İnsan ve şempanze genomlarının benzerliği üzerine

 

Yıldız Bozkurt

20.10.2006

Son yıllarda hemen her sene insan genomunun ya fare ya da maymun türlerinin genomuna benzerliği ile ilgili çarpıcı haberleri değişik yayın organlarından duyuyor, okuyoruz. Bu benzerlikler ne demek, gerçekten maymun veya fareye o kadar benziyorsak bu bizim onlardan türediğimiz anlamına mı geliyor, biz insanları onlardan ayıran veya onlara benzeten nelerdir, soruları da haliyle zihinleri kurcalıyor. Yazının ilk bölümünde bu benzerlik çalışmalarının teknik olarak nasıl yapıldığını çok özet olarak ele alacak daha sonra da benzerliklerin ne manaya gelebileceği konusunu aydınlatmaya çalışacağız.

Karşılaştırmalı genetik

Karşılaştırmalı genetik farklı türlere ait genomların karşılaştırılarak incelendiği bilim dalıdır. Amacı benzerlik prensibinden hareketle genlerin foksiyonlarını ve genom içinde gen kodlayan bölgeleri belirlemektir. Evrimci bakış açısından ise amaç, türlerin benzerliklerini inceleyerek birbirlerinden nasıl evrimleştikleri konusunda çıkarımlarda bulunmaktır. Karşılaştırmalı genetik araştırmaları sonucu şu ana kadar fare genomundaki benzer genlere bakarak insan genlerinin fonksiyonlarına ait bir çok bilgi ortaya çıkarıldı. Düşünülen diğer bir örnek çalışma ise, şempanzelerin sıtma ve AIDS gibi hastalıklara insana göre daha bağışıklı olduğu bilgisinden hareketle, insan ve şempanzedeki bu hastalıklarla ilgili genlerin karşılaştırılarak hastalık sürecinin daha iyi anlaşılmasına yönelik. Bilim adamları bu araştırmalar sonucunda ilgili hastalıklar için daha etkili ilaçlar geliştirebilmeyi ümit etmekteler.

Genom araştırıcıları karşılaştırma yaparken bir çok farkli özelliği incelerler: dizi benzerliği, genlerin konumu, genler içinde exon olarak anılan kodlama bölgelerinin uzunluğu ve sayıları, kodlama yapmayan bölgelerin genom içerisindeki miktarı, ve farklı genomlarda birbirine çok benzeyen bölgelere ait bilgiler. Birden fazla genoma ait dizileri hizalayıp benzer bölgeleri araştırmak için hizalama (alignment) programları; eldeki bir diziye benzer dizileri verilen bir dizi veritabanında bulmak için ise benzerlik esaslı arama programları kullanılır. Kullanılan programların bir çoğu İnternet üzerinden kamu kullanımına açıktır. Örneğin çok kullanılan benzerlik esaslı arama programlarından biri olan BLAST'a Amerikan Ulusal Biyoteknoloji Bilgi Merkezi NCBI'nin web sitesi üzerinden erişilebilir.

İnsan ve şempanze arasındaki genetik benzerlik

İnsan ve şempanze kromozom sayıları birbirine oldukça yakınlar, insanda 46 kromozom varken şempanzelerde 48 kromozom bulunmaktadır. Karşılaştırma çalışmalarını kolaylaştırmak için en son sınıflandırmalar şempanzelerin 2 farklı kromozumunu 2A ve 2B olarak adlandırmış ve bu kromozomları insanın 2. kromozomu ile ilişkilendirmiştir [1].

Önceki yıllarda şempanze genomunun kısmi sonuçları üzerinde yapılan çalısmalarla ilgili sonuçların verildiği bazı yayınlarda insan genomu ile aradaki benzerliğin yaklaşık %99 olduğu belirtiliyordu [2]. Yakın zamanda duyurulan şempanze genomu ilk taslağına ait yayında ise yaklaşık 35 milyon bazın insan genomundakinden farklı olduğu, bu sonuca 5 milyon civarında olan ekleme ve çıkarmalar da dahil edildiğinde aradaki benzerliğin %96 civarında olduğu belirtildi [3]. Aynı yayın iki genomun 2.4 milyar bazlık kısımlarının karşılıklı hizalanabildiğini söylemektedir, farklılıklara ait verilen rakamların bütün genomdan çok hizalanabilen kısımlar için olup olmadığı anlaşılmamıştır. Oldukça yeni bir çalışma ise bu farklılıkların çoğunlukla gen olmayan bölgelerde olduğunu belirtiyor [4]. Gen olmayan bölgeler sanıldığı gibi kullanımı olmayan bölgeler değiller, bilinen önemli bir görevleri protein sentezi sürecinde genlerin okunmasını düzenlemektir.

Şu anki şempanze genomu taslağı tüm genomun yaklaşık %94'ünü kaplıyor [3]. İlgili okuyucular 5 nolu kaynakta verdiğimiz web sayfasını ziyaret ederek hem bu taslakla ilgili bilgi bulabilirler hem de bu taslağın neden ekleme çıkarma gibi bilgileri doğru olarak yansıtmayabileceği konusundaki açıklamayı (kırmızı renkle boyanmış) görebilirler. Önümüzdeki yıllarda elde edilen yeni bilgilerle bu kaplama oranı arttıkça ve eski bilgiler gözden geçirilerek yeni sürümler hazırlandıkça yukarıda verdiğimiz benzerlik sonuçlarında her iki yönde değişmeler olması muhtemel. Hatırlarsanız, 2001'de genom projesinin ilk taslağı duyurulmadan önce insan genomunda 100 bin civarinda gen bulunduğu tahmin ediliyordu, genom projesinin ilk taslağı duyurulduğunda bu rakamın 30 bin civarında olduğu belirtildi [6]. 2004 yılında projenin bir yönüyle tamamlandığını duyuran makalede ise 20-25 bin kadar genimiz olduğu söylendi [7]. Son sayının örneğin 22 200-22 300 gibi daha çok kesinlik ifade eden bir rakam ve aralıkla değil de 5 bin gibi toplama göre oldukça büyük bir esneklikle verilmesi henüz araştırmaların devam ettiğini, genlerle ilgili bilgilerin daha çok çalışılıp öğrenilmesi gerektiğini rakamların dilinden anlayanlara kolayca anlatıyor, bunu anlamak icin genetik konusunda çok bilgili olmaya sanırız gerek yok.

Biraz İngilizce bilen ve biraz da sabırlı olabilen herkesin ortaya çıkan genom bilgilerine ulaşması, okuyup incelemesi mümkün. Dünyada üç önemli web sitesi üzerinde çalışılan genomlara ait elde edilen bilgileri ücretsiz olarak isteyen herkese sunmaktadir; NCBI Map Viewer, UCSC Genome Browser, Ensembl Genome Browser. Bunlardan Avrupa tabanlı olan Ensembl sanırız ilk kullanıcılar için kullanımı en kolay olanıdır [8]. Ensembl'ın insan, şempanze ve fare genomlarına ait ana sayfalarından elde ettigimiz istatistiki bilgilerin bazılarını asağıdaki tabloda özetledik. Bu tablodan da anlaşılacağı üzere bilinen şempanze genlerinin sayısı (929) şimdilik oldukça düşük. Diğer bir ilginç sonuç ise Genscan uygulamasının şempanze genomunda fare ve insan genomuna göre yaklaşık iki kat daha fazla gen tahmin etmiş olması.
 

	Şempanze	İnsan	Fare
Sürüm no, toparlama tarihi:	PanTro 2.1, Mart 2006	NCBI 36, Ekim 2005	NCBI m36, Aralık 2005
Ensembl tarafından genlere ait bilgilerin düzenlendiği tarih	Temmuz 2006	Ağustos 2006	Nisan 2006
Bilinen genler	929	22,205	21,839
Benzerlik varsayımına bağlı olarak tahmin edilen genler	19,035	-	-
Genscan uygulamasının tahmin ettiği genler	126,539	69,185	71,259
Baz çifti	2,928,563,828	3,253,037,807	3,377,887,556

Benzerlik ne demek?

Bütün canlılar içinde aynı işin yapan proteinlerin genetik kodlarının da birbirine çok benziyor olması doğaldır. Mesela nişastanın parçalanmasını sağlayan enzime amilaz denir. Biz insanlar da, tavşan da ve pek çok bakteri ve tek hücreli canlı da nişastayı parçalayarak besin elde etmek istediğinde tabiki amilaz enzimini kullanıyor. Dolayısıyla bu canlılardaki amilaz enzimini kodlayan gen de çok farklı olmayacaktır. Bir diğer basit örnek de kandaki oksijen taşıyıcı görevi üstlenen Hemoglobin proteinidir. Tabi ki ceylanda, farede , maymunda, daha pek çok canlı ve insan vücudunda aynı protein vazifelidir ve genetik olarak bu proteini kodlayan gen için varlıklar arasında çok fark yoktur. Dünyadaki bütün canlı varlıklarda aynı temel moleküllerin olması bu canlıların birbirinden türediğini değil, canlıların aynı yaratıcının eseri olarak yaratıldığını, bir elden çıktığını gösterir. Aynı ana maddeler kullanılarak sayamayacağımız kadar farklı hayat türleri yaratılmış hayat mucizesi gözlerimizin önüne serilmiştir.

Bir diğer önemli husus da dünya üzerindeki bütün canlıların besin zinciri ile birbirleriyle bağımlı olmalarıdır. Ot ile koyun arasında moleküler bazda çok farklılık olsa, aynı temel malzemeleri kullanmasalar, ot koyuna besin olamazdı. Bizim önümüze muhteşem bir sofra gibi serilmiş nice nimetler hububattan, meyvalara, yumurtadan süte kadar olan varlıklardaki ve bizdeki temel moleküllerin aynı olması bizim onları besin olarak tüketmemizi mümkün kılıyor. En basitinden besinlerimizden aldığımız proteinleri aminoasitlerine parçalıyor sonra genetik kodumuza göre gerekli proteinleri sentezliyor her bir hücremiz.

Kısacası genetik olarak varlıkların birbirlerine belli oranlarda benzemeleri, onların birbirlerinden evrimleştiği anlamına gelmiyor. Hatta varlıklardaki genom uzunlukları bile evrim veya basitten karmaşığa türeme konusunda bir ip ucu vermiyor aksine elde edilen şaşırtıcı sonuçlar ile insanların zihinlerine soru işareti bırakıyor. Mesela insan genomunda yaklaşık 3.2 milyar baz çifti varken, şimdiye kadar bilinen en uzun genom 670 milyar baz çifti ile Amoeba Dubia isimli küçük bir canlıya ait. Yani tek hücreli bu canlıdaki genom biz insanlardakinden yaklaşık 209 kat daha uzun. Nasıl oluyor da bu küçücük varlık insan gibi kompleks bir yapıya sahip canlıdan daha uzun bir genoma sahip? Nasıl ki dünyanın en büyük canlısı olan dev mavi balinalar 1 cm'lik kriller ve gözle görülmeyen planktonlarla beslenip bizi şaşırtıyorsa, gözle görülmeyen tek hücreli bir canlıya da dev gibi bir genom yerleştirilerek insanoğlu düşünmeye sevkediliyor.

 

Kaynaklar

1.     Orthologous numbering of great ape and human chromosomes is essential for comparative genomics, E.H. McConkey, Cytogenetic and Genome Research 105:157-158, 2004

2.     Genomewide comparison of DNA sequences between Humans and Chimpanzees, Ingo Ebersberger ve arkadaşları, Am. J. Hum. Genet., 70:1490-1497, 2002

3.     Initial sequence of the chimpanzee genome and comparison with the human genome, The Chimpanzee Sequencing and Analysis Consortium, Nature 437:69-87, 2005

4.     Forces shaping the fastest evolving regions in the Human Genome, Pollard ve arkadaşları, PloS Genetics, Kasim 2006

5.     http://www.ncbi.nlm.nih.gov/mapview/map_search.cgi?taxid=9598

6.     Initial sequencing and analysis of the human genome, International Human Genome Sequencing Consortium, Nature 409:860−921, 2001

7.     Finishing the euchromatic sequence of the human genome, International Human Genome Sequencing Consortium, Nature 431:931-945, 2004

8.     http://www.ensembl.org/

 

 YILDIZ BOZKURT

http://www.zaferdergisi.com/article/?makale=1936