DNA Kodlamasının İcat Edeni, Hayatın Kodunu Çözmede Nasıl Anahtar Rol Oynadı?

Guelph Üniversitesi’ndeki soğuk ve serin öğle saatlerinde evrimsel biyolog Paul Hebert, tek bir misyonla 150’den fazla kişiyi yönetiyor: Yeryüzünde var olmuş tüm canlı türlerini adlandırmak. Tutku her gün kapıda karşılanıyor; dünyayı dolaşan işbirlikçilerden paketler geliyor—gezegenin her olası köşesinden tür örnekleri içeren tüpler. Bu örneklerden alınan küçük bir doku parçası, türü tanımlamak için gereken tüm DNA‘yı içerir. Takım bu parçaları kodu çözer ve adlandırırken, geçen her gün onları doğal dünyayı anlama konusundaki birleşik misyonlarına bir adım daha yaklaştırıyor.

Proje soylu bir amaca sahip olsa da, Hebert için bu misyon bir duygudan doğdu: hayal kırıklığı. Yıllardır doğal tarihçi olan ve ayırt edemediği binlerce türle başa çıkamayan Hebert, bir zamanlar biyoçeşitlilik araştırmalarını tamamen bırakmıştı. Bu, bir süpermarket barkod tarayıcısının yeni bir teknoloji için bir fikir vermesine kadar sürdü: DNA barkodlama. Şimdi 79 yaşında, Hebert yine yeryüzündeki tüm çok hücreli canlıları tanımlama hedefine odaklanmış durumda.

Biyoyeşitliliğin Bulunduğu Bahçe

Ontario Gölü’nün yanı başında, Kingston’da büyüyen Hebert, biyoçeşitlilikle çevrili büyümüştü. “Bahçeme keşiflerle tuz atılmış olmalı,” dedi. Altı yaşındayken bir yaz günü, Kuzey Amerika’nın en büyük güvelerinden bir çifti, yaklaşık altı inç uzunluğunda, bir günlilya bitkisinin üzerinde buldu. “Bu şeylerin böyle güzel olabileceğine şaşırdım,” dedi Hebert. “Bu olayın beni bu yola yönlendirmiş olması mümkün, çünkü çocukluğumdaki merakım güve ve kelebekleri çalışmaya dönüştü.”

Çocukken Paul Hebert bahçesinde böceklerin biyoçeşitliliğini keşfetti, hatta Kuzey Amerika’nın en büyük güvelerinden bir çifti buldu.Sylvie Li

Çocukken Paul Hebert bahçesinde böceklerin biyoçeşitliliğini keşfetti, hatta Kuzey Amerika’nın en büyük güvelerinden bir çifti buldu.

Sylvie Li

Ömür boyu böcekleri çalışmayı planlayan Hebert, bir bilim insanı olmaya başladı. Yol kolay değildi. Güçlü akademik kaydı rağmen, istediği herhangi bir üniversitede eğitim ücretini karşılayacak olan Ontario bursunu kazanamadı. Bunun yerine, şehrindeki Queen’s Üniversitesi’ne kaydoldu; burada lisede böcekleri toplayıp çalışırken çalıştığı hocaların potansiyelini fark ettiler. Onlar Hebert’i lisans yılları boyunca desteklediler.

Buradan itibaren zorlu bir tırmanış başladı. Hebert, Commonwealth Bursunu kazandı, Cambridge Üniversitesi’nde okudu ve evrimin moleküler biyolojisine yöneldi; su piresi denilen küçük tatlı su kabırcıklarına odaklandı. Doktora sonrası seferleri onu Papua Yeni Gine ve Kanada Arktik bölgeye götürdü. Ancak bu cesur maceralara rağmen, Hebert memnun değildi. Ömür boyu tutkusu türleri sadece bakarak ayırt etmekken, akademik yolculuk Hebert’i tek bir su piresi cinsine odaklanmaya itti.

1976’da Kanada’ya döndü, Windsor Üniversitesi’nde Biyolojik Bilimler profesörü olarak göreve başladı. İki haftalık saha seferlerinde, ders vermeye tercih ettiği bu seferlerde öğrenciler farklı böcek türlerini toplar ve Hebert’ten onları ayırt edip edemeyeceğini sorardı. Şaşırarak, edemiyordu.

Bu onu huzursuz etti.

“İşte biyoçeşitliliği seven, hayal kırıklığı içindeki bir akademisyen, otuz beşine geldiğinde türleri ayırt edemediğini fark ediyor,” dedi. “Hayatımı boşa harcadığımı anladım.”

Bir Market Tarayıcısı ve DNA Barkodlama

İnsanlık 2 milyon türü tanımlamış olsa da, yine de yeryüzünde var olmuş veya olan tüm türlerin toplam sayısını ölçememektedir.1

Bu soru Hebert’i geceleri uyutmadı, tam anlamıyla, bir gün yerel marketinde alışveriş yaparken bir cevap bulana kadar. “Barkodlara bakarken, ‘Tanrım, bu küçük çizgiler bu marketteki her şeyi ayırt edebiliyor! Neden gezegendeki her türü sadece küçük bir nükleotid dizisini okuyarak ayırt edemiyorum?’ diye düşündüm.”

Polymeraz zincir tepkimesinin icadından sonra Hebert, herhangi bir organizmadan DNA’nın belirli parçalarını geri kazanabilmişti. DNA kodonlarındaki üçüncü konuma odaklandı—genetik kodun yedekliliği nedeniyle değişime eğilimli, mutasyonların çoğu ortaya çıkan proteini değiştirmediği için bu bölge değişime eğilimliydi. Bu değişiklikleri belirlemek için, çoğu hayvanın sahip olduğu kadar yaygın olması ve aynı zamanda çoğu genden daha hızlı mutasyona uğraması gereken bir gene odaklanması gerekiyordu, böylece dizisi yakın akraba türler arasında bile farklılaşacaktı. Mitokondride bulunan sitokrom c oksidaz I (COI) adlı bir genin bir bölümüne karar verdi. Ardından, fikri sınamak için bahçesine çıktı.

1978’de Hebert, yeterince türü tanımlayamayacağına ikna olmuş olarak tüm böcek koleksiyonunu vermişti. Ancak daha sonra, yirmi yıldan fazla bir süre sonra, en sevdiği organizmalara geri döndü: böceklere. Hebert arka bahçesine bir lamba asıp yıllar içinde ilk kez güveleri topladı. Her birinden tek bir bacak çekt ve COI genini dizmek için kullandı.

Tevrim biyoloğu Paul Hebert, DNA barkodlamayı kullanarak biyoçeşitliliği dizme ve kataloglama konularında küresel çabaları yönetiyor.Sylvie Li

Tevrim biyoloğu Paul Hebert, DNA barkodlamayı kullanarak biyoçeşitliliği dizme ve kataloglama konularında küresel çabaları yönetiyor.

Sylvie Li

“Bu türlerin her biri kendine özgü bir barkoda sahipti,” dedi. Daha sonra DNA barkodlaması olarak adlandırılacak bu icat, biyoçeşitliliğin çalışmalarını devrimleştirdi ve Hebert’e “DNA barkodlamasının babası” unvanını kazandırdı.

Ancak 2002’de, bu unvandan çok önce, fikir üzerine yazdığı ilk makale reddedildi, dergi ona yeniden gönderme yapmasını teklif etti. Bu yayın için her şeyi değiştirirdi. “Tüm çalışmalarımı yok edin,” diye düşünüyordu hatırladığı gibi. “Bana sadece bu tek makaleyi bırakın, çünkü bunun işleri değiştirebileceğini düşünüyorum.” Bazı düzeltmelerle, makalesini 2003’ün başlarında yayınladı.2

Başlangıçtaki karşılama ise zorluydu. Sloan Vakfı, Cold Spring Harbor’da DNA barkodlaması üzerine iki toplantı düzenledi ve Mart ayında düzenlenen ilk toplantı, Hebert’in “horoz dövüşü” dediği şeye dönüştü. Şüpheci yaklaşımların bir kısmı, tek organizmalar üzerinde çalışan ve barkodlamanın çözmek için inşa edildiği sorunu hiç yaşamayan bilim insanlarından geliyordu. “Sadece kavanozlarda meyve sineklerini çalışan koltuk halkı vardı,” dedi Hebert. “Bunu yapmanın neden gerekli olduğunu gerçekten anlamadılar.”

Daha derin bir direnç de vardı; bu, bilimden çok bilimin her zaman nasıl işlediğiyle ilgiliydi. Nesiller boyunca bir türü tanımlamak, genellikle belirli bir organizma grubunu çalışmaya ayrılmış bir kariyer boyunca inşa edilen bir taksonomistin kişisel uzmanlığına dayanıyordu. Barkodlama, bu bireysel becerinin yerine herkesin yapabileceği tek bir standart testi koymayı öneriyordu. “İnsanlar standardizasyondan nefret eder,” dedi Hebert. “İnsanlar bireyselliği sever, özellikle de bilim insanları.”

Hebert’in beklediği yerlerde çok sayıda eleştirmen vardı, ancak güçlü destekçiler de vardı. Katılımcılar arasında, hayatını biyoçeşitliliği çalışmaya adamış ve morfolojinin tek başına onu kataloglayamayacağına varmış olan Pennsylvania Üniversitesi’nden evrim ekoloğu Daniel Janzen vardı.

“Bize Cold Spring Harbor’daki konuşması bilimimizi ve kişisel yörüngemizi büyük ölçüde değiştirdi,” dedi Janzen. “İnanılmaz idari gücü ve geniş biyoçeşitlilik kapsayı ve merakı, bugün 2003’teki kadar hala yoğun ve şimdi DNA barkodlaması dünya çapında biliniyor ve kullanılıyor.” Janzen, Hebert’in çalışmasıyla derin bir bağ kurdı. 87 yaşında, hala Hebert’e düzenli olarak yazışıyor.

Yeryüzündeki Her Türü Haritalama Planları

Cold Spring Harbor toplantılarından sonra gelen on yılda, dünya genelinde araştırmacılar DNA barkodlamayı çeşitli şekillerde kullanmaya başladı; bir türü diğerinden ayırmak, aynı türün larva veya genç evrelerini tanımlamak ve yeni türleri betimlemek gibi. Yakında barkodlama, yaşamı kataloglamanın ve herhangi bir organizmanın ‘parmak izini’ bulmanın yolu haline geldi. Bilim insanları, yaşamın tüm biçimleri için DNA barkodları üretebilir ve DNA barkodu referans veritabanları inşa edebilirdi.

“Mülakat yaparken, potansiyel danışmanlarla görüştürürken, o kesinlikle en açık fikirli ve dinamik kişiydi,” Cristescu söyledi. “Onunla çalışmaya başladığınızda, inanılmaz derecede belirgin olan şey, ne kadar verimli olduğu,” dedi. Toplantıda bir soru yükseltse—even bir potansiyel doktora sonrası pozisyon bağlantısı gibi bir şey—Hebert ismi söyler ya da telefon açar ve sorunu anında çözerdi. Makaleler aynı şekilde işlerdi: Taslağını ona verir, ertesi gün zaten düzenlemelerle masasında geri gelirdi.

Guelph Üniversitesi Biyoçeşitlilik Genom Merkezi’ndeki ekip, türleri tanımlamak ve biyoçeşitliliği korumak için DNA barkodlamayı kullanıyor.

Suz Bateson (Biyoçeşitlilik Genom Merkezi)

Bu danışmanlık gerçekten hiç solmadı. Cristescu kendi fakülte kariyerini kurdu ve yıllar sonra, Hebert ile hâlâ bütçe ve makalelerde işbirliği yapıyor. “Akademide kalan öğrencileriyle bir bağlantı sürdürüyor,” dedi.

79 yaşında, Hebert şimdi International Barcode of Life Consortium’u yönetiyor ve kurmasına yardımcı olduğu Guelph Üniversitesi Biyoçeşitlilik Genom Merkezi’nin icra kurulu başkanı. Gezegendeki yaşayan her türü adlandırmak ve tanımlamak için milyonlarca dolar topladı ve durmayı planlamıyor. Geleceğe bakarken, Hebert’in inatçı iyimserliği hâlâ sönmüş değil. Önümüzdeki yirmi yıl içinde yaşam envanterini tamamlamak için 1 milyar dolar toplamayı hayal ediyor. “97 yaşında olduğumda, Dünya’daki her çok hücreli türü tamamlamış ve kaydetmiş olacağız,” dedi.

Tüm araştırmacıların biyoçeşitlilik anlayışına katkılarından dolayı, Hebert mütevazı.

“Bilim bu muazzam yapı, ve sen içinde bir odayı süslemeye hak kazanırsın,” dedi. “Katkılarımı oldukça önemsiz ve küçük görüyorum, ama gerçekten ilginç bir girişimi başlattılar—bireysel çabanın biyolojiyi değiştireceği bir girişim.”

1. Costello MJ, et al. Can we name Earth’s species before they go extinct? Science. 2013;339(6118):413-416.
2. Hebert PDN, et al. Biological identifications through DNA barcodes. Proc R Soc B. 2003;270(1512):313-321.