Doğal evrim, genetik mutasyonların kademeli olarak birikmesine dayanan ve epey yavaş ilerleyen bir süreçtir. Son yıllarda bilim insanları bu süreci, laboratuvarlarda süratle yeni proteinler ve başka moleküller oluşturmalarına imkan sağlayacak formda küçük ölçekte hızlandıran ve ‘yönlendirilmiş evrim’ olarak da bilinen yolu buldu.
Şimdiyse MIT’den araştırmacılar, paralel olarak 100 kat daha fazla yönlendirilmiş evrim deneyi yapabilmenin ve daha büyük bir popülasyona bir tahlil bulabilmenin yanı sıra bunların gelişimini eş vakitli olarak takip edebilen bir robotik platform geliştirdi. Platformun yeni molekülleri daha süratli geliştirmeye yardımcı olmaya ek olarak doğal evrimi simüle etmek ve nasıl çalıştığına dair temel soruları yanıtlamak için de araştırmacılara yardımcı olması bekleniyor.
Yeni sistem, virüslere ‘bebek bakıcılığı’ yapıyor
Yönlendirilmiş evrimin, mühendislik disiplini ve bilim bir yana, daha çok bir ‘sanat’ olduğunu kaydeden MIT Medya Laboratuvarı’ndan yardımcı doçent ve çalışmanın kıdemli müellifi Kevin Esvelt, bunun yalnızca farklı permutasyonları sistematik olarak keşfedip sonuçları gözlemleyene kadar geçerli olduğunu söz ediyor.
Bundan yaklaşık 10 yıl öncesinde Harvard Üniversitesi’nde yüksek lisans öğrencisi olan Esvelt, yönlendirilmiş evrimi hızlandırmanın bir yolunu geliştirdi. Bu yaklaşımda Esvelt, proteinlerin istenen bir fonksiyona hakikat daha süratli evrimleşmesine yardımcı olmak için bakteriyofajlardan (bakterileri enfekte eden virüsler) faydalandı. Daima olarak devam eden bu süreçte her mutasyon yaklaşık 20 dakika kadar sürerken, rastgele bir insan müdahalesine gerek kalmadan birçok kere de tekrarlandı. Faj takviyeli daima evrim yahut PACE olarak bilinen bu formülü kullanan yönlendirilmiş evrim, klasik yönlendirilmiş evrim deneylerinden 1 milyar kat daha süratli gerçekleştirebiliyordu.
Nature Methods makalesinde açıklandığı üzere PRANCE olarak isimlendirilen faj ve robotik takviyeli yeni teknik ise farklı şartlar kullanılarak paralel olarak 100 kat daha fazla popülasyon geliştirebiliyor. PRANCE sisteminde her viral popülasyon, evrim sürecinden geçerken bir robot tarafından takip ediliyor. Virüs istenen proteini üretmeyi başardığında ise robotun algılayabileceği bir floresan protein üretiliyor.
Araştırma takımı üyelerinden Erika DeBenedictis, “Robot, virüslerin uygun performans gösterip göstermediğini yahut nitekim uğraş edip etmediklerini ve onlara yardım etmek için bir şeyler yapılması gerekip gerekmediğini görmesini sağlayan bu dataları ölçerek bir virüs popülasyonuna bebek bakıcılığı yapabilir” halinde kaydediyor. Bu da demek oluyor ki yeni sistem, hayatta kalmakta zorlanan virüslerin yok olmasını engellemek ve hedeflenen proteinin istenen formda evrimleşmesi için yardımcı olabiliyor.
Yeni sistem, evremin tarihi geçmişine de ışık tutabilir
Araştırmacılar artık de PRANCE’i yeni küçük moleküllü ilaçlar yapmak için kullanıyor. Bu çeşit büyük ölçekli yönlendirilmiş evrim için başka muhtemel uygulamalar ortasında, plastiği daha verimli bir formda parçalayan enzimleri yahut epigenomu düzenleyebilen molekülleri geliştirmeye çalışmak yer alıyor.
Bu yeni sistem, bilim insanlarının muhakkak bir evrimsel sonuca yol açan süreci daha güzel anlamasına da yardımcı olabilir. Sistem sayesinde bilim insanları pek çok popülasyonu paralel olarak inceleyebildikleri için; mutasyon oranı, özgün popülasyonun boyutu ve çevresel şartlar üzere faktörleri ayarlayabilir ve akabinde bu varyasyonların sonucu nasıl etkilediğini tahlil edebilir. Bu tıp büyük ölçekli ve denetimli bir deney, evrimin doğal olarak nasıl meydana geldiğiyle ilgili temel sorulara da potansiyel olarak yanıtlar bulabilir.
Hususa dair “Sistemimiz, sistemde neler olduğunu büyük ölçüde daha yeterli anlayarak bu evrimleri sahiden gerçekleştirmemize imkan sağlıyor” tabirlerini kullanan araştırma grubundan Emma Chory, “Evrimin yalnızca bitiş noktasını değil tarihini de öğrenebiliriz.” halinde kaydediyor.