Tükürükte onlarca yıl gizli kalan dev DNA parçaları keşfedildi

Tokyo Üniversitesi ve Stanford Üniversitesi'nden bilim insanlarının ortak çalışmasıyla tükürükte yüzen ve klasik genetik analiz tekniklerinin onlarca yıldır göremediği devasa bakteriyel DNA parçaları ilk kez tespit edildi. 11 Ağustos'ta Nature Communications dergisinde yayımlanan araştırmaya göre, 'inocles' olarak adlandırılan bu gizemli genetik yapılar dört kişiden üçünde mevcut. Araştırma ekibi, bu DNA parçalarının bazı insanların enfeksiyonlara neden daha güçlü direnç gösterdiğini ve belirli kanser türlerinin neden geliştiğini açıklama potansiyeli taşıdığını ortaya koydu. Keşif, insan mikrobiyomu hakkındaki mevcut bilgileri kökten sarsacak nitelikte değerlendiriliyor.

Ağız mikrobiyomunda görünmez bir evren yıllarca fark edilemedi

İnsan ağzının milyarlarca bakteriye ev sahipliği yaptığı bilimsel çevrelerde uzun süredir bilinen bir gerçek. Bu bakterilerin bir kısmı koruyucu işlev görürken, diğerleri diş çürüklerine ya da diş eti rahatsızlıklarına zemin hazırlıyor. Ancak Nature Communications'da yayımlanan bu çalışmaya dek, ağız mikroplarının ana genomlarından koparak bağımsız hale gelen bu denli büyük DNA parçalarının varlığından hiç kimse haberdar değildi. Araştırmanın boyutu ve sonuçları, bilim dünyasında ciddi bir yankı uyandırdı. Yıllardır yapılan ağız mikrobiyomu çalışmalarının önemli bir boyutunun gözden kaçtığı anlaşıldı.

Araştırmayı yöneten, Tokyo Üniversitesi kökenli olup şu anda Stanford Üniversitesi'nde görev yapan Yuya Kiguchi ve ekibi, keşfettikleri bu yapılara 'inocles' adını verdi. Bu isim, İngilizce 'insertion coded; oral origin; circular genomic structure' ifadesinin kısaltması olarak belirlendi. Teknik bir isimlendirme gibi görünse de altında büyüleyici bir gerçeklik yatıyor: hemen hemen hepimiz tükürüğümüzde varlığından tamamen habersiz olduğumuz genetik bilgi parçaları taşıyoruz. Bu parçalar, ağız boşluğundaki bakterilerin kromozomlarından ayrılarak dairesel bir yapıya bürünüyor ve tükürük sıvısında serbestçe dolaşıyor. Dolayısıyla her gün farkında bile olmadan bu genetik materyalle iç içe yaşıyoruz.

Çalışmaya doğrudan katılmayan ancak bağımsız değerlendirme yapan ADA Forsyth Enstitüsü'nden profesör Floyd Dewhirst, bu keşfi ağız mikrobiyomu ile genel insan sağlığı arasındaki karmaşık ilişkileri kavramada 'bulmacanın yeni ve kritik bir parçası' olarak nitelendirdi. Dewhirst'e göre bu parça, bütün resmi değiştirecek kadar önemli olabilir. Çünkü inocles yapılarının varlığı, ağız sağlığının sistemik sağlık üzerindeki etkisine dair yepyeni bir pencere açıyor.

Geleneksel dizileme teknikleri neden inocles'ları tespit edemedi?

Akla gelen en doğal soru şu: bu denli yaygın olan yapılar bilim insanlarının gözünden nasıl bu kadar uzun süre kaçabildi? Yanıt, ancak yakın dönemde aşılan teknolojik bir sınırda gizli. Klasik genetik dizileme yöntemleri, dev bir yapbozun parçalarını tek tek incelemeye benzer bir mantıkla çalışıyor. DNA önce küçük parçalara bölünüyor, ardından her parça ayrı ayrı analiz ediliyor ve son aşamada bilgisayar algoritmaları bu parçaları bir araya getirerek bütünü yeniden oluşturuyor. 'Kısa okuma dizileme' olarak bilinen bu yaklaşım, klasik bakteriyel plazmitler gibi küçük kromozom dışı elementlerin tespitinde son derece başarılı sonuçlar veriyor. Ne var ki inocles yapıları hem çok büyük hem de yapısal olarak bu teknikle yakalanması imkânsız denecek kadar karmaşık bir mimariye sahip.

Japon araştırmacılar bu engeli aşmak için çok daha yeni ve belirgin biçimde daha maliyetli bir yönteme başvurdu: uzun okuma dizileme teknolojisi. Bu teknoloji, DNA zincirini minik parçalara ayırmadan çok daha geniş segmentleri bir bütün halinde okumaya imkân tanıyor. Durumu somutlaştırmak gerekirse, bu yöntem bir duvar halısını yalnızca tek tek ipliklerine bakarak anlamaya çalışmak yerine, geniş kumaş parçalarını bir arada gözlemleyerek daha önce fark edilemeyen desenleri ayırt edebilmek gibi. Kısa okuma yöntemiyle bakıldığında inocles'lar rastgele ve anlamsız parçalar gibi görünüyordu; uzun okuma teknolojisi sayesinde ise bu parçaların aslında tutarlı, dairesel ve devasa bir genetik yapı oluşturduğu ilk kez anlaşıldı.

Araştırmanın ilham kaynağı da oldukça dikkat çekici. Yakın dönemde toprakta yaşayan bakterilerde dev kromozom dışı elementlerin varlığı tespit edilmişti. Kiguchi ve ekibi, benzer yapıların farklı ortamlarda, özellikle de insan mikrobiyomunda bulunabileceği hipotezini ortaya attı. Bu cesur öngörü karşılığını fazlasıyla verdi. Toprak bakterilerindeki keşfin insan ağız florasına uyarlanması, bilimsel tarihte disiplinler arası düşünmenin ne denli değerli olduğunu bir kez daha kanıtladı.

Bağışıklık sistemi ve kanser arasında dikkat çekici korelasyon

Yüzlerce gönüllüden toplanan tükürük örneklerini uzun okuma dizileme yöntemiyle analiz eden bilim insanları, iki kritik bulguya ulaştı. İlk olarak, test edilen bireylerin yaklaşık yüzde 74'ünün ağız mikrobiyomunda inocles yapıları taşıdığı belirlendi. Bu oran, inocles'ların nadir bir anomali değil, insan mikrobiyomunun yaygın bir bileşeni olduğuna işaret ediyor. İkinci ve belki de çok daha çarpıcı bulgu ise inocles oranlarındaki bireysel farklılıkların, bağışıklık sisteminin işleyişindeki ölçülebilir değişimlerle doğrudan örtüşmesi oldu.