Hücreler hangi organı oluşturacağını nasıl biliyor?

Olena Shmahalo/Quanta Magazine

BİLİM | BETÜL GÜL

Hücreler, koordineli bir şekilde anatomik yapıları nasıl meydana getiriyor? Kalp, göz, akciğer gibi kompleks yapılar nasıl oluşuyor? Hem biyolog, hem de bilgisayar bilimcisi olan Prof. Michael Levin’in uzun yıllardan beri sürdürdüğü araştırmalar bu soruların cevabını arıyor.

Michael Levin, Sherry Aw

Yirminci yüzyılın başlarında, dünyaca ünlü Yale Üniversitesi’nden Prof. Harold Burr, biyolojik elektrik ile doku şekillenmesi arasında bir ilişki olduğunu öne sürmüştü. Ancak Burr’ün fikirleri yakın bir geçmişe kadar çok ilgi görmedi. Prof. Michael Levin, Harvard Üniversitesi’nde araştırmacı olarak çalıştığı sıralarda embriyo hücrelerinin kalp veya safra kesesi gibi organların hangi tarafta oluşması gerektiğini nasıl “bildiklerini” anlamaya çabalıyordu. 

Levin’in tavuk embriyolarıyla yaptığı çalışmalar, hücrelerin sağ veya sol ayrımı yapmasında biyoelektrik sinyallerin rol oynadığını gösterdi. Levin ve meslektaşları, yıllar içinde biyoelektrik sinyalleri değiştirerek altı bacaklı kurbağalar, iki başlı solucanlar meydana gelmesini sağladı. Kanserli tümör sahibi organları sağlıklı durumlarına döndürdü.

Prof. Levin’in araştırma grubu, göz oluşumunu sağlayan elektrik kodu kurbağa embriyosunun başı dışında bir bölgeye uyguladığında o bölgede göz meydana geldi.

Michael Levin, Sherry Aw

Hücrelerin içlerindeki ve dışlarındaki iyonların (negatif veya pozitif yüklü atomların) dengesine göre değişen voltajları oluyor. Buna hücre zarı voltajı deniliyor. Hücre zarında bulunan pompalar ve belirli sinyallere göre açılıp kapanan kapıları olan kanallar, sodyum, potasyum iyonları gibi iyonların hücre içine giriş çıkışını düzenleyerek voltajı değiştirebiliyor. 

Bilim insanları bu voltaj değişimlerinin gen faaliyetlerini etkileyerek hücre davranışının farklılaşmasına sebep olduğunu keşfetti. California Üniversitesi’nden Dr. Nestor Oviedo’nun ifadesiyle biyoelektrik hücrelere bölünmelerini, farklılaşmalarını, ya da göç etmelerini “söyleyebiliyor.” Kısa süre önce, Tufts Üniversitesi’nden yapılan açıklamada da, gelişmekte olan embriyonun doku ve organlarının şekillenmesinin, biyoelektrik sinyallerle yönlendirildiği belirtildi.

Michael Levin/Tufts University

Elektrik yüz

Levin’le beraber çalışan bilim insanlarından Dr. Dany Adams, belirli voltajlara yaklaştıkça hücrelerinin parlak renk almasına neden olan boyalarla işlem görmüş kurbağa embriyosunu inceledi. Her on beş dakikada bir fotoğraf çekmeye ayarlanmış bir makinayla 64 fotoğraf çeken Adams, embriyo gelişiminin 16 saatini gösteren fotoğraflar elde etti. Bunları arka arkaya getirip 13 saniyelik bir filme dönüştürdü. Ortaya çıkan görüntüler çok şaşırtıcıydı. Embriyo kütlesinde parlayan şekiller beliriyor ve kayboluyordu. Mesela ağzın oluşacağı yerde bir çizgi parlıyor, ardından hızla kayboluyordu. Sol gözün olduğu yerde çok kısa süreliğine bir nokta parlıyor, hemen arkasından sağ gözün olduğu yerde de bir nokta belirginleşiyor sonra silikleşiyordu. 

Henüz ağız ya da göz oluşmamışken hücrelerin belirli voltajlara getirilmesiyle gerekli genler aktif duruma geçiriliyor, ardından organlar şekil alıyordu! Adams ile birlikte çalışan Dr. Laura Vandenberg genlerin proteinleri ürettiği, bunun sonucunda da göz veya ağzın oluştuğu şeklindeki sıralamanın eksik olduğunu vurguluyor ve araştırmalarının bunun gerçekleşmesi için biyoelektrik sinyallerin gerekli olduğuna işaret ettiğini söylüyor.

Çalışmalarını, Amerika’nın Tufts Üniversitesi’nde ve Harvard Üniversitesi’nde sürdürmeye devam eden Prof. Levin, eylül ayında The Scientist’da yayımlanan makalesinde çok sayıda embriyo türününün ikiye bölününce bütünüyle yeniden oluştuğunu söylüyor. Levin, birçok hayvan türünün yetişkinlerinin de vücudlarının eksilen bazı kısımlarının yeniden oluşabildiğini belirtiyor. Semenderlerin (Ambystoma mexicanum) bacakları, gözleri, kulakları, omurilikleri, beyinlerinin bazı kısımları tekrar oluşabiliyor. Bir deniz canlısı olan tunikatın (Botrylloides leachi) sadece bir damar parçasından bile yeni bir tunikat meydana geliyor. Yassı solucan (Turbellaria), kesilip parçalandığında her parçanın eksik kısımları  tamamlanıyor ve her parçadan ayrı bir solucan oluşuyor!

Levin, “şaşırtıcı olan sadece yaralanmanın ardından büyümenin başlaması ve farklı hücre türlerinin oluşması değil.” diyor ve şekillenmenin doğru anatomik yapı tamamlanana kadar devam edip durmasının da şaşırtıcı olduğunu ifade ediyor. Makalesinde eski bir araştırmalarını örnek gösteriyor: Levin’in araştırma ekibi, kurbağa embriyolarının yüzlerine müdahale ederek kusurlu yapı oluşturmuştu. Ciddi şekil bozukluğu olan embriyoların yüzlerindeki yapılar çarpıcı biçimde yer değiştirdi. Araştırmaya ilişkin yapılan basın açıklamasında şöyle deniliyordu: “Sanki sistem normal durumdan sapmaları farkedebiliyor ve düzeltici harekete başlıyordu.” Levin, yüzdeki yapıların çeşitli şekillerde hareket edip çoğunlukla olmaları gereken pozisyonu bulduklarını söylüyor.

Tek hücrenin son derece kompleks bir organizmaya dönüşmesi gen faaliyetlerinin harika bir şekilde düzenlenmesiyle meydana geliyor. Belirli zamanlarda belirli genlerin aktif hale getirilmesiyle hücreleri birçok yönden değiştirebilen proteinler üretiliyor. (Mesela, göz rengi geninin vücudun her hücresinde bulunduğu, ama göz rengi proteininin üretilme işleminin sadece gelişimin belirli bir aşamasında ve sadece gözün renkli kısmını oluşturan hücrelerde meydana geldiği belirtiliyor.) Embriyo gelişimi, uzaktaki hücrelerin genlerini aktif hale getirebilen sinyal moleküllerinin de dahil olduğu çok karmaşık bir süreç. Levin’in ekibinin Minnesota Üniversitesi’nden bilim insanlarıyla yürüttüğü araştırmaya göre, biyoelektrik sinyaller de uzaktaki hücreleri etkileyebiliyor. Bu tespitin hücrelerin doğru zamanda, doğru yerde, doğru miktarlarda, doğru dokuları oluşturabilmelerine açıklık getirdiği belirtiliyor. Prof. Levin, “hayat yazılımının” kimyasal, mekanik ve elektrik sinyallerle devreye sokulduğunu söylüyor.

“Senin vücudun bin kubbeli harika bir saraya benzer. O sarayın her kubbesinde taşlar, direksiz olarak baş başa vermiş, boşlukta durdurulmuştur. Hatta vücudun, bu saraydan bin defa daha hayret vericidir. Çünkü o beden sarayı, kusursuz bir düzenle daima yenilenmektedir. Gayet harika olan ruhu, kalbi ve manevi latifeleri görmezden gelsek bile, yalnız bedenindeki her uzuv, kubbeli birer menzil gibidir. Zerreler, o kubbedeki taşlar misali birbirleriyle kusursuz bir denge ve düzen içinde baş başa verip harika bir bina meydana getiriyor, fevkalâde bir sanat, göz ve dil gibi hayret verici birer kudret mucizesi gösteriyorlar. Eğer o zerrelerin, şu âlemin Ustasının emrine uyan birer memur olduğunu kabul etmezsen, her birinin, gayet sınırlı ve mutlak bir surette olmakla beraber, bedenin bütün zerrelerine hem mutlak hâkim, hem mutlak mahkûm, hem onların benzeri, hem hâkimiyet noktasında zıddı, hem yalnız Vâcibu’l-Vücûd’a mahsus çoğu sıfatın kaynağı olduğunu kabul etmen gerekir. Zerre kadar şuuru bulunan, birlik sıfatıyla yalnız Vahid ve Ehad bir Zât’ın eseri olabilecek çok muntazam, sanatlı bir varlığı o sayısız zerrelere isnat etmenin pek açık bir şekilde imkânsız, hatta yüz derece imkânsız olduğunu anlar.”

(Kısmen Sadeleştirilmiş Lem’alar, 23. Lem’a)

YORUM YAZIN

Lütfen yorumunuzu yazın
Lütfen isminizi girin