Günümüzde nükleik asitlerin tüm canlı hücrelerde ve virüslerde bulunduğunu, ilgili varlığın yönetiminden sorumlu olduğunu ve tüm özelliklerinin nesilden nesile aktarılmasını sağladığını biliyoruz. Elimizde nükleik asitlerin, DNA veya RNA nükleotidlerinin birbiri ardına eklenmesiyle oluştuğundan; nükleotidlerin, heterosiklik halka yapısı gösteren bir pentoz şeker, heterosiklik bir karbon halkası ile azot atomları ihtiva eden organik bir baz ve bir fosfat grubu içerdiğine kadar kapsamlı ve derinlere indikçe bizi yapının korkunç derecede kompleks olduğuna ikna eden sayfalar dolusu bilgi var.

İlkokul yıllarında DNA’ya kalıtsal molekül adını vermekle birlikte lise yıllarında bazı virüslerde kalıtsal molekülün RNA olabildiğini de öğrendik. Bu iki devasa yapının (DNA ve RNA) ortak noktası ise nükleik asit içermeleriydi. O halde kalıtım nükleik asitler aracılığıyla sağlanmalıydı. Yani artık biri bize “Kalıtsal molekül nükleik asit mi yoksa protein mi?” diye sorduğunda cevabını düşünmeden verebilirdik. Nükleik asit! Peki bu kanıya nasıl vardık?

Nükleik Asitlerin Yapısı

Nükleik Asitlerin Bulunması

Bu soruya cevap vermek için 1870’te Fransızlarla Prusyalılar arasında geçen bir savaşa dönmemizin gerekmesi kulağa biraz tuhaf gelse de karşımıza İsviçreli biyolog Miescher‘in çıkması konudan o kadar da uzaklaşmadığımızı gösterebilir. Miescher, savaşta kullanılan sargı bezlerindeki irinlerden aldığı akyuvarlarda o zamana kadar bulunmamış bir kimyasal madde keşfetmişti. Daha sonra aynı maddeye somon balıklarının spermlerinde de rastlamış, bu kimyasal maddenin özellikle nukleusta (çekirdek) çok fazla bulunduğunu gözlemlediği için adına nüklein demişti. 1895’e kadar Altman ile birlikte yaptığı çalışmalarda nükleini yüksek ağırlıklı bir organik fosfat bileşiği şeklinde tanımlamış ve protamin denilen bazik bir proteinle birlikte bulunduğunu söylemişti. İlerleyen zamanlarda ise nüklein, nükleik asit olarak son halini aldı. Yirminci yüzyılın başlarında biyokimyacı Kossel sayesinde nükleik asitin yapı taşları olan nükleotidlerle tanıştık. Aynı zamanlarda araştırmalarını sürdüren Ascoli, Levene ve Jones da iki tür nükleik asit olduğunu, yani DNA ve RNAnın varlığını saptadı. Miescher’in nükleik asitlerin çekirdekte fazlaca bulunduğu iddiası ise 1937’de DNA boyama teknikleri yardımıyla Feulgen tarafından sitolojik olarak kanıtlandı.

Nükleik Asitlerin Kalıtsal Molekül Olduğunun ispatı

Her ne kadar kromozomların yapısında DNA’nın bulunması gibi birçok veriye ulaşılmış olsa da, 1940’lı yıllarda kalıtsal molekülün proteinler olduğuna dair genel bir algı vardı. Kalıtsal molekülün nükleik asit olabileceği ihtimali üzerinde durulmamıştı çünkü; nükleik asitlerin temelde dört farklı yapı taşının tekrarlanmasıyla meydana gelen makromoleküller olduğu sanılıyordu. Oysa protein öyle miydi? Yirmi farklı aminoasitten oluşuyordu ve adeta genetik bilgiyi taşımak için biçilmiş kaftandı! Bilim dünyasının bu tür bir algıya ev sahipliği yaptığı o dönemde Fred Griffith bir deney için kollarını sıvadı.

Streptococcus pneumoniae adı verilen bakteriden S tipi ve R tipi olmak üzere iki ayrı suş hazırladı. (Suş; bir bakteri veya virüsün aralarında genetik ayrımları olan farklı alt türleridir.)

Bu suşlardan S tipi olanı virulent pürüzsüzdü, yani dış kısmında parlak ve polisakkarit kaynaklı bir kapsül bulunuyordu. Düz ve büyük koloniler meydana getiriyor ve memelilerde pnömoniye (zatürre) sebebiyet veriyordu. R tipi suş ise virulent olmayan pürüzsüzdü, yani dışında kapsül bulundurmuyordu ve öldürücü değildi. Mutant bir ırktı. Küçük, granüllü koloniler meydana getiriyordu.

  1. Hazırladığı S tipi (öldürücü) ve R tipi (öldürücü olmayan) suşları fareler üzerinde test etmeye başladı:
    İlk olarak bir fareye R tipi (öldürücü olmayan) suşu verdi ve farenin yaşamına devam ettiğini gördü.
  2. Daha sonra S tipi (öldürücü) suşu verdi ve farenin öldüğünü gördü.
  3. Başka bir fareye ısı ile öldürülmüş S tipi (öldürücü özelliğini kaybeden) suşu verdi ve farenin yaşamaya devam ettiğini gördü.
  4. Son olarak R tipi (öldürücü olmayan) ve ısı ile öldürülmüş S tipi (öldürücü özelliğini kaybeden) iki suşu birlikte verdi. Deney farenin ölümüyle sonuçlandı.

İlk üç aşamada beklenmedik bir durum gözlenmedi. Son aşamada ise ısı ile öldürülmüş S tipi (öldürücü özelliğini kaybeden) bakteriler ile herhangi bir müdahalede bulunulmamış R tipi (öldürücü olmayan) bakterilerin birlikte verilmesi sonucu farenin ölmesini Griffith şu şekilde açıkladı: Patojen (hastalık yapıcı) S tipi bakteriler ısı ile öldürüldüğü halde kalıtım faktörlerini (öldürücü özelliklerini), hastalık yapmayan ve yaşayan R tipi bakterilerin bir kısmına aktardı. Böylece hastalık yapıcı özelliği olmayan R tipi bakterilerin bir kısmı (S tipi ölü bakterilerin kalıtım faktörlerini alarak) S tipi bakterilere dönüştü ve farenin ölümüne sebep oldu.

Dolayısıyla Griffith kalıtım faktörlerinin, izole ettiği DNAIar tarafından aktarıldığını düşündü ve 1944 yılında deney sonucunu bilim dünyasına duyurdu. Fakat kalıtsal molekülün protein olduğuna dair inancın popülerliği sebebiyle Griffith’in transformasyon deneyine araştırmacıların birçoğu itirazda bulundu. Griffith’in izole ettiği DNA moleküllerinin üzerinde protein kalıntılarının olduğu ve kalıtımın bu kalıntı proteinler sayesinde sağlandığı iddia edildi.

Daha sonra Avery ve arkadaşları bu iddialara cevap vermek ve şüpheleri gidermek amacıyla yeni bir deneyin hazırlıklarına başladılar. S tipi (öldürücü) bakterileri (parçalayıp öldürerek) özüt haline getirdiler. Deney için ölü SIII özütü, canlı RII bakterisi, proteinleri parçalamak için proteaz enzimi, RNA’ları parçalamak için RNaz enzimi, DNA’ları parçalamak için DNaz enzimi kullandılar.
Avery ve arkadaşlarının transformasyon deneyi şu şekilde gerçekleşti:

Avery-MacLeod-McCarty Deneyi

1. Sadece yaşayan RII bakterilerini petri kabına koydular ve RII bakterilerinin üreyerek koloniler oluşturduğunu kaydettiler.

2. Sadece ölü SIII özütünü petri kabına koydular ve herhangi bir üremenin olmadığını kaydettiler.

3. Yaşayan RII bakterilerini, ölü SIII özütünü ve proteaz enzimini aynı petri kabına koydular. Bir süre sonra RII ve SIII bakterilerinin ürediğini kaydettiler. Bu gözlemin sonucu şu şekilde açıklanabilir. Yaşayan RII bakterilerinin bir kısmı ölü SIII özütünden kalıtım faktörlerini alarak SIII tipi bakterilere dönüşürken bir kısmı ise RII tipi bakteri olarak kaldı. Bu kalıtım faktörü, iddia edildiği gibi protein tarafından aktarılsaydı ortamdaki proteaz enzimi bu proteinleri parçalayacağı için aktarımın önüne geçilmiş olacak, deney sonucunda SIII tipi bakterilerin varlığına rastlanmayacak, sadece RII tipi bakteri gözlemlenecekti. Fakat proteaz enziminin varlığına rağmen deney sonucunda hem RII tipi hem de SIII tipi bakteriler saptandı. Böylelikle kalıtım faktörünün iddia edildiği gibi protein tarafından sağlanmadığı kanıtlanmış oldu! Evet, protein kalıtım materyali değildi fakat bu veri tek başına DNAnın kalıtım materyali olduğunu da açıklamıyordu. O yüzden deneye devam ettiler.

4. Bu sefer aynı petri kabına canlı RII bakterileri, ölü SIII özütü ve RNaz enzimi konuldu. Sonuçta yine RII ve SIII bakterilerinin kolonilerine rastlandı. RNA’ları parçalayan RNaz enziminin varlığına rağmen hem RII hem de SIII bakterilerinin üremesi tıpkı kalıtsal materyalin protein tarafından sağlanmadığı gibi, RNA tarafından da aktarılmadığını ortaya çıkardı. (Sadece virüslerin bir kısmında kalıtsal molekül RNA’dır. Avery Deneyi bakteri üzerinde yapıldığı için RNA’nın kalıtsal molekül olması mümkün değildir. Çünkü bakteri gibi mikroorganizmalarda, bitki, hayvan ve insan gibi canlılarda, virüslerin ise bir kısmında kalıtsal molekül DNAdır.)

5. Son olarak aynı petri kabına canlı RII bakterileri, ölü SIII özütü ve DNaz enzimi birlikte konuldu ve sadece RII kolonilerinin oluştuğu görüldü. DNaz enzimi, ölü SIII özütündeki DNA’ları parçaladığı için, canlı RII bakterileri ölü SIII özütünden kalıtım faktörlerini alamamış, dolayısıyla kolonilerde yalnızca RII tipi bakteri gözlemlenmiştir. Kalıtım materyalinin DNA olduğu bu şekilde ispat edilmiştir.

Aklınıza “DNaz enzimi niçin canlı RII tipi bakterilerin DNA’Iarını parçalamadı?” sorusu geldiyse hemen cevaplayalım: RII tipi bakteriler canlı olduğu ve hücre zarıyla dış ortamdan ayrıldığı için petri kabında sadece
DNAIara değil, RII tipi bakterilere ait hiçbir moleküle rastlanamaz. SIII tipi bakterilerin parçalanarak özüt haline getirilmesinin amacı da DNA, RNA ve proteinlerinin hücre içinden çıkması, petri ortamında bulunması, dolayısıyla DNaz, RNaz ve proteaz enzimlerinin bu moleküllere etki etmesinin sağlanmasıdır. Mikroorganizma, bitki, hayvan ve insan gibi canlılarda kalıtım materyalinin DNA olduğunu söylemiştik. Virüslerde ise kalıtım materyali iki çeşittir ve taşıdıkları genoma göre DNA virüsü ya da RNA virüsü olarak adlandırılırlar. Virüslerin kalıtım materyalleri üzerine de yapılmış birçok deney vardır. Örneğin; Hershey ve Chase, fosfatı işaretlenmiş viral DNA ile kükürtü işaretlenmiş proteini baz alarak yaptıkları deneyde bakteriyofajların (bakterileri enfekte eden virüsler) kalıtım materyalinin DNA olduğunu saptamışlardır. Böylelikle Arvey ve arkadaşlarının transformasyon deneyi de desteklenmiştir. Aynı dönemde FraenkeI-Conrat ve Singer, tütün mozaik virüsü ile yaptıkları deneyde bu tip virüslerin kalıtım materyalinin RNA olduğunu bulmuşlardır.

O halde sorumuza geri dönelim: “Kalıtsal molekül nükleik asit mi yoksa protein mi?” Artık 1870’lerden günümüze uzanan serüvene bakarak içi dolu bir cevap verebiliriz: Nükleik asit!

Peki bu kanıya nasıl vardık? Uzun hikaye…

Fatıma ASLAN