Hazırlayan: Burcu Gümüşcü, Düzenleyen: Mehmet Ali Öztürk | Tarih: 1 Kasım 2018

Nobel ödülü her sene İsveç Kraliyet Bilimler Akademisi tarafından insanlığa altı farklı alanda (tip/fizyoloji, fizik, kimya, edebiyat, ekonomi, barış) en büyük katkı yapan çalışmalara verilen bir ödül. Bu ödülün çok önemli olmasının bir nedeni ise gelecek yıllardaki bilimsel ve beşeri araştırmalara yön veriyor olması. 2018 yılında Nobel Kimya Ödülü’ne layık görülen iki çalışma oldu. Böylece ödülün yarısı Kaliforniya Teknoloji Enstitüsü’nde (CalTech) enzimlerin yönlendirilebilir evrimini açıklayan bilim insanı Frances Arnold’a verilirken, diğer yarısı da Missouri Üniversitesi’nde peptidlerin ve antikorların faj göstergesi konusunu açıklayan George Smith, ve ortağı Cambridge Üniversitesi’nde görev yapan Gregory Winter’a verildi. Peki bu çalışmalar tam olarak ne anlama geliyor?

Yaklaşık 3,7 milyar yıl önce hayatın ilk ortaya çıktığı zamandan beri Dünya üzerinde yaşam, sıcak su kaynaklarından derin okyanuslara ve kuru çöllere yayılmıştır. Yaşamın temel parçası olan proteinler farklı yaşam türlerinin çeşitli çevre koşullarına uyum sağlaması için yüzyıllar içinde değişmiş, yani evrimleşmiştir. 2018 Nobel Kimya Ödülü’nü almaya layık görülen bilim insanları evrimin kontrol edilebilir olduğunu gösterdiler ve evrimi insanlığa büyük faydası olan amaçlar için kullandılar.

Yönlendirilmiş evrim

Doğada evrim, yüzyıllar içinde gerçekleşir: Canlıların çevre koşullarına adaptasyonu yavaş yavaş yeni özellikler ve türler üretir. Ancak evrim, bir laboratuvarda küçük çapta ve hızlı bir şekilde de yapılabilir. Bu yaklaşım yönlendirilmiş evrim olarak adlandırılır ve bilim insanları bunu doğada bulunmayan proteinleri üretmek için kullanırlar. Çoğu protein yapısı o kadar karmaşıktır ki, yapılarındaki değişimin işlevlerini nasıl etkileyeceğini tahmin etmek neredeyse imkansızdır. Bu yüzden, yönlendirilmiş evrimin deneme-yanılma yaklaşımı, genellikle, arzu edilen özelliklere sahip yeni bir protein ile ortaya çıkmanın en hızlı yoludur. Örneğin, genetiği değiştirilmiş maya hücreleri kanser tedavisinde kullanılabilecek bir proteinin farklı yapılarını üretebilir ve üretilen farklı yapılar kanser hücreleri üzerinde denenerek kısa bir zamanda ise yarayıp yaramadıkları görülebilir.

2018 Nobel Kimya Ödülünün yarısı, Frances Arnold’a verildi. Arnold, evrimdeki doğal seçilimi taklit ederek belli görevler için enzimlerin, yani kimyasal reaksiyonları katalize eden proteinlerin, yönlendirilmiş evrimini ilk ortaya çıkardığında henüz 1993 yılıydı. Bulduğu yöntem günümüzde endüstriyel ve fizyolojik işlemler için katalizör üretiminde kullanılmakta. Yönlendirilebilir evrimle üretilen enzimler sayesinde biyoyakıttan ilaç üretimine kadar gereksinim duyulan ürünler elde etmek için kullanılacak, bu da çevre dostu kimyasal madde üretiminin artması ve daha yeşil bir ulaşım sektörü için yenilenebilir yakıtların ucuz bir şekilde üretilmesi anlamına geliyor.

Faj göstergesi

Faj göstergesi, proteinlerin birbiriyle olan etkileşimini tespit etmek ve belirli bir amaç için (örneğin bir kanser türünü hasta vücudunda yok etmek) uygun olan en uygun proteinleri seçmek için kullanılan bir tekniktir. Faj göstergesi tekniği, yüzeylerinde seçilmiş proteinleri barındıran ve sadece bakterileri enfekte edebilen virüs hücrelerine dayanır. Virüs hücreleri kullanılmasının nedeni, bu hücrelerin genetik materyal olan DNA ya da RNA ile proteinler arasında basit bir bağ kurabiliyor olmasıdır. Böylelikle istenen proteini kodlayan gen, bakteri hücrelerine kolayca aktarılabilir ve bakterilerin o proteini üretmesi sağlanabilir. Burada amaç, doğal bir proteine benzeyen yapay bir protein üretmektir, böylece hasta vücudu bu özel proteini kanseri yok etmek için kolayca kabul edebilecek ve kullanabilecektir.

Nobel Kimya Ödülünün diğer yarısı ise George Smith ve Gregory Winter tarafından paylaşılıyor. Bu bilim insanları 1985 yılında insan bağışıklık sistemindeki zararlı bakteri ve virüsleri etkisiz hale getiren antikorları (vücutta bulunan savunma hücreleri) evrimleştirmek için faj adi verilen bakterileri enfekte eden virüsleri kullandı. Bu yöntemle üretilen antikorlar yeni ilaçlar üretmek amacıyla kullanılacak. Hâlihazırda evrimleştirilmiş antikor kullanılarak tedavi edildiği kanıtlanan hastalıklar arasında romatoid artrit (romatizma), sedef hastalığı ve inflamatuar bağırsak hastalıkları yer alıyor. Faj göstergesi tekniği toksinleri nötralize edebilen, otoimmün hastalıkları önleyebilen ve metastatik (ileri derece) kanseri tedavi edebilen antikorlar bu hastalıklarla bundan böyle daha etkin şekilde mücadele etmemizi sağlayacak.

Son 5 yılda Nobel Kimya Ödülü kazanan bilim insanları:

2016 – Qierre Sauvage, Fraser Stoddart ve Berdard Feringa – molekülleri kullanarak işleyen makineler yaptılar.
2015 – Aziz Sancar, Thomas Lindahl ve Paul Modrich – DNA onarımı alanında çalışmalar yaptılar.
2014 – Eric Betzig, Stefan Hell ve William Moerner – süper güçlü bir mikroskop ile dokuların moleküler yapısını gösterdiler.
2013 – Michael Levitt, Martin Karplus ve Arieh Warshel – sanal kimya deneyleri dönemini başlattılar.
2012 – Robert Lefkowitz ve Brian Kobilka – insan vücudundaki milyarlarca hücrenin ortamlarını nasıl algıladıklarını anlamaya yönelik çalışmalar yaptılar.

Kaynaklar:

  1. Nobel Foundation. (3 Ekim 2018). Nobel Prize in Chemistry 2018: Harnessing the power of evolution. ScienceDaily. 19 Ekim, 2018 tarihinde sciencedaily.com/releases/2018/10/181003085213.htm sitesinden ulaşılmıştır.
  2. http://www.whatisbiotechnology.org/index.php/science/summary/phage/phage-display-helps-study-the-interaction-of-proteins (19 Ekim, 2018 tarihinde ulaşılmıştır.)
  3. http://news.mit.edu/2010/explained-directed-evolution-0513 (19 Ekim, 2018 tarihinde ulaşılmıştır.)