moleküle kopyalanır. DNA gibi mRNA’nın da 4 nükleotid bazı vardır, ancak timin (T)’nin yerini urasil (U) alır. Diğer bir fark ise mRNA’nın tek sarmallı bir molekül olmasıdır.

Bu değiştirilmiş genler, öncekilerden biraz daha farklı proteinleri üretebilir. De novo genler olarak bilinen çöp DNA’dan doğan genler, aniden protein yapma yeteneğini kazandıkları için daha dramatik bir dönüşüm geçirirler.

*Protein sentezini gösteren bir şema*. Kodlamayan DNA miktarının toplam gen miktarına oranı türler arasında çeşitlilik gösterir. Örneğin insan genomunun (insanlardaki bütün genlerin) yaklaşık %98’i kodlamayan DNA’dır. Bakterilerde ise bu oran ortalama %2 civarındadır.

Beyin gerçekten çok ilginç bir organ, özellikle de insan beyni. Beynimiz vücudumuzun %2’sini oluşturmasına rağmen aldığımız enerjinin %20’sini kullanıyor. Yani oldukça maliyetli bir organ kendisi. Onun hakkında çok az şey biliyoruz. Tam olarak bilmediğimiz şeylerden birisi de neden insanların diğer canlılara oranla daha iri beyinlere sahip olduğudur.

Bu Çöp DNA’lar Beyinlerimizin Büyük Olmasının Sebebi de Olabilir

Günümüzde fosil kayıtlarından hareketle beyin hacmimizin, yaklaşık üç milyon yıl önce yaşamış olan atalarımızınkinin üç katına çıktığını söyleyebiliyoruz. Bu büyüme belirli alanlarda, özellikle de ön beynin düşünme, planlama ve öğrenmeyle ilgili kortikal bölgesinde gerçekleşmiştir. Bulgular, çöp DNA’dan üretilen proteinlerin beyin gelişiminde bir role sahip olabileceğini öne sürüyor.

büyük beyin — *İnsan beyninin zaman içerisinde nasıl irileştiğini gösteren bir grafik*

DNA düzeyinde insanları şempanzeler ve bonobolardan ayıran pek bir şey yoktur. Sıralanan DNA parçalarında insan ve şempanze dizileri yüzde 90’ın üzerinde oranda aynıdır. İnsan ve şempanze genomlarını karşılaştırarak insanlarda bulunup şempanzelerde bulunmayan genlerin listesini elde etmek mümkündür. Bu mantıkla hareket eden bilim insanları protein kodlayan DNA’ya dönüşen 74 çöp DNA örneğini belirlediler.

Sonuçlara göre insanlar ve şempanzeler novo genlerin 29’unu paylaşmaktaydı. Kalan 45 novo geniyse insanlar ve şempanzeler yaklaşık 6 milyon yıl önce birbirlerinden ayrıldıktan sonra ortaya çıkmıştı. Bu da genlerin insanlara özgü olduğu anlamına geliyordu.

Bilim insanları bu genlerin 9’unun insan beyninde aktif olduğunu tespit etti. Bu yüzden genlerin işlevlerini birkaç deneyde araştırdılar. Bunun için laboratuvar şartlarında üretilen ve bu genleri taşıyan mini beyinler yetiştirdiler. Genetiği değiştirilmiş farelerde, bu iki gen beynin ortalamadan daha büyük olmasına sebep oldu.

Ayrıca kemirgenlerin beyinlerinde insan benzeri sırtlar ve oluklar oluştuğu görüldü. Ancak mini beyinlerin insan beyinin tüm karmaşıklığını yansıtmadığını ve deneylerde nispeten az sayıda fare kullanıldığını belirtmekte fayda var. Yine de çalışma, çöp DNA’nın bizi insan yapan şey için bazı temel bileşenleri sağlamış olabileceğini öne sürüyor.

Sonuç olarak

Çöp DNA’nın aslında bir çöp olmadığını anladıktan sonra konu ile daha bir çok araştırma çalışması yapılacağı kesindir. Büyük beyinlerimizden söz etmişken, bu yazıya da göz atmanızı öneririz. Beyin Büyüklüğü Ve Zeka Arasında Bir İlişki Gerçekten Var mı?

Kaynaklar ve İleri Okumalar

Humans’ big-brain genes may have come from ‘junk DNA’ . Bağlantı: Humans’ big-brain genes may have come from ‘junk DNA’ | Live Science ; Yayınlanma tarihi: 6 Ocak 2023
An, N.A., Zhang, J., Mo, F. et al. De novo genes with an lncRNA origin encode unique human brain developmental functionality. Nat Ecol Evol (2023). https://doi.org/10.1038/s41559-022-01925-6
Fagundes NJR, Bisso-Machado R, Figueiredo PICC, Varal M, Zani ALS. What We Talk About When We Talk About “Junk DNA”. Genome Biol Evol. 2022 May 3;14(5):evac055. doi: 10.1093/gbe/evac055. PMID: 35535669; PMCID: PMC9086759.

Size Bir Mesajımız Var!

Matematiksel, 2015 yılından beri yayında olan ve Türkiye’de matematiğe karşı duyulan önyargıyı azaltmak ve ilgiyi arttırmak amacıyla kurulmuş bir platformdur. Sitemizde, öncelikli olarak matematik ile ilgili yazılar yer almaktadır. Ancak bilimin bütünsel yapısı itibari ile diğer bilim dalları ile ilgili konular da ilerleyen yıllarda sitemize dahil edilmiştir. Bu sitenin tek kazancı sizlere göstermek zorunda kaldığımız reklamlardır. Yüksek okunurluk düzeyine sahip bir web sitesi barındırmak ne yazık ki günümüzde oldukça masraflıdır. Bu konuda bizi anlayacağınızı umuyoruz. Ayrıca yazımızı paylaşarak veya Patreon üzerinden ufak bir bağış yaparak da büyümemize destek olabilirsiniz. Matematik ile kalalım, bilim ile kalalım.

Matematiksel

Etiketler