Hayatın Kökleri - 5

değişmesi proteinlerin kalıcı değişimine neden olur.
Böylece organizmalar arasında gittikçe artan farklılıklar
ortaya çıkar ve sonunda yeni türler doğar.
Bazı bakımlardan embryogenesis, evriminin,
kısa bir zaman aralığında ve mikrokosmosta tekrarı
gibidir. Hayvan embryosunun gelişmesini değişik
aşamalardan geçerken gözlemleyelim. Embryo,
erişmesi beklenen yetişkin yaratığa benzemeden
önce balığa benzer. Balığa benzerlik yalnız görünüşte
değildir; erken embryo oksijen ve besini
göbek bağı yoluyla annesinden alır, ama gereksinimi
olmadığı halde su altında nefes almaya
yarayan solungaçlara da sahiptir. Açıkçası embryonun
evrimsel gelişmenin bir aşamasını yinelemesi
için görünürde hiçbir neden yok.
Ama embryogenesis süresince farklılık nasıl
doğar, hücreler deri hücresi, kas hücresi, sinir hücresi
olmaya ne zaman karar verirler diye sorsak,
doğa boş bakışlarla cevap verir bize; hücrelerdeki
bilgi işleminin evrensel mekanizması üzerine bir
sürü şey öğrenmemize izin verdi, ama sıra hücreleri
birbirinden farklı yapan nedenlere gelince bilgisizlik
içinde oturuyoruz. Bazı bilim adamları
embryogenesisin derinliklerine dalabilmek için tümüyle
yeni kavramlara ve yöntemlere gereksinimimiz
olduğuna inanıyorlar. Bunun böyle
olduğundan kuşkuluyum. Yalnızca, hücreleri değişik
yapan nedenler şimdiye kadar bulduklarımızdan
daha karışığa benziyor.
Tıbbın Embryogenesisle İlgisi
Tıp bilimi için embryogenesisin anlaşılması
önemlidir. Tıp adamlarının ilgilerini başka hiç bir
olaya benzemeyen ölçüde bileyen, yalnızca bir tek
hücrenin tam bir bireye dönüşebilmesi değil. Tıbbın;
hamilelik, doğum kontrolu, çocuk ölümleri, doğuştan
itibaren görülen hastalıklar, kalıtım hastalıkları
ve kanser gibi problemlerin daha iyi denetlenmesi
üzerine araştırmalarıyla da ilişkili.
Bilim adamlarının embryogenesisin anlaşılmasının
çok sayıdaki tıbbi probleme ışık tutacağı beklentileri
var.
Hücrelerin Yapışkanlığı Üzerine Birkaç Söz Daha
Döllenmiş yumurta bölünmeye başladıktan
sonra, hücrelerin birbirinden ayrılmayıp yapıştıklarından
söz etmiştim. Yapışmalarını ne sağlıyor?
İnsanın aklına bir yapışkan maddenin varlığı
geliyor, ama gerçekte yapışkanlığı sağlayan bir
madde değildir. Daha çok hücrelerin yüzeylerinde
girintiler, çıkıntılar varmış gibi görünüyor (diğer
hücrelerin çengellerine geçebilen ufacık çengeller).
Hücrenin DNA'sı, gerçekte protein-yapan makineye,
hücrenin dışına doğru göçedip orada girintili
çıkıntılı bir yüzüyde çengel gibi davranacak belirli
özel proteinler yapması talimatını vermiştir. Hücreler,
bedenin değişik kısımlarını oluşturmak için
uzmanlaşırken, yüzey protein çengelleri de amaca
göre biçimlenirler. Bunlarla hücre tipleri birbirinden
ayırdedilir.
Embryogenesis İçin Enerji
Şimdi bütün yapım işlerinde enerjinin gerekliliğine
tümüyle duyarlı hale gelmiş olmalısınız.
Hücrelerinin yakıp ATP üretebilmesi için gelişmekte
olan embryoya şeker verilmelidir. Balıklarda,
sürüngenlerde, kuşlarda ve embryonun bir
yumurta içinde büyüdüğü diğer yaratıklarda, yumurtanın
sarısı embryonun besinini sağlar. Annelerinin
rahminde büyüyen hayvanlarda başka bir
araç kullanılır.
Anne rahminin iç duvarıyla embryo arasındaki
plasenta denen tabaka embryo ile aynı hızla büyür.
Plasenta, annenin kanıyla gelişen embryonun kanının
karşılaştığı yerdir. Annenin yediği besini getiren
kan burada embryonun kanına karışır. Yapım
projesi için enerji böylece sağlanır.
Bütün Hücrelere Aynı Bilgi Dağılmıştır
Döllenmiş yumurta, anneden ve babadan aldığı
tam büyüklükteki DNA ile yaşama başlar. Bölündükçe,
yeni gelen her hücre kuşağı yetişkinliğe
ulaşana kadar aynı büyüklükte DNA alır. Sonunda
60 trilyon hücreden oluşan bir insanda, 60 trilyon
birbirinin aynısı DNA kopyası bulunur! Bedenin
her hücresinde, tamamen aynı bilgi bulunur. Yalnız
üreme hücreleri diğer hücrelerin yarısı kadar DNA
içerirler.
Gen İfadesinin Denetlenmesi
Embryogenesisin sırrının DNA'nın genlerinin
ifadelerinin hücreler tarafından nasıl kontrol edildiğinin
bilinmesinde gizli olduğu görülüyor. Bir yetişkini
yaratmak için gerekli bütün bilgi hücrededir.
Gelişen embryonun her hücresinin içinin derinliklerini
gözlemleyebilseydik, bazı şeylerin oluşumunu
izleyebilecektik.
Enzimler, döllenmiş yumurtanın DNA'sının genlerinin
bazılarını mesajcı RNA'ya kopya etmeye
başlayacaklardı. Mesajcı RNA'lar, daha en başta
yumurtanın içinde bulunan, embryoda etkin olan
ribosomlara gideceklerdi ve burada gerekli proteinlerin
sentezi başlayacaktı. Döllenmiş yumurta,
reçetesinde yazılı proteinlerin tümünü biraz daha
ribosomla birlikte toparladıktan sonra (ve DNA'sını
iki katına çıkardıktan sonra) bölünecekti. Sonuçta
oluşan hücre çiftlerinde, şimdi yeni bir tam ölçü
DNA, yeni ribosomlar ve yeni herşey bulunacaktı.
Kendisinden doğdukları hücrenin tümüyle tıpkısı
olacaklardı. Protein sentezi işlemi ve yeni hücre yapımı
kendi kendisini, yineleyerek, hücre sayısı dört
hücreye ulaştırılacak, sekiz hücreye çıkmak için yeniden...
Kısacası bunun böylece sürüp gittiğini görecektik.
Buraya kadar işlem, bölünen bakteride sürüp gidenin
hemen hemen aynı. Her kuşak hücre kendisinden
öncekinin aynen yinelenmesi. DNA-mesajcı RNA-
proteinler-hücre bölünmesi. Fakat
uzmanlaşma başladığı zaman, yeni birşeyler katılıyor
olmalı. Eğer üreyecek hücrelerin bir grubu
deri, diğeri kas, bir başkası beyin vb. olacaksa, DNA
gerekli yönlendirmeyi sağlamalıdır. Yalnızca hücreler
arasındaki sürekli artan farklılığı değil, aynı
zamanda farklılığın ne zaman başlayacağını belirlemelidir.
Gelişen hücre topluluğu içindeki her bir hücrede
tamı tamına aynı ölçüde DNA bulunur. O zaman
hücreler nasıl farklı olabilirler?
Birincisi şunu hatırlayalım, deri hücresi, kas
hücresi, beyin hücresi olsun, belli bir hücrenin karakterini,
yaptığı proteinler belirler. Örneğin deri
hücreleri, keratin denilen özel bir protein yönünden
zengindirler (deriye bizi koruyan özel yeteneğini
veren protein). Kas hücreleri myosin denilen bir
proteinle sarılmıştır. Bu proteinin özel yeteneği, bir
eş proteinle etkileşip uzunluğunu değiştirebilmesidir.
Böylece kas liflerinin kasılmasına yol
açarlar. Beyin hücreleri elektrik güçler iletmeye
yardımcı proteinler içerirler. Diğer bütün uzmanlaşmış
dokuların hücreleri, hücrenin özel karakterini
belirleyen kendilerine özgü proteinleri
üreteceklerdir.
Böylece bazı hücreler deri hücreleri olarak
amaçlarını gerçekleştirmek için keratin üretmeye;
diğerleri kas hücresi olabilmek için myosin üretmeye
başlayacaklardır. Aslında, bütün hücrelerdeki
DNA'larda keratin için bir gen, myosin için diğer bir
gen bulunur.
Genler orada hazır bekliyorlar. Öyle görünüyor ki
deri hücrelerinde keratin yapılması ifade edilirken,
myosin baskı altına alınmak zorunda.
Diğer yandan, kas hücrelerinde myosin ifade edilmeli
ve keratin geni bastırılmalıdır. Yani, deri
hücrelerindeki keratin geni, keratin mesajcı RNA'sı
olarak okunuyor. Ribosoma gidiyor orada keratin
proteinine çevriliyor. Bütün bunlar gerçekleştikten
sonra hücre deri hücresi haline geliyor.
DNA, embryo gelişimi sürerken, programlı bir sıralama
ile genlerini her birinin sırası geldikçe ifade
edip bastırabilmelidir. Belli türden bir hücre oluşumu
yüzlerce protein gerektirir, yani bu hücrelerde
bir çok gen ifade edilirken daha çoğu da (başka
hücrelerin proteinlerini kodlayan genler) bastırılır.
Gerçekten dikkate değer bir durum! DNA bütün
genlerle birlikte, bu genlerin ne zaman işe koşulacağını
ne zaman bastırılacağını da biliyor.
Klonlar
Klon, tek hücreden üremiş hücreler topluluğudur.
İlkel kardeşlerimiz bakteriler, sürekli
klonlar oluştururlar. Bir bakteri hücresini bir tabak
yiyeceğin üzerine koyarsak, hemen bölünüp iki
hücre, bu iki hücre bölünüp dört hücre olur ve bu
böyle sürüp gider. İki gün içinde bakteri kütlesi
çıplak gözle görülebilir hale gelir. Bu kütle bir
klondur; bir tek orijinal hücreden üremiş milyonlarca
yavru hücreden oluşur. Bu klondan bir tek
yeni hücre alıp yine bir tabak yiyeceğin üzerine
yerleştirirsek, birincisinde olduğu gibi bir klon
oluşana kadar bölünecektir.
Klon oluşturmak bakteri için oldukça kolay bir
iştir, çünkü bütün hücreler birbirinin aynıdır. Daha
gelişmiş bir organizmadan klon yapmak çok daha
karmaşıktır. Ama teorik olarak mümkündür. Yaratıkların
her hücresinde aynı DNA bulunduğuna
göre ve bu DNA herşeyiyle tam bir bireyi oluşturmak
için gerekli bilgiyi taşıdığına göre, tamamen
teorik planda; herhangi bir hayvandan bir hücre
alıp onu bir kap besinin üzerine veya beslenebileceği
başka bir ortama koysak ve tam bir
hayvan organizmasını üretmesini sağlasak, aslının
kusursuz bir kopyasını geliştirmek için gerekli
bütün bilgi, o tek hücrenin DNA'sında vardır.
Bu olasılık, özellikle de insanın klon yoluyla
oluşturulabileceği düşüncesi, yani bir tek insan
hücresinden geliştirilmiş herşeyi tamam bir insan
yaratmak, popüler yazarların hayal gücünü harekete
geçirdi. Böyle bir olasılık gerçekleşmekten
son derece uzaktır.
Diğer yandan bir tek hücrenin aslında tam bir
bireyi ortaya çıkarabildiğini biliyoruz; döllenmiş
yumurta, tam bir yetişkin varlık olduğu zaman bu
gerçekleşiyor, Ama olan biten tek yönlü bir işleme
benziyor. Canlı yaratıklar, kolay kolay hücrelerinden
herhangi birinin döllenmiş yumurta gibi
bölünmeye başlayıp kendi tıpkı kopyelerini oluşturmasını
sağlayamazlar. Bizim hücrelerimiz,
kendi uzmanlaşmış durumları üzerine sıkı bir denetleme
uygularlar. Örneğin deri hücreleri deri
hücresi olarak kalırlar, tıpkısı tıpkısına ayrı bir
birey olmak şöyle dursun, değişip kas hücresi olmaya
bile yeltenmezler.
Hücrelerimizin, çevrelerinin etkisiyle mi böyle
değişmez oldukları tartışılabilir. Bir hücreyi komşularından
ayırsak, belki beklenmeyen bir davranışa
yönelecektir. Böyle bir deney kurbağa larvası
hücreleriyle aşağıda anlattığımız gibi yapılmıştır:
Önce, kurbağa yumurtalarındaki hücre çekirdekleri
ve dolayısıyla DNA'ları tahrip edilmiş, sonra genç
larvaların rasgele bazı hücrelerinden alınmış çekirdekler,
DNA'sız kurbağa yumurtası hücrelerine
yerleştirilmiştir. Kısa sürede yumurtalardan yeni
larvalar, hatta bazan kurbağalar gelişmiştir. Yani
larvalar bir tek larva hücresinden üremiş birer
klondurlar. Benzer klon yapma deneyleri, fareler ve
başka hayvanlar üzerinde de yapılmış, ama başarıya
ulaşılamamıştır. Klon deneylerindeki başarısızlık,
hücre karakterindeki uzmanlaşmanın
dengeliliğini ortaya çıkartıyor. Her hücrenin
DNA'sında bulunan, başka bir hücre olabilme potansiyeline
karşın, hücreler bu potansiyel avantajı
kullanmazlar. Genlerinin çoğu durdurulmuştur.
Embryogenesisi derinliğine araştırabilmek için
genlerin ifade edilip edilmemesini neyin belirlediğini
öğrenmeliyiz.
Genlerin Başlatma-Durdurma Mekanizmasının Özelliği
Hücreleri farklılaştıran gen çalıştırma mekanizması,
insanın aklına keskin bir soru getiren
ilginç bir bilinmeyendir. Genler nasıl harekete geçirilip
durdurulabilirler?
Daha önce de söylediğimiz gibi en açık yanıtlar en
basit sistemlerden gelir. Yine, o alelade bakterilerin
davranışlarına bakalım. Bazı hücreleri taze bir büyüme
solüsyonu içine atıp, şeker olarak örneğin
glukoz ekleyelim. Hücreler bölünmeye başlarlar ve
sayıları hızla yükselir. Bu, glukoz tüketilene kadar
sürer. Sonra büyüme durur.
Aynı gözlemi, yine benzer bir hücre grubuyla bu
sefer değişik bir şekerle, diyelim galaktozla deneyelim.
Hücrelerin sayıları artar, ama glukozla
olduğundan daha yavaş artar ve galaktoz bitince
büyüme durur.
Glukozun, daha hızlı tüketildiği için galaktozdan
daha iyi bir besin olduğu sonucuna varırız. Ama her
iki şeker de bakteri tarafından kullanılmıştır. Hiçbirini
ziyan etmiyor bakteriler.
Şimdi deneyi hem glukoz hem galaktoz kullanarak
yineleyelim. İlginç birşey olur, glukozun
tümü tüketilene kadar nüfus hızla artar. Sonra
yirmi dakika kadar artış durur. Ve bu sürenin sonunda
yeniden başlayıp galaktoz tüketilene kadar sürer.
Hücrelerin glukozu yeğledikleri açıkça görülüyor.
Ancak, yirmi dakikalık bir aradan sonra galaktozu
kullanabilme yeteneğini kazanıyorlar.
Bunun genleri harekete geçirmek ve durdurmakla
ne ilgisi var? Bu basit sistemin analizi,
1950'lerin sonuna doğru, Fransız bilim adamları
François Jacob ve Jacques Monod'ya gen ifadesinin
denetlenmesi üzerine parlak bir ilham verdi. Şimdi
bakterilerde mekanizmanın nasıl çalıştırılabildiği
kanıtlanmış durumda; bu bizim gibi daha karmaşık
organizmalarda da geçerlidir belki ama burası
henüz kesinlikle bilinmiyor.
Bakteriler, alışık olmadıkları bol şekerle uğraşırken
içlerinde ne olup bitiyordu? Bakteri hücrelerinin
glukoz kullanacak makineleri olduğu
açıkça görülüyor, çünkü bu şeker verilir verilmez
yemeye başladılar. Bu makine iki proteinden oluşuyor:
Şekerin hücreye girmesini sağlayan bir
enzim ve içeri girince onu hazmedecek bir enzim. İki
enzim; iki gen. Bu makinenin galaktoz kullanan
karşılığı henüz hücrede yok; veya en azından iki şekerin
bulunduğu solüsyonda büyüme başladığı
zaman yoktu. Glukoz tükenince galaktozu kullanacak
makine kuruluyor. Glukozun bulunmaması,
galaktoz kullanan makinenin geliştirilmesi
için tetiği çekiyor. Glukoz, galaktozu
kullanmak için gerekli enzimleri denetleyen
genlerin ifadesini önlüyordu ve bastırıyordu.
Glukoz bitince baskının etkisi kayboldu ve böylece
galaktoz genleri, mesajcı RNA'ları yapmaya başlayıp
proteine çevirebildiler.
Bütün bunların bakteri için anlamını düşünün.
Eli altındaki en iyi besini yiyor ve besin, bakteri
içinde enerjinin başka besini kullanmak için enzimler
yapılarak ziyan edilmemesini de ayarlıyor.
İyi besin tükenince el altında yalnızca daha zayıf
besin kalıyor. O zaman bakteri işe girişip bu besini
kullanabilmesi için gerekli enzimleri yapıyor.
Bakteriler Kendilerine Verilen Şeyleri Üretmezler
Bahçenizde kendi kullanımınız için sebze yetiştiriyor
olsanız ve birileri size düzenli olarak bu
sebzelerden vermeye başlasa, belki de kendiniz yetiştirmekten
vazgeçerdiniz. Bakteriler de buna
benzer bir şey yaparlar. Kendi gereksindikleri
amino asitleri yapabilirler (protein zincirindeki
yirmi temel halka). Amino asitler olmadan, doğal
olarak protein yapamayacaklardı ve üremeleri duracaktı.
Eğer bakterilere hazır yapılmış amino
asitler verirsek, içinde yaşadıkları solüsyona amino
asitler eklersek, bakteriler kendi amino asitlerini
yapmayı durdururlar. Amino asit armağanımız,
hücrelerin kendilerininkini yaparak enerji harcamalarını
gereksizleştirir. Burada bir hayli enerji
söz konusudur. Yirmi amino asidin herbirini yapmak
birkaç enzim gerektirir. Her enzim yapılışında,
bir gen harekete geçirilmeli, mesajcı RNA yapılmalı,
enzim proteinlerin yapıldığı ribosomlara
gönderilmelidir. Genin böylece durdurulması yapı
enerjisinde önemli bir tasarruf demektir. Enerji korumak,
bütün canlı hücrelerde olduğu gibi, bakterinin
de yaşamını sürdürebilmesi için son derece
önemlidir.
Gen İfadesinin Denetlenmesi İçin Şema
İşte bakteriler üzerine çalışmalardan elde edilmiş
gen ifadesinin genel resmi;
1. Genler harekete geçirilip durdurulabilirler.
Bu, represör denilen protein moleküller tarafından yapılır.
2. Represörler, kendilerini genlerin ucuna bağlarlar.
Böylece geni mesajcı RNA'ya geçirecek olan
enzimin işini yapmasını engellerler.
3. Bu, genin yapmakla yükümlü olduğu proteinin
yapılmasının istenmediği anlamındadır.
4. Represörler iki nedenle DNA'dan serbest
bırakılabilirler:
a) Glukoz gibi bir şekerin yokluğuyla (demek ki
glukoz gene bağlanması için represöre yardım ediyor.)
b) Bir amino asidin yokluğuyla.
Şimdi daha önce anlattığımız glukoz-galaktoz
deneyinin açıklamasını görebiliriz. Glukoz bakterilerin
eli altında bulunduğu sürece, onu yiyecek
ve bu da galaktoz genleri represörünün galaktozu
kapalı tutmasına yardım edecektir. Glukoz bitince,
galaktoz geni represörleri işlevlerini yerine getirmezler,
böylece gerekli enzimler yapılabilir ve
galaktoz kullanılabilir. Aynı şekilde, bakterilere
amino asitler verildiği zaman bu amino asitler,
bütün amino asit yapmaya yarayan genlerin represörlerine
yardımcı olup, genleri kapattırabilirler.
Bakteri içinde işleri düzenleyen bu güzel sistemin
insanlar dahil daha yüksek canlı biçimlerinde de
işlediği görülüyor. Bu sistem genlerin ifadesini denetlemek
için önemli bir yoldur.
Ama İnsanlar Bakteri Değildir
Bakteri hücreleri ile bizim gibi organizmaları
daha karmaşık ve uzmanlaşmış hücrelerin kullandıkları
yöntemler arasında, belirgin bir fark
vardır. Bakteri hücreleri; çabuk tepki veren, esnek,
çevredeki ciddi değişikliklere hızla kendini uydurabilen
bir yaşam sürerler. Bu biraz, vahşi ormanlarda
savaşarak varlığını sürdürmeye benzer;
bir bakteri kendi başının çaresine bakar. Diğer
yandan uzmanlaşmış hücrelerin yaşam biçimleri
kalıcı olarak belirlenmiştir. Ömür boyu; "deri hücresi"
deri hücresi olarak, "kas hücresi" kas hücresi
olarak, "beyin hücresi" de beyin hücresi olarak kalır.
Her hücre çeşidinde deri mi, kas mı, yoksa beyin mi
olduğunu belirleyen bir kaç gen işletilir ve diğer
bütün genler (diyelim ciğer, kemik ya da böbrek
olmak için) durdurulur ve hücre neyse sonuna
kadar da o olarak kalır. Bakteriler, buna göre genleri
hızla ve kolayca harekete geçirip durdurabilecek
araçlar gereksinirler. Uzmanlaşmış
hücrelerde çoğu genler sürekli durdurulmuş, birkaçı
da sürekli işletilir durumdadır. Bakterinin bu
kolay çalıştırma-durdurma mekanizması, uzmanlaşmış
hücrelerde kullanılana benzemeyebilir.
Ne var ki şu anda elimizde en iyi anladığımız
model, bakteri sistemidir. Hiç olmazsa teorik olarak,
temelli durdurmayı veya çalıştırmayı sağlamak
için kullanılmasını düşünmek zor değil.
Biçimin Oluşumu
Embryogenesisde temel problem olarak gen ifadesine
bakıyorduk. Oysa ilk göze çarpan yan, biçimin
oluşumu; heykel dökme sürecindeki hüner,
yumurtadan bebeğe dönüşümün akıl almaz mimari
başarısı. Örneğin, bizi oluşturan tüm özel doku ve
organlar, bir iskelete asılmıştır. Kemik, bütün
diğer yapının yanısıra embryoda gelişir. Sıradan
görünüşlü hücrelerden başlayarak, içinde kalsiyumun
sert bir yapı oluşturmak için biriktirildiği
yeni bir doku belirir. Bu doku sert ve olağanüstü
güçlüdür, bir organizmanın ağırlığını ömür boyu
taşıyabilecek nitelikte yapılmıştır. Kırıldığı zaman
da yeniden kendini onarabilir. Böylesine bir yapısal
biçimlendirme süreci nasıl ortaya çıkıyor? Bu anlaşılması
zor bir problem ve yine bir model sisteme
başvurmamız gerek.
Bakteriler, insanlar gibi virüs enfeksiyonuna
karşı dirençsizdirler. Her bakteri virüsünün (buna
bakteri yiyen anlamında bakteriofaj denir) kutu
gibi içinde DNA'nın saklandığı bir kafası ve enjektör
iğnesi gibi kullandığı bir kuyruğu bu kuyruğun
ucunda da bakterinin yüzeyini yakalayan
örümcek gibi bacakları vardır.
Sonra virüs kendisi bir enjektörmüşcesine -ki aslında
öyledir de- DNA'sını kuyruğundan bakteriye
geçirir. Virüsün DNA'sı bakteriye girer girmez idareyi
ele alır. Bakterinin protein yapan makinesine,
bundan böyle bakteri proteini yapılmayacağını belirten
bir sinyal gider. Ribosomlar ve transfer RNA
makinesi, virüsün kendi DNA'sından üretilen mesajcı
RNA'lar tarafından çabucak kendi yararına
işleyecek hale dönüştürülür. Kısa bir süre sonra,
bakteri fabrikası virüs proteini parçaları yapmaya
başlar. Yeni kafalar, kuyruklar ve bacaklar yapılır.
Herşey virüsün DNA'sı tarafından yönetilir.
Bundan kısa bir süre sonra, bakterinin içinde
virüs kafalarının biriktiği görülür, yeni yapılmış
virüs DNA'ları bunların içine yerleştirilir ve tamamlanmış
virüsler ortaya çıkar. Her bakteri hücresinin
içinde, yüz kadar virüs onu sıkı sıkıya dolduracak
biçimde birikir. Zamanı gelince, virüsler
bakterinin zarını yarıp, onu öldüren bir enzim salgılayarak
kaçarlar. Bütün bu vahşi yıkım yarım
saatten az bir zamanda gerçekleşir.
Bu olguda biçimin oluşumunun basit bir modelini
görebiliriz. Ele geçirilen fabrikada, virüsün değişik
parçaları, kendi DNA'sının verdiği talimatlarla,
ufak bir bina yapar gibi biraraya getirilir. Bunun
dikkatle programlanmış bir zaman aralığında, ortaklaşa
gerçekleştirilen bir işlem olduğu görülebiliyor.
Öyle ki genler virüsün değişik parçalarının
yapımına bir sırayı izleyerek başlanmasını
denetliyorlar. Doğru parçalar doğru sırada
yapılıyorsa, belirli biçimin kendiliğinden bir
anda oluşması çok güçlü bir olasılık gibi görünüyor.
Bu modelin çok daha karmaşık, gerçek embryogenesis
olgusuna ne kadar ışık tutacağı belirsiz.
Ama modelin yararlılığı, bakteriden çok daha basit
bir organizma olan virüsün gen kompozisyonu üzerine
oldukça tam bir bilgi sahibi olmamızda yatıyor.
Ayrıca, olayların sırasını denetleyip isteğimize göre
ayarlayabiliyoruz ve çok karmaşık olmayan üç boyutlu
bir biçimin oluşumunu bir elektron mikroskobuyla
kolayca izleyebiliyoruz.
Hücre Bölünmesini Başlatmak ve Durdurmak
Embryo hızla bölünen bir hücre kütlesidir. Bu
korkunç hızlı büyüme işi, doğumdan sonra çocukluk
boyunca gittikçe yavaşlayarak yetişkinliğe erişene
kadar sürer. Yetişkinlikte hücre bölünmesi durur.
Bir organizmanın bütününde; her organın, her dokunun
hücreleri, büyümenin tamamlanmasına çok
titiz ve dikkatli bir işbirliğiyle katılırlar. Hücreler
büyümeyi ne zaman durduracaklarını nereden biliyorlar?
Oluşumuna katkıda bulundukları organların
tam büyüklüğe eriştiğini onlara söyleyen ne?
Bu olgu, normal hücrelerin bedenin dışındaki
davranışında da gözlemlenebilir. Birkaç normal
hücre, bir cam kabın ortasına bırakıldıklarında,
hemen yanlarındaki komşu hücrelerle sürekli ilişkili
olarak bölünmeye başlarlar ve en uçtaki hücreler
kabın kenarlarına dokununcaya kadar, kabın
yüzeyini tek hücre kalınlığında bir tabaka halinde
örterler. Kenara ulaşılınca bütün hücreler bölünmeyi
durdurur.
Bölünmeyi durduran sinyalin özelliği nedir?
Bunun cevabını bilmiyoruz, ama araştırmayı sürdürüyoruz.
Bilmecenin en azından bir bölümüne
cevap getirebilecek, iddialı bir model sistemimiz
var. Bu modelin uygulanabilme kolaylığına hayranım,
üzerine yıllar harcadığım için ona karşı özel
bir düşkünlüğüm var.
Regenerasyon: Yenilenme
Bir kurbağa yavrusunun kuyruğunu kesip onu
yeniden suya bıraksam, yara çabucak iyileşir ve
ondan sonraki üç haftada gerçekten çok ilginç olaylar
olur: Yaradan tümüyle yeni bir kuyruk ürer.
Tam ve mükemmel bir kuyruk. Bir salamenderin
de buna benzer biçimde ayağını koparsam yerine
yenisini yapar. Deniz yıldızı ve istakoz da öyle. Bu
olguya regenerasyon: yenilenme denir. Bunun
kendi bedenimizde de örneği vardır. Kopunca kollarımızı,
bacaklarımızı yerine getiremeyiz ama karaciğerimiz
bir kazada zarar görse, bir parçasının
ameliyatla alınması gerekse karaciğer bir iki gün
içinde eski büyüklüğüne erişir. Bu özel durumun,
laboratuvarda benzerini yapabiliriz. Ameliyatla bir
farenin karaciğerinin üçte ikisini alabilirim. Fare
anesteziden birkaç dakikada ayılır, biriki saat içinde
yemeye başlar ve üç gün sonra karaciğerinin
eksik üçte ikisi, normal ve sağlıklı olarak yerine
gelmiştir; bir karaciğerin yapması gereken herşeyi
yapmaktadır.
Bütün bu olaylarda iki dramatik nokta görülür:
Birincisi; hayvanın bir parçasının ayrılması, eskiden
herşeyin sakin olduğu bu bölgede çok hızlı bir
hücre bölünmesine yol açar. İkincisi; bu parça yerine
gelince hücre bölünmesi durur. Şaşırtıcı olan;
bu bölgedeki hücrelerin bölünmeye gerek olduğunu
ve iş bitince durmak gerektiğini bilmeleridir!
Bu hücrelerin içinde, onlara bölünmeye başlamalarını
ve eksik organı tamamlamak için yeterince
bölündükleri zaman durmalarını söyleyen
nedir? Bir zamanlar bunun cevabını bulmak için,
kopan parçanın yerine yeni hücreler üreten bir
karaciğerden parçalar alıp, bunları normal,
bölünmeyen karaciğer hücrelerine karıştırıyordum.
Kopanı yerine getirmek için üreyen hücrelere, daha
çok hücre yapmalarını söyleyen bir kimyasal sinyal
varsa, bunun normal hücreleri de etkileyip, onların
daha hızlı protein yapmalarını sağlayacağını düşünüyordum.
Diğer yandan, eğer normal hücreler
yenileme hücrelerini yavaşlatacak bir kimyasal
mesajı içeriyorlarsa, bunu da anlayabilecektim. İyi
bir fikir, iyi bir model -ama deneyler sonuçsuz kaldı.
Sistem henüz çok karmaşık. Olanları bir türlü kavrayamıyoruz.
Yaşamın kanunlarını açığa çıkartmakta üstüste
sağlanan başarılardan söz eden öykümüzde; bir deneysel
başarısızlığın yeri yok gibi gelebilir. Bence
tersine; bu öykümüzün gerçekçiliğini arttırır. Aslında,
şimdiye kadar bilim adamlarını yaptıkları
deneylerin çoğu başarısızlıkla sonuçlanmıştır.
Başarısızlıklarımızdan ders alıp, bize sonunda iyi bir
ilham sağlayacak daha iyi deneyler tasarlayabiliriz.
Meslektaşım Dr. Nancy Bucher, yenilenme olayı
üzerine bilgiye belki de diğer bilim adamlarından
çok daha fazla katkıda bulunmuştur. Önemli çalışmalarından
bazıları, farelerden yapışık ikizler
yapmayı içeriyordu. İki fareyi iyi bir ortak dolaşımları
olacak biçimde birbirine dikiyordu; kan
ikisinin arasında kolayca dolaşıyordu. Sonra, farelerden
birinin karaciğerinin üçte ikisini alıyor ve
bu ciğerin eksik kısmı yerine gelene kadar, diğer
farenin karaciğerinin de büyüyüp büyümediğine
bakıyordu. Büyüdü! Bu; yenilenme yapan karaciğerin,
kan dolaşımına birşey kattığı ve bunun
diğer farenin karaciğerine ulaşınca, onun da büyümesine
neden olduğu sonucunu gösterdi. Nancy
Bucher ve bir çok başka bilim insanları, bu maddenin
ne olabileceğini anlamaya çalıştılar; ama
henüz bir başarı elde edilmiş değil.
Embryogenesis Üzerine Bilinmeyenler Bilinenlerden Çoktur
Yinelersek, Embryogenesis konusunda bazı ilginç
şeyler üzerinde durduk. Birarada kalabilecek
yapışkanlığı elde etmek için bölünen hücrelerin özel
yeteneklerinden; bir organizma oluşturmak için
gerekli olan uzmanlaşma konusundan; biçimin oluşumundan
ve son olarak uzun embryogenesis, sürecine
dur emri veren, çocukluk ve yetişkinliğe
ulaşma işleminin bittiğini bildiren sinyalden söz
ettik. Bunlar son derece karışık olguların yalnızca
bir iki önemli noktası. Cahilliğimiz hala bildiklerimizi
kat kat geçiyor. Bu hiç de şaşırtıcı değil.
Embryogenesis, bütün yeteneklerimizi kullanmamızı
gerektiren bir probleme benziyor, ve biyoloji
biliminin temelinde yatıyor. Biraz heyecanlı,
biraz da kışkırtıcı bir konu; çünkü, ilk bakışta
çözülemeyecek hiçbir zor yanı yokmuş gibi görünüyor.
Kısa bir süre sonra, daha önceki bölümlerde anlattığımız
yaşamın evrensel kanunlarını kavradığımız
gibi, embryogenesisi de anlayabileceğimize inanıyorum.
Embryogenesisin anlamadığımız yanları, kanserin
anlamadığımız yanlarına çok benziyor. Gerçekte,
bazı araştırmacılar, kanserin açıklamasının,
embryogenesisin anlaşılmasını gerektirdiğini düşünüyorlar.
Kanser, bazı bakımlardan insanın
embrogenesisindeki o çok üstün denetleme yeteneğini
yitirdiği zaman ortaya çıkıyor gibi görünüyor.
Örneğin, kanser hücrelerinin başıbozuk
davranışları, hücre yapışkanlığının yokolmasıyla ilgili
olabilir. Şimdi bu konuyu daha yakından incelemeliyiz.

Vİİİ. BÖLÜM
Kanser
Sorun, içerde birşeylerin olup normal bir hücrenin
kanser hücresine dönüşmesiyle başlar. Kanserin
kökeninin tek hücrede oluşu, yaşamın ilkeleri
üzerine yazılmış bir kitapta bir bölümün kansere
ayrılmasını gerekli kılıyor. Kanser konusunda
açıklama arayanların, kitabımızda daha önce anlattığımız
konularla da ilgilenmeleri gerekir.
Berilyum ve Kanser
Berilyum adlı maden, tavşanlarda çok kötü
kemik kanserlerine yol açıyor. Bu, araştırmacı olarak
ilk çalışmaya başladığım sıralarda, floresan
lamba üretiminde çalışan işçilerde görülen ölümler
üzerine eğilen bazı bilim insanları tarafından bulunmuştu.
İşçilerin akciğerleri, lamba tüplerinde
kullanılan bazı malzemelerin etkisiyle bozuluyordu.
Araştırmacılar berilyum içeren fosforlu
malzemeyi hayvanlara verdiler ve birkaç ay sonra
kemik kanserleri görüldü. Kanserler hızla büyüdü,
bedenin diğer kısımlarına yayıldı ve hayvanların
bir iki hafta içinde ölmelerine neden oldu. Berilyum
insanlarda hiçbir zaman kansere yol açmaz, ama
akciğerlere zarar verir. Zaten artık floresan lamba
yapımında da kullanılmıyor.
Tıbbiyeden mezun olur olmaz, berilyumun nasıl
kansere yol açtığını bulmayı kendime iş edindim.
Önce, kütüphanede benden önceki bilim adamlarının,
berilyumun canlı sistemlerdeki davranışı
üzerine neler yapıp yapmadıklarını araştırdım. Çok
az şey yapılmıştı. Ama bilinen ilginç bir nokta vardı.
Son derece küçük miktarlardaki berilyum, bedendeki
fosfataz denilen önemli bir enzimin çalışmasını
durduruyordu. Bu enzim kemik için özellikle
önemlidir, çünkü kemiği sertleştiren kalsiyum
fosfat maddesinin toplanmasına yardımcı olur. Bilinen
başka bir gerçek de, fosfataz enziminin işe
yaraması için, normalde "magnezyum" metaline gereksinimi
olmasıydı. Berilyum, atomik yapısı bakımından
magnezyumun çok yakın akrabasıdır. O
zaman, şu soru akla geliyor: Berilyum, magnezyumun
yerini alıp fosfatazı zehirliyor mu? Cevap
"evet" oldu. Berilyum enzime giriyor, magnezyumu
dışarı atıyor ve böylece enzimi işe yaramaz hale getiriyor.
Berilyum ve Büyüme
Ben konuya girdiğimde durum böyleydi. Problemi
kafamda tartarken, aklıma bana güzel görünen bir
fikir geldi. Neden "büyüme" için magnezyuma gereksinen,
basit bir model sistemle çalışılmasın?
Eğer berilyumun büyüme üzerine bazı etkileri olduğu
görülürse ve bunlarla sistemin magnezyuma
olan gereksinimi arasında bir bağlantı kurulabilirse,
berilyumun hücre büyümesini nasıl etkilediğini
anlamaya birazcık yaklaşmış olabilirdim.
Çalışmak için seçtiğim basit model sistem, bitkilerin
büyümesiydi. Bitkilerdeki bütün klorofil
molekülleri magnezyum içerir. Klorofil, tıpkı bazı
enzimler gibi, magnezyum olmazsa işlevini gereğince
yerine getiremez. Belki berilyumun magnezyumu
klorofilden dışarı çıkarıp, bitkilerin büyümesinde
değişime yolaçması beklenebilirdi.
Çalışmaya serada, içinde bitkilerin beslenmesi
için gereken herşey ve bu arada normal bir miktar
magnezyum bulunan bir solüsyon içinde, şişede yetiştirilen