Faydalı mutasyon kavramı ve örnekleri

Mutasyonlar canlı çeşitliliğinin ana kaynağıdır. Evrim karşıtlarının da sanki kendilerini haklı çıkaran bir konuymuş gibi konuşmayı çok sevdiği bir konudur ama malesef konu hakkında yeterli bilgiye sahip olmadıkları için söyledikleri havada kalmaktadır. En çok tartışılan konu da nedense “faydalı mutasyon var mı? ” cümlesidir ki bu cümle zaten kendi içerisinde tutarsız olmakla beraber sordukları soru kabaca anlaşılmaktadır ve bu yazının sebebi de o soruya cevap vermektir.

Öncelikle, mutasyonlar başlangıçta zararlı bile olsalar evrimsel süreçte yarara dönüşebilirler. Ya da bir ortamda zararlıyken başka bir ortamda yararlı bir durum yaratabilirler. Canlının geninde oluşan bir mutasyon, eğer o canlıya bir fayda sağlıyorsa, yani bulunduğu ortam şartlarında yaşamını ve üremesini kolaylaştırıyorsa, sonraki nesillere aktarılır. Böylece bu mutasyona uğramış genin popülasyondaki sayısı artar. Aksi şekilde, eğer mutasyon bu şartları kolaylaştırmıyor ve canlının üremesine katkı sağlamıyorsa, o canlı zaten üreyemeyeceği için zamanla mutasyona uğramış genler azalır ve yok olur, ayıklanır. Böylece, yararlı genlerle zararlı genler ayıklanarak yaşadığı ortama daha iyi uyum sağlamış canlılar gelişir. Mutasyon denince akla hemen zararlı olan değişiklikler gelse de, canlı için faydalı olan mutasyonlar da vardır.

(Burada basit ama bir o kadar da önemli bir ayrımı yapmak gerekiyor, bir mutasyonun “faydalı” olması, mutasyonun gerçekleştiği gene sahip canlı için kullanılan bir kavramdır, faydalı mutasyon denilerek, o canlıdaki mutasyonun “insana” faydalı olmasından bahsedilmemektedir. Örneğin insan genlerindeki bir mutasyon, eğer insan için faydalıysa buna faydalı mutasyon denir; aynı şekilde örneğin bir bakteride meydana gelen mutasyon bakterinin yaşamını iyileştiriyorsa, yine faydalı mutasyon denir. Bakterideki faydalı mutasyon, bakterinin üremesini kolaylaştırdığı için insana zararlı olabilir ama bundan dolayı ona zararlı mutasyon DENMEZ. Yani gerçekleştiği canlıya göre fayda-zarar ilişkisi gözetilir.)

Aşağıda bu faydalı mutasyonlardan bazılarını maddeler halinde bulacaksınız:

1. CCRS genindeki mutasyon:

CCRS genindeki mutasyon HIV’den AIDS’e geçişi yavaşlatır ve aynı gende gerçekleşen iki mutasyon bir kimsenin HIV enfeksiyonuna karşı direncini arttırır.  Bugün, büyük bir evrim deneyinin içinde yaşıyoruz. Gözlerimizin önünde evrim geçirmekte olan ve AIDS hastalığına neden olan HIV salgını. HIV denilen virüs, 19. yüzyılda bilinmeyen, ancak şimdi çok tanıdık hale gelen bir organizma.

Evrim karşıtları için bile, HIV, değişerek üremenin kanıtıdır, çünkü bu sürecin gerçekleşmesine tanık oluyorlar. Kısacık geçmişinde virüsün yapısı değişim gösterdi ve karşılaştığı yeni durumlara karşı uyum sağlamayı başardı. Ölüm yaklaştığında hasta, kendisini enfekte etmiş virüsten, insanla kuyruksuz maymunlar arasındaki fark kadar değişiklik gösterebilen, virüsün torunlarının yuvası olmuştur artık. Bu sitede, HIV virüsünün kendisinin geçirdiği evrimle ilgili ayrıca yayınlanmış bir yazı bulacaksınız, ama buradaki konumuz insanda meydana gelen faydalı bir mutasyon olduğu için, virüsün doğasına burda girmeyeceğiz. İlgilenenler bu linkten yazıya ulaşabilirler:  http://www.baharkilic.org/post/2011/03/08/HIV-virusu-ve-evrim.aspx 

 Konumuz insandaki bir genin uğradığı mutasyondur. C-C kemokin reseptör5 (CCR5) , insanlarda CCR5 geniyle kodlanmış bir proteindir. CCR5 , baskın olarak T hücrelerinde, makrofajlarda, dendritik hücrelerde ve mikrogliada etki gösterir. Bu genin insandaki enflamatuar cevapta rol oynadığı düşünülmektedir.

 Bazı popülasyonlar, Delta32 mutasyonunu kazanmıştır ki bu mutasyon CCR5 genindeki genetik bilginin bir kısmının silinmesine sebep olmuştur (32-bp segment silinmesi). Bu mutasyonu taşıyan homozigot bireyler, HIV enfeksiyonuna karşı tamamen ya da kısmen dirençlidir (yukarda söylediğimiz gibi, homo-heterozigot olmasına göre değişir).

   HIV, saldıracağı hücrelere girmek için bir ön reseptör olarak çoğunlukla CCR5 veya CXCR4’i kullanır. Delta32 mutasyonu ile, reseptör çalışamaz hale geldiği için HIV virüsünün tutunması ve hücreye girmesi engellenir, bu alel genlerden 2 kopya olması , HIV için daha da yüksek bir direnç oluşturur.Bu aleller, Avrupalılarda %5-14 oranında bulunur, Afrika ve Asya’da ise nadirdir.Birçok çalışma, bu alellerden sadece birinin varlığının bile, HIV taşıyıcısı kişilerde AİDS hastalığının oluşmasını 2 yıl geciktirdiğini göstermektedir.

2. Klamidya ve karanlığa uyum

Klamidyalar, ışıkta fotosentez yapabilen ama karanlıkta da karbon kaynağı olarak asetatı kullanarak az da olsa bir süreliğine büyüyebilen bir tür tek hücreli yeşil alg türüdür.Graham Bell, klamidyaları karanlık ortamda yüzlerce nesil üretmeyi başardı ve şöyle bi sonuç elde etti: Deneyin ilk başında bazı klamidyalar karanlıkta gayet iyi büyürken, bazıları hiç büyüme göstermemişti. 600 jenerasyon sonra ise, klamidyaların büyük çoğunluğu karanlıkta gayet iyi büyüyebilir hale gelmişti. Hemen hepsi karanlığa adapte olmuştu.Bu deney, faydalı mutasyonların, hayatta kalmak için ışığa nerdeyse bağımlı olan bir canlıda ne kadar hızlı geliştiğini ve sonunda canlının ışıksız ortamda sorunsuzca yaşayabilir hale geldiğini göstermesi açısından önemlidir.

3. Domuz gribi virüsü H1N1′in geçirdiği mutasyon

California Teknoloji Enstitüsü’nden -Nobel ödüllü- Prof. David Baltimore ve ekibi, domuz gribi virüsünün yayılmasını sağlayan bir mutasyonu tanımladı ve Science dergisinde yayınladı. Domuz gribi virüsü diye bilinen H1N1′in bazı örneklerinin zaten yararlı bir mutasyon taşıdığı biliniyordu. Bu mutasyon, virüsün, çoğalmasını engelleyen bir ilaca (oseltamivir, piyasa ismi Tamiflu) karşı bağışıklık kazanmasını sağlıyor, ama yan etki olarak virüsün yayılmasını yavaşlatıyordu. Bu nedenle de fazla yayılamıyor ve pek de ciddi bir sağlık sorununa dönüşecekmiş gibi durmuyordu.

 Ancak 2007-2008 sezonundaki domuz gribi, hem dirençliydi, hem de hızla yayıldı. Yavaş olması beklenen dirençli virüs nasıl olup da bu kadar hızlanmıştı? Antibiyotik direncini sağlayan mutasyona ek olarak bu virüsler, iki ayrı mutasyon daha geçirmişler, ve hızla çoğalma yeteneğini kazanmışlardı.

 Bu iki yararlı mutasyon, dirençsiz bir virüste birbiri ardına meydana gelmiş ve direnç kazandıran mutasyonun yavaşlatıcı etkisini baştan azaltmıştı. Böylelikle bunun ardından meydana gelen direnç kazandırıcı mutasyon bir zarar vermeden canlıya yarar sağlamıştı. Bu üç mutasyon, virüse o kadar yarar sağladı ki virüs tüm dünyaya kısa sürede yayıldı.

 4. Klebsiella aerogenes bakterisi ve fucose isomeraz enzimi

 Robert Mortlock, Klebsiella aerogenes bakterisinin mutasyon geçirerek, daha önce bünyesinde sürekli üretilmeyen bir enzimi (fucose isomeraz enzimi) , sürekli üretmeye başladığını bulmuştur. Her daim kullanılmayan bu enzimin, sürekli olarak üretilmesine yönelik bu mutasyon, zararlı gibi görünmektedir çünkü bakteri için enerji ve kaynak israfıdır. Ancak bu enzimin her an vücutta bulunmasıyla Klebsiella aerogenes bakterisi, daha önce aralıklarla metabolize edebildiği besinleri, her an kullanabilir hale gelmiştir. Dolayısıyla başlangıçta zararlı bir mutasyon olarak ortaya çıkan durum, sonunda faydalı hale gelmiştir.

 5. Bakterilerdeki antibiyotik direnci

 Bilindiği üzere, sürekli ve düzensiz antibiyotik kullanımı, bakterilerde, bir süre sonra o antibiyotiğe karşı direnç gelişmesine sebep olur. Çoğu zaman, mutasyon sonucu gelişen bu direnç, bakterinin antibiyotiksiz ortamda yaşamasını zorlaştırıcı bir durum da yaratır. Dirençli bakteriler, antibiyoktiksiz ortamda, mutasyona uğramamış olanlara göre daha yavaş ve zor ürer. Yani direnç gelişimi, antibiyotiksiz ortamda, bakterinin üremesi ve çoğalması adına zararlı bir mutasyon olsa da, insan vücuduna, yani antibiyotikli ortama giren aynı bakteri için faydalı bir durumdur.

6. Drosophila’da kanatların büyümesini durduran mutasyonlar:

Bu mutasyon sineğin şiddetli rüzgarlar bulunan adalarda sağ kalma yeteneğini geliştirmektedir.

(3.7.8.9.10. maddelerin tümü  sayın Çağrı Yalçın’ın yayınlamış olduğu yazıdan alınmıştır.)

http://www.bilimguncesi.org/?p=417

http://www.bilimguncesi.org/?p=1241 

7. Sitrik asit tüketmeye başlayan bakteriler

Prof. Richard Lenski’nin, laboratuvarda gözlenmiş bir mutasyonu tarif eden “uzun vadeli evrim deneyi: Bu deneyde, özetle, başlangıçta ortamdaki sitrik asiti enerji kaynağı olarak kullanamayan bakteriler, hiçbir müdahale altında kalmadan, kendiliğinden mutasyon geçirerek bu maddeden istifade edebilir hale geldi.

Bu deney 1988 yılında, 12 özdeş Escherischia coli (koli basili) ekiniyle başlatıldı, yani bakteri deney boyunca bir deney tüpünün içinde, kendisine uygun bir ortamda yetiştirildi. Her gün (yani 6-7 nesilde bir), eldeki bakterilerin yüzde onu yeni bir tüpe aktarılırken, geri kalan yüzde doksanı çöpe atıldı. Yalnız her 500 nesilde bir, normalde çöpe gidecek bu yüzde doksanlık kısım derin dondurucuya kondu. Bakterileri donuk şekilde saklamak, gerektiğinde çözüp üzerinde tahlil yapmak mümkün olduğundan, bakterilerin zaman içinde bir arşivi tutulmuş oldu. Deney boyunca bu bakteriler, içinde az miktarda glukoz ve bol miktarda sitrik asit bulunan sıvı ortamda yetiştirildiler, ancak sitrik asiti kullanma imkânları olmadığından yalnızca glukozla idare ettiler. Ne var ki, 33.127 nesil sonra tüplerin birindeki bakterilerin birden bire sitrik asiti kullanmaya başladıkları fark edildi. Bunun üzerine araştırmacılar donuk bakteri arşivlerini açıp önceki nesillerden bakterileri inceleyince gördüler ki sitrik asiti kullanabilen bakteriler yaklaşık 31.500’üncü nesilde ortaya çıkmış, ve sayıları biraz dalgalanıp 33.127’inci nesilde patlamış. Bu dalgalanmaları, bu bakterilerde tek bir mutasyonun değil, birden çok mutasyonun bu yeni beceriyi sağladığına yoruyorlar.

Bakterilerin yaşadığı fiziki şartlar deney boyunca sabit olduğundan ve bu bakterilere yatay gen aktarımını engellemek için hareketli genlerden arındırılmış ortamlar kullanıldığından, bu sitrik asit kullanma becerisinin kendiliğinden meydana gelen mutasyonlara bağlı olduğundan eminler.

Lenski ve meslektaşları şimdi bu sitrik asiti kullanma becerisinin tam olarak hangi genlerdeki mutasyonlara bağlı olduğunu ve bu genlerin hangi hücresel düzenekler yoluyla yarar sağladığını araştırıyorlar.  

 8. Bulundukları zeminin rengine uyum sağlayan fareler

 Şekil 1. Hoekstra ve ekibi, aynı türden ama farklı renk tüy taşıyan farelerdeki yararlı değişinimi tanımladı. Bu fotoğrafta fareler doğadakine zıt zemin üzerinde görülüyor. (Fotoğraf: Emily Key)

Araştırma, ABD’deki bir kumulda ve etrafındaki toprak bölgede yaşayan fareler (Peromyscus maniculatus) üzerinde yapıldı . Bu farelerden, açık renkli kumul üzerinde yaşayanların açık renkli tüylere, koyu renkli topraklarda yaşayanların ise koyu renkli tüylere sahip olduğunu gören Dr. Hopi Hoekstra ve meslektaşları, bu durumun farelerin yırtıcı kuşlardan gizlenmelerini sağladığını ve dolayısıyla bu uyumun yararlı bir mutasyonun ürünü olduğunu öngördüler. Bunu sınamak için bu farelerin kalıtım bilgisini incelediklerinde, bu uyumdan tek bir gendeki (Agouti) mutasyonun sorumlu olduğunu buldular. Yaptıkları topluluk kalıtımı hesaplamaları bu mutasyonun bundan 4.000 yıl önce meydana geldiğini gösterdiği için, ve yerbilimsel çalışmalar bu coğrafi bölgenin 8.000-10.000 yıl önce oluştuğunu gösterdiği için, bu mutasyonun farelerin buraya göç etmesinden sonra meydana geldiği sonucuna vardılar.

Hoekstra ve ekibi bu mutasyonun etki şeklini de açıklığa kavuşturdu: Mutasyon, genin protein kodlayan kısmında değil, o proteinden ne kadar üretileceğini belirleyen kısmında meydana geldi. Yani fare aslında tamamen aynı proteinleri üretiyor ama daha fazla ürettiği için koyu renkli pigment (tüylere rengini veren madde) azalıyor ve tüyler daha açık renkli oluyor. Hoekstra’nın öğrencileri şimdi bu değişimlerin DNA’nın tam olarak neresinde meydana geldiğini bulmaya çalışıyor.

 9. Lucilia cuprina türü sineklerin zehire karşı dirençleri

Lucilia cuprina türü sineklerin, zehire karşı dirençleri, bir nokta mutasyonuna bağlıdır. Bu zehir, asetilkolinesteraz adlı enzimi hedef alır, ona bağlanır ve onu görevini yerine getirmekten alıkoyar. Asetilkolinesteraz enziminin bu sinekteki karşılığı E3 üzerinde çalışan araştırmacılar, bu enzimden sorumlu olan geni incelediklerinde, beş ayrı nokta mutasyonu saptadılar. Bunlardan hangisinin veya hangilerinin bu dirençten sorumlu olduğunu araştırırken, ipucu, aynı direnci gösteren başka bir sinek türünden (Torpedo californica) geldi: Bu sinekler aynı direnci, bu beş mutasyondan yalnızca biri ile elde etmişlerdi. Ayrıca, ancak bu mutasyonla etkilenen amino asit, enzimin işlevini değiştirebilecek bir noktada yer alıyordu. Bunun üzerine araştırmacılar bu mutasyonlarla meydana gelen enzimlerden hangisinin organofosfatları parçalayabileceğini incelediler ve öngördükleri sonucu elde ettiler: Enzimin 137’nci amino asiti glisinden aspartik asite dönüşmüş, bu da GGT diziliminin GAT’ye dönüşmesiyle olmuştu . Ve bu mutasyon, bu enzime, kendini etkisizleştiren zehiri parçalama özelliği kazandırmıştı. Yani tek bir bazın değişimi, bu sinekleri ölümden kurtarmıştı.

10. Akdeniz Kansızlığı (=Thalasemi, AK) ve sıtmaya yakalanmayan bireyler 

Bir kromozomda belirli bir genin iki kopyası (alel) bulunur. Akdeniz kansızlığı hastalığı, ilgili genin her iki aleli de mutasyon gerirmişse meydana gelir. Bu kişilerde alyuvarlardaki hemoglobin molekülü görevini yerine getiremez.

Şekil 2. Akdeniz kansızlığı geninin iki kopyasını taşıyan bireyler (kırmızı) bu hastalığa yakalanırken, tek kopyasını taşıyan bireyler (mor) Akdeniz kansızlığına yakalanmadan sıtma hastalığına karşı direnç kazanırlar. (Wikipedia’dan Türkçeleştirilmiştir.)

Bir mutasyona uğramış, bir normal alel taşıyan bireyler ise, AK’na yakalanmadıkları gibi, sıtma hastalığına karşı başka insanlarda görülmeyen bir direnç kazanırlar. Peki bu direnç nasıl oluşur? Bazı uzmanlar, AK genini taşıyan bireylerde sıtma mikrobunun ya daha az çoğalma fırsatı bulduğunu ya da içinde yuvalandıkları arızalı alyuvarların dalakta parçalanmasıyla öldürüldüklerini düşünüyorlar. Bunun nasıl olduğuna henüz kesin bir açıklama getirilmemiş olsa bile, bu mutasyonun yararlı etkisi ortada: Sıtmanın çok görüldüğü bölgelerdeki AK oranının, sıtmanın görülmediği bölgelere göre yüksek olduğu biliniyor. Belli ki sıtmaya yakalanmaktan koruyan bir gen, belirli şartlarda zararlı olmasına rağmen, sıtma karşısında yarar sağladığı için o canlıda barınabiliyor.

 11. Naylon lineer oligomer hidrolaz enzimi 

(bununla ilgili detaylı bir makaleyi bilim yazıları bölümünde aşağıdaki linkte bulabilirsiniz)                          http://www.baharkilic.org/post/2011/03/07/Faydal%C4%B1-mutasyonlar.aspx

Çeviri kaynakları  ve  referans yazılar:

• Lin, E.C.C., & Wu, T.T. (1984) Functional divergence of the L-Fucose system in Escherichia coli. In R.P. Mortlock (ed.), “Microorganisms as Model Systems for Studying Evolution” (pp. 135-164) Plenum, New York.
• Çağrı Yalçın’ın linkte bulunan yazısından alıntılar içermektedir. Kendisi Japonya’da RIKEN Beyin Bilimleri Enstitüsü’nde araştırmacı olarak çalışmakta ve Saitama Üniversitesi’nde doktora öğrenimine devam etmektedir.  http://bilimguncesi.org/2010/02/19/yararli-degisinimler-mutasyonlar/
•  Hartley, B.S. (1984), Experimental evolution of ribitol dehydrogenase. In R.P. Mortlock (ed.), “Microorganisms as Model Systems for Studying Evolution” (pp. 23 – 54) Plenum, New York.
• Graham Bell’in “Selection – The Mechanism of Evolution” kitabı
• Kinoshita, et. al., Eur. J. Biochem. 116, 547-551 (1981), FEBS 1981.
• http://www.buzzle.com/
• Wikipedia

İzmirdama.tr.gg


Kaynak: http://kozmopolitaydinlar.wordpress.com/2012/03/10/faydali-mutasyon-kavrami-ve-ornekleri/