EVRİMSEL GENOMİKS 

Dr. Ergi Deniz ÖZSOY 

Modern kuramsal yapısı ve bu yapının işaret ettiği pratik çerçevesiyle evrimsel biyoloji, bilindiği gibi, temellerini Türlerin Kökeni (Darwin, 1875) ve ardından gelen dönemin bir o kadar heyecan verici ve parlak bulgularından ve kuramsal gelişmelerinden alır. Aslında Darwin’deki en kritik özellik olan kalıtımsal değişkenliğin çalışma konusu yapılması, “Darwin devrimi” olarak adlandırılan yeniliklerin belki de en devrimci olanıdır ve Darwin öncesinin tipik tipolojik organizma anlayışından ve dolayısıyla-teknik olarak biyolojiye girişini klasik sistematik ile birlikte 17.yüzyılda yapan-Platonist idealar felsefesinden derin bir kopuşu simgeler. Türlerin Kökeni’nin dikkatli bir biçimde okunması, Darwin’de asıl yeni olanın, Lamarkist çevre güdümlü dönüşümsel değişim yerine, karakter özellikleri açısından bireysel değişkenlik sınırlarında gerçekleşen oransal bir değişimin olduğu kolaylıkla anlaşılır; herhangi bir canlı karakteri için (örneğin Galapagos takım adalarında bulunan Geospiza-ispinoztürlerinin besin bolluğu ve türler arası rekabete dayalı gaga büyüklüğü) var olan doğal değişkenlik, ilgili çevresel koşullar ile tarihsel olarak etkileşim içindedir ve bu koşullar değiştiğinde uygun karakter durumları bu değişimi izler ve sonuçta karakter değişkenliğinin bir bölümü sonraki kuşaklara hemen aynen aktarılır. Kuşaklar arasındaki karakter farklılaşma sürecinin istatistiksel tanımı ise “doğal seçilim adını” alır ve organizmanın uyarlanmasının ardındaki biyolojik nedenlere ilişkin gücü son derece yüksek bir kavrama yoludur. Darwin’in çizdiği, değişkenlik esaslı evrimleşme çerçevesi, Mendel’in yeniden keşfi olarak adlandırılan genetiğin yeniden doğuş süreci içinde genetik yapısına kavuşmuş (Fisher 1930; Wright 1931, 1932; Haldane 1932) ve 1950’ye dek uzanan bir süreçte “Yeni Sentez” ya da neodarwinizm olarak tanımlanan ve populasyon genetiği, paleontoloji, biyocoğrafya ve sistematik, fizyoloji ve karşılaştırmalı anatominin birleşiminden oluşan sentetik yapısına ulaşmıştır (Dobzhansky 1937; Mayr 1942 ; Simpson 1944; Stebbins 1950). Yeni Sentezin tipik özelliği, içerdiği evrimsel argümanın genetik temelli olması, yani evrimsel değişimin populasyon genetik dinamikleri ile açıklanlamasıdır. 

DNA’nın moleküler yapısının 1953’te aydınlatılması ve Watson-Crick modeli olarak anılmasıyla birlikte, genetik yeni bir döneme girer ve genin moleküler biyolojisi üzerine yapılan çalışmalar “moleküler genetik” adını alır. Genetikte devrim yapan bu keşif ve çalışma perspektifi, bununla birlikte, kısmen dönemin teknik olanaklarından kısmen de giderek vurgusunu artıran genetik indirgemeci anlayıştan ötürü evrimsel biyoloji çalışmalarına uzun yıllar giremeyecektir. Bu bağlamda 1966 yılı son derece çarpıcı ve “paradigma değiştirici” (Kuhn, 1970) bir gelişmeyi barındırmaktadır. Proteinleri biribirinden ayırma tekniği olarak kullanılmakta olan protein elektroforezi ile kez 1966’da genetik değişkenliğin kolaylıkla gösterilebildiği bir yöntem olarak önerilir ve populasyon genetik argümanların kullanıldığı bir çerçevede sunulur (Hubby and Lewontin 1966; Lewontin and Hubby 1966). Genetik değişkenliğin doğal seçilim ve genetik sürüklenme argümanları açısından ele alınıp biyolojik işlev bağlamına oturtulması sürecine yol açan bu elektroforetik genetik değişkenlik saptama yöntemi, önceki kimi daha biyolojik yöntemlerin bırakılması pahasına da olsa (Lewontin, 1991) bir devrim niteliğindedir. 1980’lerin ortasına kadar hızını yitirmeyen bu elektroforetik dönem, evrimleşme süreçleri açısından elektroforetik genlerin (genellikle allozimlerin yani enzimatik süreçlerde iş gören proteinleri kodlayan lokusların) ifade ettiği genetik varyasyonu doğal seçilim ya da genetik sürüklenmenin birincil etkisine dayanan nötr alel teorisi (Kimura 1983) açısından yorumlamaya olanak veren bir istatistiksel yaklaşıma (Ewens 1972) sahiptir ve protein değişkenliğinin evrimsel sonuçlarını araştıran yüzlerce çalışmaya konu olmuştur. Genetik değişkenliğin nihai durumu olarak tanımlayabileceğimiz DNA dizisini bulgulama çalışmaları başlangıcını 70’lerde yapmasına karşın (Sanger et al. 1977), evrimsel genetik argümanlar çerçevesinde evrimsel biyolojiye girişi Martin Kreitman’ın 1983 yılında yayımlanan araştırmasıyla olmuştur (Kreitman 1983). Protein elektroforezi dönemi evrimsel genetik çalışmalarının da gözdesi olan Drosophila melanogaster alkol dehidrogenaz (Adh) genideki (Van Delden, 1982) dizi değişkenliği, populasyon genetik parametreleri açısından ilk kez bu çalışmada ele alınır. Artık DNA dönemi populasyon genetiği için resmen başlamıştır ve yeni adıyla moleküler populasyon genetiği bu kez de elektroforetik çalışmaların yerini hızla alır; populasyon genetiğinin DNA düzeyinde ifade edilen genetik değişkenliğe ilişkin bu yeni boyutu da devrimci bir nitelik taşımaktadır ve evrimsel biyoloji, doğal seçilimin genom boyunca son derece yaygın izlerini çalışma konusu olarak seçilen genler açısından gösteren araştırmalarla büyük bir kuramsal ve pratik zenginliğe sahip olarak biyolojinin temel çatısı olma özelliğini günümüze dek sürdürür ve sürdürmeye de devam etmektedir. Protein elektroforezi döneminden özellikle genom boyunca yaygın olarak bulunan bağlantı eşitsizliği ile ayrılan moleküler evrimsel genetik, klasik Darwinci doğal seçilimin “pozitif “ ve “negatif” yönlerini bağlantı eşitsizliğinin bir fonksiyonu olarak seçilim altındaki DNA bölgesine bitişik nötr bölgeler için de tanımlama gücüne erişmiştir (Charlesworth et al.1993). Bu durum, doğal seçilimin evrensel nedenselliğini çok açık hale getirmesi açısından da büyük öneme sahiptir. Moleküler evrimsel genetik, 2000’li yılların başından itibaren, birbiri ardına tüm genom dizisi yayımları ile yeni bir evreye girmiş gözükmektedir. Genetiğin gözde model organizmalarından Drosophila ve nematod genomlarının yayımlanmasının ardından insan ve şempanze genom dizilerinin çıkarılması “genom çağı” diyebileceğimiz son on yılın evrimsel biyolojijisine damgayı vurmuştur ve sonraki on yılların çalışma perpspektifini de büyük oranda belirleyeceğini söylemek abartı olmayacaktır. Bir organizmaya ait yapısal ve işlevsel karakter durumlarını biyokimyanın bireysel değişkenlikten uzak salt çerçevesine geleneksel olarak indirgeyen moleküler biyoloji artık eskisi gibi değildir ve genomik dönemin en çarpıcı özelliklerinden biri klasik moleküler biyologları evrimsel biyologlara dönüştürmüş olmasıdır. Dizisi çıkarılan hemen tüm türlerde evrensel moleküler biyolojik işlev ve süreçlerin belirli benzerlik derecelerinde yer almaları, karmaşık moleküler süreçlerin ortak köken izleri çerçevesinde içerdiği evrimsel kısıtlama ve yenilikler bağlamında biyolojik olarak anlam kazanabilmesinin yeni moleküler biyolog tipini yaratan başlıca motifler olduğu düşünülebilir. Genomik dönemin bir başka çarpıcı özelliği; seçilen bazı genleri çalışılagelmiş model organizmaları tüm genom açısından ele almasıyla bir yandan da önceleri genetiği ihmal edilen çok sayıdaki türün genom dizilerinin çıkarılmasıyla, model organizma ile “sıradan” türler arasındaki bulgu uyuşmazlığı temeline dayanan zıtlığı ortadan kaldırmış olmasıdır. Getirdiği kapsayıcı metodolojik yenilikleriyle evrimsel genomiks iki çalışma ekseninde yürüyen araştırmalar bütününe sahiptir: 

™ Hipotez-model kurumu eksenli populasyon biyolojisi yaklaşımı: bir problemin matematiksel olarak soyut biçimde tanımlandığı, verilerin modele uygunlukları açısından sınandığı modeller. Bu yaklaşım genellikle basit, gerçekliğe çoğu kez uymayan, genomik verilerin modelden büyük sapma göstermesi ile tipik bir özellik göstermektedir. 

™ Andrew Clark ‘ın çarpıcı biçimde dikkati çektiği gibi (Clark 2006), genom içinde HMS Beagle’ın gezisine benzer, ne ile karşılaşılacağı bilinmeden yapılan keşif yolculuğu. Bu çerçeve genomların nasıl farklılaştığını gösterebilmesiyle tipik-klasik model kurgusundan bağımsızdır ve tıpkı 1800’lerin doğa tarihi çalışmalarında olduğu gibi büyük bir bilme iştahı yaratan, veri kataloglama ile tipiktir (Clark, 2006). Tanımlayıcı genomiks olarak da adlanırılan Bu heyecan verici keşiflere gebe bilimsel çerçeve tanımlayıcı genomiks adını almaktadır. 

TANIMLAYICI GENOMİKS 

Genom yapısının işaret ettiği doğrudan gerçekler üzerine yoğunlaşan bu çerçevenin öne çıkan hatların biri duplikasyonların genetik çeşitlilik yaratmadaki rolüdür. Buna örnek olarak, insan genomundaki duplikasyonların 1/3’ten fazlasının şempanze genomunda bulunmaması verilebilir ve bu durum duplikasyon sürecinin, insan ve şempanze arasında, en yakın ortak atadan bu yana, tekli nükleotid yer değiştirim sürecinin yaptığından daha fazla nükleotid değişiminden sorumlu olmasıdır (Cheng et al. 2005). Genomik duplikasyon çalışmaları, genellikle işlevsel ortak kökene işaret eden gen kümeleri içindeki genlerin dizilim sırasının türler arası durumunun (sinteninin) devam ettirilmesindeki değişkenliğe dikkati çekmektedir. Bu olgunun rastgele mi yoksa işlevsel bir nedeni olan genomik bir organizasyon düzeyine mi işaret ettiği sorusunun yanıtı verilebildiğinde türler arasındaki evrimsel geçişleri anlamanın önemli bir safhasının geçilmiş olacağı kuşkusuzdur. 

Türlerin sahip olduğu genom büyüklüklüklerinin nedensel analizleri tanımlayıcı genomiks araştırmalarının bir başka önemli ayağıdır. İşlevsel nedenselliği olan genom küçülmeleri- genlere ihtiyaç duyulmadığı zaman, özellikle parazitik bir yaşam tercihi ile, genlerin yitirilmesi olgusu bu bağlamda oldukça dikkat çekicidir. Tanımlanmış en küçük genoma sahip simbiyotik bir bakteri olan Carsonelli ruddii örneği genomik yapı-doğal seçilim-işlevsellik üçgenine işaret etmesi bakımından hayli dikkat çekicidir (Nakabachi et al. 2006). Bir psilid ve afid simbiyontu olan C.ruddi’inin genomu yalnızca 160 kb civarındadır ve 182 tane ORF taşımaktadır. Bu ORF’lerin yarısından fazlası yalnızca protein sentezi ve amino asit sentezi ile ilgilidir. Çakışan genlerin oluşturduğu son derece yoğun bir genomu olan ruddii, nükleotid ve lipid sentezinde iş görenler dahil pek çok yaşamsal işlev geninden yoksundur. Çalışmanın dikkat çekici sonucu; afid ve psilidlerde bulunan bir başka simbiyont bakteri olan Buchneria genomunun da C.ruddii ile benzer bir yapısal ve işlevsel genom sergilemesinin, bitki özsuyu ile beslenen psilid ve afidlerin temel amino asitlerden büyük oranda yoksun olması göz önüne alındığında-her iki bakterinin amino asit sağlaması temeline dayanan genom küçülmelerinin- aslında simbiyozis ile ilgili konvergent bir evrim olduğudur. Genom küçülmesinin evrimsel bir durum olduğuna ilişkin bir başka çarpıcı kanıt, yine bir afid simbiyontu olan Buchneria aphidicola’dan gelmektedir. Yalnızca 362 protein kodlayıcı geni olan bu bakterinin genom büyüklüğü 416 kb’dır ve gen yitimi ile genom küçülmesinin tipik bir örneğini vermektedir (Pérez-Brocal et al.2006). Triptofan (Trp) ve riboflavin sentezi yapamamasıyla konakçısını kısıtlayan B.aphidicola son derece indirgenmiş bir DNA onarımına sahiptir ve bu durum genomundaki yüksek mutasyon hızını açıklamaktadır. Nükleotid, kofaktör, hücre zarı ve taşınım sistemi bileşenlerinin sentezinde iş gören çoğu geni yitirmiş olan B.aphidicola ancak pasif metabolit değişimine olanak veren serbest-difüzyon yapabilen indirgenmiş bir organizma görünümündedir. DNA dizileri oldukça hızlı evrimleşen bu canlıda dS>dN’dir (yerdeğiştiren nükleotidlerin sinonim=amino asid değişimine yol açmayan olması, S; yerdeğiştiren nükleotidlerin sinonim=amino asid değişimine yol açması, N ). B.aphidicola’nın kodlayan genlerinin çoğunun saflaştırıcı seçilim (negatif seçilim: zararlı alellerin genomdan uzaklaştırılmasını ifade eder) altında olduğunu göstern bu durum, tür düzeyindeki rekabete dayalı yer değişimine işaret etmektedir; B.aphidicola pek çok temel amino asidi sentezlemesine karşılık, oldukça öneli bir amino asid olan triptofanı sentezleyemektedir. Onunla aynı afidde yer alan bir başka simbiyont olan S.symbiotica, triptofan sentezi yapabilmektedir ve simbiyozis temelde afid amino asit azlığına dayandığı için, B.aphidicola’nın yerini alıyor gözükmektedir. Bu durum, türler arası rekabetin genomik yapı-işlev düzeyi ile doğrudan ilişkilendirilebildiği açık bir örnek olmasıyla son derece dikkat çekicidir. 

Genom dizilerinin çıkarılan pek çok türde ortak olarak gözlenen bir durum, hareketli genetik element yaygınlığıdır. Transpozonlar gibi hareketli genetik elementlerin horizontal (türden türe) transferi, satandard tür filogenilerine uymamaktadır ve dolayısıyla türler arasında yapılacak moleküler filogenetik analizlerde genetik belirteç seçimininin çok daha dikkatli yapılmasını gerektirmektedir. Hareketli genetik element girişi, aynı zamanda, genomdaki yapısal düzenlenim dinamiği ve evrimine ilişkin önemli ip uçları da vermektedir (Abby and Daubin 2007). 

Genom dizilerinin karşılaştırmalı analizi de, yani DNA bölgelerinin türler arasındaki korunmuşluk düzeyleri, genomdan seçilecek herhangi bir genin işlevsel önemi ve filogenetik bağımlılığ hakkında bilgi verebilmesi bakımlarından hayli yararlı olmaktadır. Bu bağlamda karşılaştırmalı genomiks, doğal seçilimin ya da stokastik süreçlerin genomu biçimlendirmedeki rolünü açıklamakta önemli bir işleve sahiptir. İnsan 19.kromozomunda yer alan ApoE geninin genom dizisi çıkarılan diğer türler ile yapılan karşılaştırmalı analizi, bu genin yapısal tüm motiflerinin evrimi konusunda belirgin evrimsel bir ağaç oluşturmayı mümkün kılmaktadır (Clark 2006). Basit filogenetik karşılaştırmanın ötesine geçen bu genomik karşılaştırma, genin işlevselliğinin tarihsel (evrimsel) temelini ortaya koyabilecek olmasıyla da, klasik moleküler biyolojinin tür içi ve türler arası değişkenlikten bağımsız, tipolojik nedensellik anlayışının biyolojik yetersizliğine bir kanıt olarak da görülebilir. Yakın türler arsındaki karşılaştırmalı genomiks, türler arasındaki genetik farklılığın yapısal ve işlevsel nedenlerine ilişkin oldukça somut ve aydınlatıcı bilgiler vermektedir. Şempanze genom dizisi, şempanze ile insan arasındaki genetik farklılığın kromozomal dağılımı ve kromozomdan kromozama olan değişkenliği hakkında net bilgiler sağlamakta ve bu iki tür arasındaki keskin anatomik, fizyolojik ve bilişsel farklılığın az sayıda gende gerçekleşen hızlanmış doğal seçilimle oluşmuş olabileceğine işaret etmektedir (The Chimpanzee Sequencing and Analysing Consortium 2005). 

Genom dizilerine evrimsel açıdan yaklaşmanın gösterdiği bir diğer çarpıcı nokta, morfolojik açıdan omurgalılara hiç benzemeyen canlıların, genetik ve fizyolojik-biyokimyasal süreçler açısından sergiledikleri şaşırtıcı ve evrensel nitelikteki benzerlik durumlarıdır. Buna çok tipik bir örnek olarak deniz kestanesi (Strongylocentrotus purpuratus) verilebilir (Sea Urchin Genome Sequencing Consortium 2006 ; Rast et al.2006). 814 milyon DNA bazı olan ve 23.500 geni bulunan deniz kestanesi sanılandan çok daha karmaşık bir bağışıklık ve algı-duyu sistemine sahip. İnsan ve diğer omurgalılarda da temel işlevleri olan pek çok geni barındıran bu basit görünüşlü canlı sinekler ve solucanlarda bulunan bir çok geni ise içermiyor ve kolopterler, yengeçler v.b.den daha çok omurgalıya benziyor. Bir diken yumağına benzer “biçimsiz” yapısıyla, tanrı suretinde yaratılmış ve “indirgenemez karmaşıklık” arz eden üstün canlı insana yaşamsal moleküler süreçleri açısından şaşılacak oranda benzeyen deniz kestanesi evrim karşıtlarını da hayli düş kırıklığına uğratacağa benzemektedir. 

Türleşme çalışmaları da genomik çerçeveden hayli yararlanacağa benzemektedir. Örneğin, Drosophila melanogaster kullanılarak gerçekleşen kantitatif genomik bir türleşme analizinde, biyolojik tür kavramı çerçevesinde, erkek eşleşme başarısını etkileyen genler ve bu genlerin ifade değişimi araştırılmıştır (Mackay et al.2005). Hızlı ve yavaş eşleşen soyların yapay seçilimle oluşturulması ardından, bu iki soydaki genlerin ifade düzeylerindeki değişim mikroarray tekniği ile araştırıldığında, 3557 genin ifadesinin hızlı ve yavaş eşleşen soylar arasında önemli oranda değiştiği gözlenmiştir. Genler işlevsel ontoloji kategorilerine ayrıldığında bu değişimlerin davranışsal, hücresel, gelişimsel, fizyolojik ve genetik regülasyon süreçleri ile ilişkilendiği, başka bir deyişle, organizmayı organizma yapan hemen tüm işlevsel durumlardaki değişimi ifade ettiği görülmektedir. Türleşmenin ne denli biyolojik bütünlüğe sahip bir süreç olduğunu göstermesi bakımdan bu çalışma bir ilk olma özelliğini taşımaktadır ve bir yandan da naif alttür kategorilerinin oluşturulmasındaki yetersizliğe dikkati çekmektedir. 

Evrimsel genomiks bulaşıcı hastalıkların nedenlerini ve epidemiyolojisini açıklama gücüne de sahiptir. Bu konuda önemli bir örnek, cinsel yolla bulaşan ciddi bir hastalık olan tikonomiyazise ilişkindir. Dünya çapında yıllık vaka sayısının yaklaşık 170 milyon olduğu bu hastalığın etkeni Trichomonas vaginalis adlı tek hücreli ökaryotik parazittir ve bu parazitin kısa bir süre önce yayımlanan genom dizisi hastalığın nedenleriyle birlikte evrimine de ilişkin pek çok soruya açıklama getirmektedir (Carlton et al.2007). HIV enfeksiyon riskini de yükselten T.vaginalis’in genomunun en az % 65’i tekrar dizilerinden oluşmaktadır ve genom büyüklüğü yaklaşık 160 Mb’dır. Bu genomdan kodlanan protein sayısı ise 60.000 civarındadır ve bu sayı T.vaginalis’i bilinen en yüksek kodlama kapasitesine sahip ökaryotlardan biri yapmaktadır. T. vaginalis genomunda, prokaryottan ökaryot yönünde lateral gen transferine işaret eden 152 gen transfer durumu saptanmıştır ve bu genlerin çoğu metabolik yolda iş gördüğü ve T.vaginalis metabolomunun (metabolik yolların toplamının) evriminde önemli rol oynadıkları düşünülmektedir. Genomdaki tekrar dizileri ise oldukça ilginç bir genom dinamiği ve evrimine işaret etmektedir. Sık tekrarlanan dizi ailelerinin analizi bunların çoğunun virusbenzeri, transpozon benzeri ve retrotranspozon-benzeri diziler olduğunu göstermektedir. Önemli lateral gen transferi ve özellikle farklı gruplardan köken alan yoğun tekrar dizilerinin varlığı, “yabancı genetik elementlerin” genomu biçimlendirici gücüne işaret etmekle birlikte, tekrar dizilerinin son derece homojen (yani düşük polimorfizmi: yaklaşık % 2.5) olması bir vajinal parazit olarak T.vaginalis’in ortaya çıkışına dair önemli ipuçları sağlamaktadır. Düşük polimorfizm temel alınarak kurgulanan akılcı evrimsel senaryo, ağız boşluğunda yaşayan yakın tür T.tenax ile ortak bir atadan ayrıldıktan sonra T.vaginalis’teki tekrar dizi artışının gerçekleştiği yönündedir. T.tenax’ın vaginalis’te gözlenen tekrar dizileri örüntüsüne sahip olması fakat bu örüntünün farklı coğrafi bölgelerden gelen T.vaginalis soylarında belirli bir değişkenlikle yer alması, tenax-vaginalis türleşme olayından sonra tekrar dizi artışının gerçekleştiğini söylemektedir. Bir başka deyişle, T.vaginalis’e özgü bu durum, sonunda vajinal sisteme yerleşmesini ifade eden ve-tekrar dizilerindeki genetik homojenliğin ifade ettiği-bir genetik sürüklenme ile gerçekleşen parazit evrimleşmesinin bir sonucudur. T.vaginalis’in genomundaki bütün bu yapısal ve işlevsel bilgiler hastalığın kökeni ve olası farmakogenomiksi hakkında paha biçilmez bilgiler sağlamayı vaat etmektedir (Carlton et al.2007). 

Evrimsel genomiksin ulaştığı bilgi düzeyi yukarıda özetlemeye çalıştıklarımızdan da ileri bir düzeye gelmiş durumdadır; global genomiks adı verilen bu genomlar bütünü pratiğini örnekleyen iki çarpıcı çalışma bulunmaktadır. Kuzey Atlantik’te başlayıp Panama Kanalı üzerinden Güney Pasifik’e kadar uzanan bir rota üzerindeki okyanus kesitinden toplanan planktonik mikrobiyotanın genom dizilerinin çıkarılmasını amaçlayan bir keşif gezisi sonunda, yüzlerce türe ait yaklaşık 7.7 milyon dizi (6.3 milyar b.ç.) çıkarılmış ve analiz edilmiştir (Rusch et al.2007; Yooseph et al.2007). Sonuç olarak, türler arasında evrimsel, taksonomik ve biyokimyasal farklılık yaratmış olması muhtemel binlerce protein ortaya çıkarılmıştır. İlginç nokta, bu proteinlerden yüzlercesinin bu güne dek varlığı bilinmeyen proteinler olmasıdır. Bu kapsamlı metagenomiks araştırması, deniz mikrobiyal yaşamına dair pek çok evrimsel sorunu aydınlatabilecek ipuçları vermesinin yanısıra, bilinen proten çeşidi sayısını ve bunların metabolik yorumunu oldukça değiştireceğe ve yeni tıbbi tedavi yollarını açacağa benzemektedir. 

EVRİMSEL GENOMİKS VE BİYOLOJİ EĞİTİMİ 

Genomu evrimsel olarak anlamanın biyoloji eğitimi açısından, özellikle evrim ve genetik dersleri kapsamında-ve dolayısıyla biyolojinin hemen diğer disiplinleri kapsamında da-vazgeçilmez yararları olacağını düşünmekteyiz. Bu yararların bazılarını şu şekilde özetlemek mümkündür: 

I. Biyolojik evrime ilişkin kanıtların gücü açısından: genom çağı öncesinde genetik açıdan yalnızca belirli genlerle yapılan istatistiksel akrabalık ilişkilendirmeleri ile gösterilen türler arası yakınlıklar evrimsel genomiks perspektifi ile, şempanze ve deniz kestanesi örneğinde olduğu gibi, fizyolojik-işlevsel bakımlardan da tüm genom açısından ele alınıp gösterilebilecektir. Bağışıklık sisteminin evrimi (deniz kestanesi) ve anatomik açıdan modern insanın ortaya çıkış süreci (insan ve şempanze arasında, az sayıda gende gözlenen hızlandırılmış doğal seçilim farkı) bu bağlamda verilebilecek çarpıcı örneklerdendir. 

II. Standart gen tanımı ve işlevi: klasik moleküler genetiğin sınırları iyi belirlenmiş ve tek bir işlevi kodlayan gen tanımı, genomikin gösterdiği bilgiler ışığında değişime uğramaktadır. Genlerin birbirinin içine girmiş bir düzenlenim ifade etmeleri, ApoE geni örneğinde olduğu gibi yapısal yitiş ya da kazanımların geni tanımlaması, horizontal ve lateral gen transferleri ile gen işlevlerinin değişmesi ve yeni genlerin ortaya çıkması bu yeniden-tanımlama sürecini zorunlu kılmaktadır. 

III. Bulaşıcı hastalıkların anaşılmasında evrimsel bakışın rolü ve vazgeçilmezliğinin vurgulanması: T.vaginalis genomu örneğinde olduğu gibi, yapısal genom karşılaştırmaları ve evrimsel genomiks, hastalığın ortaya çıkışı ve biyolojik temeline ilişkin önemli bilgiler sağlamaktadır. Evrim derslerinde bu noktanın vurgulanması, neredeyse insanlık tarihi ile yaşıt olan bulaşıcı hastalıkların nedenlerini aydınlatmak açısından evrimsel perspektifin vazgeçilmezliğine dikkati çekecektir. 

IV. Darwin ve sonraki evrimsel biyolojinin en önemli sorunsalı olan türleşmenin, klasik kuru sistematik ya da naif biyocoğrafi spekülasyonlar yerine, bir organizmayı ilgilendiren biyolojik süreçler açısından doğrudan izahı: Evrimleşme aslında türleşme ile kesin olarak tanımlanabilen bir süreç olduğundan, kantitatif-evrimsel genomiks açıdan gösterilebilen bir türleşme sürecinin evrim eğitimine katkısı kuşkusuzdur. Türleşmenin biyolojik işlev düzeyleri ile ilişkisinin net biçimde gösterilmesi evrimleşmeyi öğrenci zihninde daha somut bir temele oturtacaktır. 

Dr. Ergi Deniz Özsoy, 

Hacettepe Üniversitesi Biyoloji Bölümü 

KAYNAKLAR 

1. Darwin, C. 1875. The Origin of Species, 6th ed., London. 

2. Fisher, R.A. 1930. The Genetical Theory of Natural Selection, Dover. 

3. Wright, S. 1931. Evolution in Mendelian populations, Genetics 16: 97-156. 

4. Wright, S. 1932. The roles of mutation, inbreeding, crossbreeding and selection in evolution. Proc.6th Int. Congress Genet. 1: 356-365. 

5. Haldane, J.B.S. 1932. The Causes of Evolution, London. 

6. Dobzhansky, T. 1937. Genetics and the Origin of Species, Columbia University Press. 

7. Mayr, E. 1942. Systematics and the Origin of Species, Columbia University Press. 

8. Simpson, G.G. 1944. Tempo and Mode in Evolution, Columbia University Press. 

9. Stebbins, G.L. 1950. Variation and Evolution in Plants, Columbia University Press. 

10. Kuhn, T.S. 1970. The Structure of Scientific Revolutions, University of Chicago Press. 

11. Hubby, J.L. and Lewontin, R.C. 1966. A molecular approach to the study of genic heterozygosity in natural populations. I. The number of alleles at different loci in Drosophila pseudoobscura, Genetics 54: 577-594 

12. Lewontin, R.C. and Hubby, J.L. 1966. A molecular approach to the study of genic heterozygosity in natural populations. II. Amount of variation and degree of heterozygosity in natural populations of Drosophila pseudoobscura, Genetics 54: 595609. 

13. Lewontin, R.C. 1991. Electrophoresis in the development of evolutionary genetics: milestone or millstone? Genetics 128: 657-668. 

14. Kimura, M. 1983. The Neutral Theory of Molecular Evolution, Cambridge University Press. 

15. Ewens, W.J. 1972. The sampling theory of selectively neutral alleles, Theor. Popul. Biol. 3: 87-112. 

16. Sanger, F. et al. 1977. Nucleotide sequence of bacteriophage FX174, Nature 265: 687695. 

17. Kreitman, M. 1983. Nucleotide polymorphism at the alcohol dehydrogenase locus of Drosophila melanogaster, Nature 304: 411-417. 

18. Van Delden, W. 1982. The alcohol dehydrogenase polymorphism in Drosophila melanogaster: selection at an enzyme locus, Evol.Biol. 15: 187-222. 

19. Charlesworth, B. et al. 1993. The effect of deleterious mutations on neutral molecular variation, Genetics 134: 1289-1303. 

20. Clark, A.G. 2006.Genomics of the evolutionary process, TREE. 

21. Cheng, Z. et al. 2005. A genome-wide comparison of recent chimpanzee and human segmental duplications, Nature 437: 88-93. 

22. Nakabachi, A. et al. 2006. The 160-kilobase genome of the bacterial endosymbiont Carsonella, Science Vol 314 (13 October): 267. 

23. Pérez-Brocal, V. et al. 2006. A small microbial genome: The end of a long symbiotic relationship? Science Vol 314 (13 October): 312-313. 

24. Abby, S. and Daubin, V. 2007. Comparative genomics and the evolution of prokaryotes, TRENDS in Microbiology 15: 135-141. 

25. The Chimpanzee Sequencing and Analysing Consortium. 2005. Initial sequence of the chimpanzee genome and comparison with the human genome, Nature Vol 437 (1 September): 69-87. 

26. Sea Urchin Genome Sequencing Consortium. 2006. The genome of the Sea Urchin Strongylocentrotus purpuratus, Science Vol 314 (10 November): 941-952. 

27. Rast, J.P. et al. 2006.Genomic insights into the immune system of the Sea Urchin, Science Vol 314 (10 November): 952-956. 

28. Mackay, T.F.C. et al. 2005. Genetics and genomics of Drosophila mating behavior, PNAS 102: 6622-6629. 

29. Carlton, J.M. et al. 2007. Draft genome sequence of the sexually transmitted pathogen Trichomonas vaginalis, Science Vol 315 (12 January): 207-212. 

30. Rusch, D.B. et al. 2007. The Sorcerer II global ocean sampling expedition: Northwest Atlantic through Eastern Tropical Pacific, PloS Biology 5: 398-431. 

31. Yooseph, S. et al. 2007. The Sorcerer II global ocean sampling expedition: Expanding the universe of protein families, PloS Biology 5: 432-466.