2 Ekim 2017 tarihinde Jeffrey Hall, Michael Rosbash ve Michael Young, Nobel Tıp Ödülü’ne layık görüldüler. Sirkadyen ritimlerini kontrol eden moleküler mekanizmalar üzerindeki çalışmaları büyük ölçüde sirke sinekleri ile yaptıkları deneylere dayanıyordu.

Drosophila araştırmaları bundan önce 10 bilim insanına tam 5 kez daha Nobel Tıp Ödülü kazandırdı.

1933: Thomas Hunt Morgan Drosophila’dan yararlanarak kalıtsallıkta kromozomların oynadığı rolü açığa çıkarttı.

1946: HermannJoseph Muller meyve sineklerinde mutasyon hızını artırmak için X-ışını radyasyonundan yararlandı.

1995: Edward B. Lewis, Christiane Nüsslein-Volhard ve Eric F. Wieschaus, Drosophila’dan yararlanarak embriyonik gelişimin genler tarafından nasıl kontrol altında tutulduğunu ortaya koydu.

2004: Richard Axel koku reseptörleri ve koku alma sisteminin çalışma mekanizmasını sinek deneyleri yardımı ile çözdü.

2011: Jules Hoffmann bağışıklığın nasıl aktif hale geldiğini sinekler sayesinde öğrendi.

Drosophila’nın Nobel tutkusu nasıl başladı?

Sirke sineklerinin laboratuvarların gözde deney hayvanı olması Amerikalı biyolog Thomas Hunt Morgan ile 20. yüzyılın başlarında başladı. Morgan, sirke sineklerinden yararlanarak genlerin kromozomların üzerinde nasıl dizildiğini keşfetti. Ve bazı genlerin birbiri ile bağlantılı olduğunu; başka bir deyişle kalıtımla geçtiğini keşfetti. Morgan bu süreç içinde günümüzün en gözde bilim dallarından biri olan genetiğin temellerini oluşturdu.

Bu tarihten sonra genetik bilimi büyük ölçüde sirke sineği deneylerine dayanarak gelişti. Bugün bilim insanları insanlarda hastalıklara yol açan genlerin % 75’inin sirke sineklerinde de bulunduğunu keşfetmiş bulunuyor. Bu hastalıkların başında Dawn sendromu, Alzheimer, otizm, diyabet ve kanserin tüm türleri geliyor. Genetikçi Steve Jones, “Sirke sinekleri sanki bilim insanlarına yardımcı olmak için tasarlanmış” diyor.

Dresophila’nın hayranlık uyandıran 15 özelliği

Sıradan bir meyve sineği olan Drosophila melanogaster çürümekte olan meyvelere dadanan zararlı bir böcek olarak düşünülür. Ancak tıp araştırmaları bu küçücük yaratıklara çok şey borçlu. Tıbbi araştırmalara bu kadar büyük katkı sağlayan sineklerin 15 özelliği şöyle:

- Hızlı yaşayıp hızlı ölürler

Sirke sineğinin ömrü çok kısadır. Üretken bir çift sinek, sıcaklığın 25°C ve üzerinde olması koşulu ile 10- 12 gün içinde aynı genetiği paylaşan yüzlerce yavru çıkartır. Ve ölür.

- Tıbbi ilerlemelerin büyük bir kısmını sirke sineklerine borçluyuz

Ömürleri görece olarak çok kısa olduğu için sirke sinekleri laboratuvarlar için ideal deney hayvanlarıdır. Bilim insanları nesiller boyu süren genetik evrimi bunların kısa yaşam süreleri içinde kolayca izleme şansına kavuşmuş oldular. Karşılaştırma yapmak gerekirse bilim insanları sirke sineklerinden 30 yılda öğrendiklerini farelerden ancak 300 yılda öğrenebilirler. Bu yüzden bir yüzyıldır sirke sinekleri genetik araştırmalarının “süperstar”ı konumundadır.

- Bilim insanları genetiğin temel mekanizmalarını sirke sineklerinden öğrendiler

Thomas Hunt Morgan geçen yüzyılın başında sirke sineklerini sistematik olarak inceleyen ilk bilim insanıdır. Ayrıca kromozomal kalıtsallık kuramını ilk kez Morgan oluşturdu. Genetik biliminin temeli de böylece atılmış oldu.

- Küçük olmalarına karşın sirke sineklerinde çok sayıda gen bulunur

İnsanlar 24.000 gene sahip; oysa birkaç mm uzunluğundaki bu sinekte 14.000 gen bulunur.

- Sineklerden öğreneceğimiz daha çok şey var

Bilim insanları sirke sineğinin gen haritasını 2000 yılında çıkarttılar. İnsan Genom Projesi bu temel bilgilere dayanarak oluşturuldu. Son yüzyıl boyunca sirke sinekleri genlerin nasıl çalıştığı ile ilgili çok önemli bilgilere erişimi sağladı. Bu hayvanlar genetik mirasın nesilden nesile nasıl aktarıldığına ışık tuttular. Ayrıca tek bir hücrenin, yani döllenmiş yumurtanın nasıl olup da tam bir canlı organizmaya dönüşebildiğini anlamamızı sağladılar.

- İnsanlar ve sirke sinekleri genetik açıdan birbirinin aynısı

İnsanlarda hastalığa yol açan genlerin % 75’i aynı zamanda sirke sineklerinde de bulunuyor. İşte bu nedenle sirke sinekleri insan hastalığına model oluşturuyor Sirke sineklerinde insan genlerinin pek çoğu bulunduğu için bilim insanları sirke sineklerini kullanarak insan hastalıklarını simüle edebildi. Örneğin bol miktarda şeker yiyen sinekler insanlarda görülen tip 2 diyabet belirtilerini sergiledi. Bilim insanları ayrıca sirke sineklerinin genetiklerine müdahale ederek başka hastalıkları da simüle edebildiler.

- Bunlar laboratuvar ortamında uçmadan nasıl tutuluyor?

Araştırmacılar bunları test tüpten çıkartmadan önce karbon dioksit ile sersemletiyor. Aksi takdirde uçup gidebilirler.

- Sirke sineği kromozomları barkodlara benziyor

Drosophila kromozomları açık-koyu tonlardadır; barkod dizilimine benzer bir şablon çizerler. Bu sayede bilim insanları bir geni silme veya dizilimi değiştirme gibi işlemleri bu genler üzerinde kolaylıkla yapabilir.

- Dişilerin zamanlarının çoğu yumurtlamakla geçer

Dişiler oda sıcaklığında ömürleri boyunca günde 30-50 kadar yumurta bırakır. Daha soğuk ortamlarda yumurta sayısı azalır.

- Küçük böcek, büyük beyin

Yetişkin bir sineğin beyninde 100.000’den fazla nöron bulunur. Son yapılan bir çalışmaya göre bu nöronların oluşturduğu devreler sirkadiyen ritim, uyku, öğrenme, anıları kaydetme, flört etme, beslenme, şiddet gösterme, uçuş navigasyonu gibi karmaşık davranışları inanılmaz bir düzen içinde yoluna koyar.

- Yalnızca tıp araştırmalarına hizmet etmezler, daha lezzetli biraların üretilmesine yardımcı olurlar

Stanford Üniversitesi’nde yapılan bir araştırmada sirke sineklerinin meyve bazlı biraları daha cazip bulduğu ortaya çıktı. Bu biraları insanların da tercih ediyor olması, bira üreticilerinin sirke sineklerinden yardım almasına yol açıyor.

- Sirke sinekleri de teselliyi alkolde arıyor

Science dergisinde yayımlanan bir başka makalede insanlarda olduğu gibi sirke sineklerinin beynindeki ödül devresinin alkol ile faal hale geçtiği belirtiliyor. Dahası, sinekler de insanlarla benzer nedenlerle alkole yönelebiliyor. San Francisco’daki Kaliforniya Üniversitesi’nde yürütülen bir araştırmada, dişi sinek tarafından reddedilen erkek sineğin, eşi yanında olan sineğe göre tam dört misli daha fazla içtiği gözlenmiş.

- İlaç deneylerinde yol gösteriyorlar

Yeni ilaçların etkisinin araştırıldığı deneylerde drosophila, biyokimyasal açıdan model oluşturuyor. Sineklerdeki hastalık belirtilerini gideren ilaç prototiplerinin klinik deneylerde kullanılmasının yolu açılmış oluyor.

Bilim insanları sirke sinekleri sayesinde yeni bir iyileşme mekanizması keşfetti

Araştırmacı Vicki Losick son günlerde sirke sineklerini kullanarak yara üzerindeki kaybolan hücrelerin, poliploidizasyon adı verilen bir mekanizma yardımı ile telafi edildiğini buldu. Bu da şu anlama geliyor: Yaralanmalara bağlı olarak ortaya çıkan hücre hasarlarında ya hücre üremesi ya da hücre büyümesi ortaya çıkıyor. Böylece vücudun hasarlara nasıl tepki verdiği konusunda bilinenler köklü bir değişim geçirmiş oluyor.

Bu küçük tuhaf organizmalar üzerinde sürdürülen çalışmalar gelecekte tıp ve fizyoloji bilimini nasıl etkileyecek?

Genomik devrim sayesinde insanlar bugün DNA’larının şifresini bin dolar karşılığında kırdırıyor. Genetik modelin çıkartılması öncelikle o kişide veya aile bireylerinde hastalıklarla ilgili gen varyantlarının tanımlanabilmesinin yolunu açıyor.

Bu aşamada en kritik nokta bütün bu genlerin ne işe yaradığının anlaşılması. Bunların pek çoğu bilinmeyen bir işlevi başlatan proteinleri veya işlevleri hakkında az da olsa bir fikir sahibi olduğumuz proteinleri kodluyor olabiliriz. Ancak bunların hücre fizyolojisini düzenleyen moleküler şebekeye nasıl uyum sağladığı konusunda çok fazla bilgi sahibi değiliz.

İşte meyve sineği araştırmaları son on yıldır bu bulmacayı çözmeye çalışıyor.

Üzerinde mutasyon bulunan belirli bir Drosophila genini alıp, binlerce farklı gendeki mutasyonlarla birleştirebiliriz. Kolay üremeleri ve kısa ömürlü olmaları nedeniyle bu deneyler çok kısa bir sürede tamamlanabilir. Bu şekilde bilim insanları, hücrenin davranışlarını düzenlemek için birlikte çalışan genetik şebekeleri oluşturabilecekler ve bilinmeyen proteinlerin işlevlerini deşifre edebilecekler.

Sirke sinekleri üzerinde büyük bir hızla sürdürülen çalışmalar, yeni üretilen ilaçların denenmesinde, iklim değişikliğine bağlı sıcaklık artışı, kuraklık gibi etmenlerin organizmaları nasıl etkileyeceğinin anlaşılmasında yol gösterecek.

Daha da önemlisi sirke sinekleri üzerinde araştırma yapmanın ucuz ve kolay olması, uluslararası bilimsel çalışmalarda daha geniş kapsamlı bir işbirliğini mümkün kılıyor. Son 100 yıl boyunca biyoloji bilim dalındaki gelişmeleri aslında Drosophila’ya borçluyuz.

Derleyen: Reyhan Oksay

Kaynaklar

https://www.theguardian.com/science/2016/sep/25/in-praise-of-the-humble-fruit-fly-genetics-research
http://www.understandinganimalresearch.org.uk/animals/a-zanimals/fruit-fly/
https://theconversation.com/animals-in-research-drosophilathe-fruit-fly-13571
http://www.cam.ac.uk/research/features/how-close-are-you-toa-fruit-fly
http://mentalfloss.com/article/88228/15-fascinating-facts-aboutfruit-flies
https://www.theguardian.com/science/2017/oct/07/fruit-flyfascination-nobel-prizes-genetics
https://www.extension.umn.edu/garden/insects/find/spottedwing-drosophila-in-home-gardens/index.html

Bu yazı HBT'nin 84. sayısında yayınlanmıştır.