Bilimde 2015 Top 10


Raşit Gürdilek

Çığır açacak bilimsel keşif ve uygulamalarla geçen 2015 yılının sonunda özellikle öne çıkanlar, geleneksel olarak editörlerine yaptırdığı seçim sonucunda bilim dergisi Science tarafından açıklandı.

Gen mühendisliğinin “Ford T-modeli”: CRISPR

Science editörleri “yılın açılımı” olarak 10 buluşluk listenin başına, 2012 ve 2013 yılları sonundaki listelerde de yer almış bulunan, geçtiğimiz yılsa başarılı uygulamalarıyla genetik dünyasında popülerliği tavan yapan CRISPR genetik müdahale yöntemini koydular. İlk kez 2007 yılında bir yoğurt firmasınca keşfedilen bir bakteri savunma sisteminden geliştirilen yöntem, adını bakterinin, genetik şifresini DNA olarak taşıyan gruptan olan ve bakteri yiyen (bakteriyofaj) denen bir grup virüse karşı savunma mekanizması olarak geliştirdiği mekanizmadan alıyor.

Daha önceki enfeksiyonlara neden olan virüslerin DNA parçalarını hafızasında tutan bakteri, bu virüslerin yeni bir saldırısına uğradığında, ilgili parçayı bir kılavuz RNA ile istilacı virüsün kalıtım şifresindeki uyan yere gönderiyor ve kılavuza eklemiş olduğu bir enzimle düşman DNA’nın o bölgesini keserek virüsü etkisiz hale getiriyor. CRISPR, adını da bakterinin bu mekanizmada kullandığı ve içine viral DNA örneklerini yerleştirmiş olduğu garip DNA dizgelerinden alıyor. Bunlara “Kümelenmiş düzgün aralıklı kısa palindromic tekrarlar – Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats” deniyor. CRISPR, bakteri tarafından genellikle Cas9 diye adlandırılan bir DNA kesici enzimle birlikte hedefe gönderiliyor.

Bilimcileri son yıllarda en çok heyecanlandıran ve hem üretici firmaların kurulmasına hem de harıl harıl yeni araştırmaların yapılmasına yol açan gelişmelerden biri  de, hasarlı bir geni tamir ya da hatalı bir geni devredışı bırakmak yoluyla mevcut ya da potansiyel hastalıkların tedavisine kapı açan bir teknik. Düzenli aralıklı kısa palindromik tekrar kümeleri (CRISPR) diye adlandırılan teknoloji, adını bakterilerin “bakteriyofaj – bakteri yiyicisi” denen bir grup virüse karşı korunmak için geliştirmiş oldukları bir mekanizmanın parçası olan, tekrarlayan DNA sıralarından almış.Bakteri, Cas9 diye adlandırılan bir proteini, virüsün genomuna uyan bir RNA dizisine bağlıyor ve bu karma yapı virüsün DNA’sını keserek etkisizleştiriyor.  RNA, bir protein parçasına kıyasla laboratuarda sentezlenmesi daha kolay olan bir molekül. Dolayısıyla CRISPR, hedef DNA’yıa kitlenen RNA’nın yerini aldığı için geçtiğimiz yıllarda geliştirilen genom manipulasyonu tekniklerine kıyasla  daha avantajlı.  Şimdi bazı araştırmacılar Cas9 yapılarını, DNA’yı kesmek yerine “budayacak” şekilde değişime uğratmaya çalışırken, biyokimyacılar da yapılarını çıkartıp yapay olarak üretmeye yönelik çalışmalar yürütüyorlar. Başka bazı laboratuvarlar da Cas9 dan daha etkili olabilecek başka Cas proteinlerinin arayışı içindeler.

Genetik mühendisleri, CRISPR’in şifresini çözdükten sonra bunun hem hedef genlerin baskılanmasında, hem de etkinleştirilmesinde kullanılan mükemmel bir müdahale aracı olduğunu keşfettiler ve bu araçla yapılan deneyler ve uygulamalar hızla yayıldı. Birkaç yıl önce kansere karşı bağışıklık sisteminin güçlendirilmesine dayalı olarak geliştirilen tedavi sistemlerinde oynadığı rolle yıldızı parlayan CRISPR-Cas9 kombinasyonu, kullanımı hızla yaygınlaştıkça bir yandan insan sağlığı için yeni ufuklar açan ilerlemeler, öte yandan da insan eşey genlerinin, hatta embriyoların değiştirilmesi deneyleriyle de olası negatif sonuçları ve etik kaygılar nedeniyle “yasak bölge” olarak belirlenen alana da girdi.

Geçtiğimiz yıl bir grup, domuz böbreklerinde insanlar için risk oluşturan bir virüs grubunu CRISPR-Cas9 aracılığıyla tümüyle yok edip domuzlardan insanlara organ naklinin kapılarını araladı. ABD’de insan embriyoları ve eşey hücrelerindeki genlerin “iyileştirilmesine” yönelik deneyler, önde gelen genetikçilerce insan embriyosunun değiştirilmesi çalışmaları için bir moratoryum çağrısına yol açtı. Buna karşın, geçtiğimiz yıl Çin’de, gelişmesini tamamlayamayacak embriyolarla yapılan bir deneyde genlerin başarıyla değiştirilmesi, genetikçilerin uyarısının daha güçlü olarak tekrarlanmasını tetikledi.

Genetikçiler artık Cas9’un cansız bir türünü CRISPR’e bağlayarak, onu hedef genleri arayıp bulan bir rehber, ayrıca üzerine bağladıkları molekülleri hedefine şaşmaz biçimde götüren bir taşıt olarak da kullanabiliyorlar. Bu yöntemin ses getiren yeni bir uygulamasında da CRISPR-Cas 9 tekniği, kasların giderek güçsüzleşmesine yol açan Duchenne hastalığı taşıyan fare modellerinde hastalık nedeni hatalı genleri yok ederek, ilk kez yetişkin bir memelide bir genetik hastalığın tedavisini sağladı.

CRISPR-Cas9 tekniği öylesine başarılı ve kolay ki, genlere müdahale tekniklerinin öncülüğünü yapmış genetikçilere göre “artık her biyoloji laboratuvarında uygulanabilecek olan CRISPR”, gen değiştirme çalışmalarını “demokratikleştirmiş” bulunuyor. Bir başka genetikçi de, tekniği, üretiminin basitliği, güvenilirliği ve ucuzluğuyla ABD toplumunu değiştiren Ford’un 1908’de piyasaya sürdüğü ünlü T-modeline benzetiyor.

Geç gelen şöhretin ışığında Plüton

Her ne kadar Science editörleri Yılın Açılımı’nı izleyen öteki dokuz bilimsel ve teknolojik atılım arasında bir sıralama yapmıyorlarsa da, ikinci sıranın tartışılmaz sahibi, Temmuz ayında Yeni Ufuklar (New Horizons) uzay aracının yaptığı yakın geçişle aylar süren bir medya fırtınasının odağına yerleşen cüce gezegen Plüton oldu. Zaten Science’ın okuyucuları için düzenlediği seçim anketinde de Plüton ipi açık ara önde göğüsledi.

Yaklaşık 10 yıl süren 5 milyar kilometrelik bir yolculuk sonunda 14 Temmuz günü Plüton’un 12.500 km yakınından geçen uzay aracı, gönderdiği yüksek çözünürlüklü görüntülerle Güneş Sistemimizin 85 yıl gölgede kalmış, üstelik gezegen statüsünden düşürülmüş üyesinin gökbilim camiasını hayretten hayrete düşüren özelliklerini gözler önüne serdi.
Bu özelliklerin başında küçük kütlesi ve derin uzayın dondurucu soğuğunda geçirdiği milyarlarca yıla karşın Plüton’un hâlâ aktifliğini koruyan jeolojik süreçlerle biçimleniyor olması geliyor.Görüntülerde donmuş azot ve metan düzlüklerin kenarında 3500 metreye kadar yükselen su buzundan sıradağlar, bunlardan bazılarının sergilediği buz volkanizmasının izleri dikkat çekiyor.

Pluton

Plüton’un bir başka sürprizi de sahip olduğu “mavi gökyüzü” oldu. Koca bir kalp şekliyle “Sputnik Ovası” gökbilim meraklılarının kalplerine kazınırken, Yeni Ufuklar, Plüton’un büyük yoldaşı Charon ve diğer dört küçük uydusu hakkında da ayrıntılı veriler sağladı.

Yeni Dünya yerlilerinin Asya kökenine yeni kanıt

1996 yılında 8500 yıl öncesine ait kemikleri ABD’nin batısındaki Washington eyaletinde bir ırmağın kıyısında bulunmasından bu yana kökeni bilimsel ve siyasi tartışmaların konusu olan ünlü “Kennewick Adamı”nın kalıtım şifresi, sonunda çözüldü. Hücre çekirdeklerindeki gen havuzunun söylediği, iskeletin bölgede yerleşik bulunan ve “atalarının” kendilerine verilmesi için uzun süre mücadele yürüten yerli kabilelerle akraba olduğunu gösterdi. Ayrıca sonuçlar, Yeni Dünya’nın ilk insan sakinlerinin geçmişte bugünkü Bering Boğazı üzerinde bulunan bir kara koridorundan geçen Asyalılar olduğunu doğruladı. Buluş böylece Amerika’nın ilk sakinlerinin Avrupa kökenli olduğunu öne süren yeni bazı iddiaları da çürütmüş oldu.

Psikoloji deneylerine güvenilirlik aşısı

Psikoloji deneyleri ne kadar güvenilir? Bir başka deyişle sonuçları ne kadar genellenebilir? Bu sorular, deneylerin çoğu kez az sayıda katılımcıyı kapsamaları ve istatistiksel olarak çok yaygın olmayan durumlarla ilgili olmaları nedeniyle bulgularının doğruluğu konusunda uyanan kuşkulardan kaynaklanıyordu. Soruların yanıtı, deney sonuçlarının, başka deneylerde de ortaya çıkması olacaktı. 2013’te tekrarlanan 13 deneyin 10’unda orijinal deneyin sonuçları doğrulanırken, 2014’te 100 farklı deney üzerinde yapılan testlerde üçte biri doğrulanamadı. Nihayet geçtiğimiz yıl üç prestijli dergide yayımlanan 100 deneyin sonuçlarının doğrulanma testini geçenlerin oranıysa yalnızca yüzde 39’da kaldı. Bununla birlikte, orijinal sonuçların düşük güvenilirlik düzeyine karşın, testlerde benimsenen “ön kayıt” sistemiyle, kullanılacak yöntemler ve deneyde güdülen amacın önceden yayımlanması, yalnız psikoloji değil, öteki bilim alanları için de bir kazanç olacak bir güvenilirlik aşısı olarak ortaya çıktı.

Bir insan türü daha

Uluslararası bir antropologlar ekibinin geçtiğimiz yıl Güney Afrika Cumhuriyeti’nde derin bir mağara sisteminde ortaya çıkardığı 1500 kemik kalıntısı, soy ağacımıza yeni bir insan türü daha ekledi. Araştırmacılar, “Yükselen Yıldız” mağaralarında bulunan kemiklerin aynı türden en az 15 bireye ait olduğu sonucuna vardılar. Yerli dilinde yıldız anlamına gelen “Naledi” adı verilen hominin türünün görece uzun boylu ve dik yürüme becerisine sahip olduğu anlaşılıyor. Ancak küçük beyni ve yırtıcılardan kaçmak için hâlâ ağaçlara tırmanmakta kullandığı düşünülen uzun parmaklı ellerinin, Homo naledi’nin ilkel bir insan türü olduğu sonucuna götürüyor. Araştırmacılar daha bir yaşlandırma yapamadıklarından, H. Naledi’nin atalarımızın mensup olduğu Homo cinsinin ortaya çıkmaya başladığı 2 milyon yıl öncesine mi ait olduğu, yoksa daha sonraya ait bir tür mü olduğu henüz belli değil.

Yerin dibine kadar...

Dünyamızın derinliklerindeki “sıcak nokta”lardan yüzeye doğru yükselen ve jeologların “sorguç” (plume) diye adlandırdıkları ergimiş kaya (mağma) sütunlarının varlığı öteden beri biliniyordu. Yine bilinen, yerkabuğunun levha denen kırık parçaları bu sorguçlar üzerinden ilerledikçe, meydana gelen yanardağların püskürtüleriyle okyanuslarda ada zincirlerinin (Örn, Hawaii adaları) oluşması. Bilinmeyense, bu sorguçların tabanının 3000 km derinde Dünya’nın sıcak merkezinin sınırına kadar mı, yoksa daha sığ derinliklere kadar mı uzandığıydı. Araştırmacıların, “bütün dalga formu tomografisi” denen bir teknikle, şimdiye kadar olduğu gibi yalnızca depremin yol açtığı ilk dalgaların değil, depremin tüm dalgalarının seyrinin incelenmesine dayanan bir teknikle yaptıkları analizler tartışmaya noktayı koydu: En az 28 sorguç manto tabakası içinde merkezin sınırına kadar iniyor. Dahası, sorguçların kalınlığı 800 kilometreyi buluyor ki, bu da şimdiye kadar sanılanın üç katı. Araştırmacılar yeni tekniğin gezegenimizin içinin karanlıktaki başka detaylarını da aydınlatacağı ve örneğin, levha tektoniği sürecinde mantonun içine dalan okyanus kabuğu parçalarının “mezarlığının” ne kadar derinde olduğunu ortaya çıkaracağını umuyorlar.

Ebola’ya karşı etkili aşı

Geçtiğimiz yıllarda Afrika’yı kasıp kavuran ve Dünya’ya yayılma eğilimi gösteren ölümcül Ebola hastalığına karşı ilaç ve aşıyla mücadelede kayda değer bir sonuç alınamadı. Ancak, geçtiğimiz yıl Kanada Halk Sağlığı Dairesi’nde görevli bilimcilerce geliştirilen ve maymunlar üzerindeki denemelerinde olumlu sonuçlar alınması üzerine Merck ilaç firması tarafından üretilmeye başlanan aşı, Dünya Sağlık Örgütü’nce Gine’de yürütülen bir klinik çalışmada olumlu sonuçlar verdi.

Maya uyuşturucu işinde!

Amerikalı biyologlar geçtiğimiz yıl ekmek mayasına yeni genler ekleyerek, şimdiye kadar yalnızca afyon bitkisinin yapabildiği bir biyosentez ürünü olan afyon temelli ağrı kesici maddeler (opioid) ürettirmeyi başardılar. Bunun için gen mühendisliği tekniklerinden yararlanan biyologlar, maya hücrelerine üç ayrı afyon bitkisi türünden, altın renkli ince kökü nedeniyle Goldhread (sırma) denen ve yerlilerin ağız yaralarının acısını bastırmak için kökünü çiğnedikleri yoncaya benzeyen üç yapraklı bir çiçekli bitki türünden, bakterilerden ve bir sıçandan alınan 21 ayrı gen eklemişler.

Araştırmacıların umudu, bu biyosentez yolunun kontrolüyle daha etkin ilaçlar yapılabilmesi. Ancak madalyonun öteki yüzünde, mayaların madde bağımlıları ya da satıcılarca ev üretimine koşulması tehlikesi de var. Ancak, bu iş ev ekonomisinin çapını aşıyor. Bir doz ağrı kesici için binlerce kilo kültür sıvısı gerektiğine işaret eden araştırmacılara göre ev tezgâhlarında, saptanabilecek düzeyde opioid üretilemez.

Beyinde gizli lenf damarları

İki yüzyıldan daha uzun bir süre önce İtalyan hekim Paolo Mascagni’nin öne sürdüğünün aksine, vücutta hücre atıklarının temizlenmesine ve bağışıklık hücrelerinin taşınmasına yardımcı olan bir damarlar ağından oluşan lenf sisteminin, boyuna kadar uzanıp beyne geçemediği düşünülüyordu. Böyle olunca da beynin kendi özel bağışıklık sistemine sahip olduğuna inanılıyordu. Geçtiğimiz yılsa beynin menenj (meninges) denen en dış katmanında keşfedilen bir lenf damar sisteminin vücuttaki sistemle bağıntılı olduğu ortaya çıktı. Araştırmacılar, keşfin Alzheimer, Mültipl Skleroz (MS) ve Menenjit gibi hastalıkların araştırılması için yeni bir yol açacağını umuyorlar.

Kuantum İnternet’e doğru

Atomaltı dünyadaki parçacıkları, kuvvetleri ve aralarındaki etkileşimleri inceleyen kuantum mekaniğinin kuralları, alıştığımız büyük boyutlu “klasik” dünyadaki deneyimlerimize koşullanmış mantığımıza tümüyle ters geliyor. Bunların en gariplerinden biri de, iki parçacık arasında “dolanıklık” (entanglement) denen gizli bir bağın kurulabilmesi. Einstein’ın mantığının bile kabul etmediği bu olgu uyarınca, örneğin “dolanık” duruma getirilmiş iki elektronun bir tanesi üzerinde ölçüm yaparak dönme (spin) denen kuantum mekaniksel özelliğinin yönünü belirlediğimizde, eşinin, ne kadar uzakta olursa olsun, “aynı anda” ters yönde spin durumuna “çökmüş” olacağını bilebiliyoruz. Kuantum mekaniğinin belirsizliklerine “Tanrı zar atmaz” diye karşı çıkan Einstein, dolanık parçacıkların her birinin “yerel gizli değişkenler” taşıyabileceğini, dolayısıyla uzaktan bir dış etkiye gerek kalmayacağı tezini ortaya atmıştı. Geçtiğimiz yıl Hollanda’daki Delft Üniversitesi ve İspanya’daki Barcelona Üniversitesi Fotonik Araştırmalar Enstitüsü (ICFO) araştırmacılarınca inceden inceye kurgulanan bir deneyse, kuantum mekaniğinin uzaktan etki olgusunun en son ve en sağlam doğrulmasını yaparak yerel gizli değişkenler tezinin tabutuna son çiviyi çaktı.

Kaba anlatımıyla deneyde dolanık duruma getirilmiş iki elektron, birbirinden 1,3 km uzaklıkta bulunan iki elmas kristal içinde hapsedilmiş. Sonra çok hızlı gerçekleştirilen bir ölçümle elektronlardan birinin spin yönü belirlendiğinde aynı anda eşinin ters spin yönünde olduğu görülmüş. Bu durum için iki elektron arasında bir haberleşmenin olması gerekiyor. Ancak, Einstein’a göre hiçbir mesaj ışıktan hızlı gidemez. Deneyde ölçümün gerçekleştiği süre içinde ışığın kat edebileceği yolun ancak 30 metre olacağı hesaplanmış. Oysa elektronlar arasındaki mesafe 1,3 km olduğundan elektronlar arasındaki etkiyi ışığın yapmış olması imkânsız. Demek ki, kuantum mekaniğinin öngördüğü (ışıktan da hızlı olabilen) uzaktan etki doğru. Ancak, fizikçilere göre uzaktan etki mesafeden bağımsız olarak “anlık” olsa da, ışıktan hızlı mesajlar göndermek için kullanılamaz. Sonuç fizikçiler için sürpriz olmasa da kullanılan duyarlı yöntemin kuantum internet gibisinden egzotik teknolojilere kapı aralayabileceği düşünülüyor.

KAYNAKLAR

  • 1. “Science’s 2015 Breakthrough of the Year: CRISPR”, American Association for the Advancement of Science, 17 Aralık 2015
  • 2. http://news.sciencemag.org/scientific-community/2015/12/and-science-s-breakthrough-year?utm_source=general_public&utm_medium=magazine&utm_campaign=Breakthrough15-1427
  • 3. “Genome-wide inactivation of porcine endogenous retroviruses (PERVs)”, Sciencexpress, 11 Ekim 2015
  • 4. “Late harvest from Pluto reveals aa complex world”, Science, 16 Ekim 2015
  • 5. “Historic Delft Experiments tests Einstein's 'God does not play dice' using quantum 'dice' made in Barcelona”, ICFO-The Institute of Photonic Sciences, 21 Ekim 2015