Nükleik Asitlerin Keşfi Nasıl Olmuştur?

İlk olarak 1869 yılında İsviçreli bilim insanı Friedrich Miescher (Firedrik Mişer) nükleik asitlerin varlığını tespit etmiştir. Friedrich Miescher; somon balığı spermleri ve akyuvarlar üzerinde incelemeler yapmıştır. Bu incelemeler sırasında hücrelerin çekirdeklerinde daha önce gözlemlenmemiş moleküllere rastlamıştır. Bu moleküllerin fosfor (P) yönünden zengin ve karbon (C), oksijen (O), hidrojen (H), azot (N) içeren asit özelliğine sahip olduğunu tespit etmiştir.

Gözlemlediği moleküle çekirdekte yer almasından dolayı çekirdek asidi anlamına gelen nüklein adını vermiştir. Günümüzde “nükleik asit” denilen bu moleküllerin daha sonra yapılan çalışmalarda sadece çekirdekte değil hücrenin diğer kısımlarında da var olduğu görülmüştür.

Nükleik asitlerin kalıtsal materyal olduğunun tespitinde Frederick Griffith (Frederik Grifith)’in 1928 yılında yaptığı deney oldukça önemlidir. Griffith, deneyinde Streptococcus pneumoniae (Streptokokus pnömoni) bakterilerinin iki formunu kullanmıştır. Bunlar, S. pneumoniae’nin zatürreye yol açan (kapsüllü) ve zatürreye yol açmayan (kapsülsüz) formlarıdır. Griffith’in yapmış olduğu deneyi aşağıdaki gibi özetleyebiliriz:

1. S.pneumoniae’nin kapsülsüz formu, farelere enjekte edilmiş ve fareler yaşamına devam etmiştir.
2. S.pneumoniae’nin kapsüllü formu, farelere enjekte edilmiş ve fareler ölmüştür.
3. S.pneumoniae’nin ısıtılarak öldürülmüş kapsüllü formu, farelere enjekte edilmiş ve fareler yaşamına devam etmiştir.
4. S.pneumoniae’nin ısıtılarak öldürülmüş kapsüllü formu ve S. pneumoniae’nin kapsülsüz canlı formu ile karıştı­rılmıştır. Bir süre beklendikten sonra farelere enjekte edilmiştir. Farelerin hastalanarak öldüğü gözlemlen­miştir.

Ölen farenin kanında yapılan incelemede S. pneumoniae’nin kapsüllü formuna rastlanmıştır.

Bu durum, kapsüllü formun sahip olduğu bir maddenin etkisiyle kapsülsüz formdaki bakterilerin kapsül üretme ve hastalık yapma yeteneği kazandığını göstermiştir. Canlı kapsülsüz S. pneumoniae, ölü kapsüllü S. pneumoniae’nin içerisindeki materyalleri kullanarak değişime uğramış ve hastalık yapıcı hâle gelmiştir.

F. Griffith, canlı bakterilerin sahip olmadığı özellikleri ölü bakterilerin materyal­lerinden alarak yeni özellikler kazandığını tespit etmiştir. Bu olaya transformasyon adı verilmiştir. Frederick Griffith yaptığı bu deneyle hücrelerde kalıtsal bilgiyi taşıyan bir molekülün bulunduğunu ortaya koymuş ancak bu molekül hakkın­da herhangi bir açıklama yapamamıştır. Griffith’in bu deneyi; Oswald Avery (Osvıld Eviry), Colin Mac- Leod (Kolin Meklod) ve Maclyn McCarty (Maklin Mekkarti) tarafından yapılan ve transformasyona ne­den olan maddenin teşhisine yönelik 14 yıl sürecek araştırmayı başlatmıştır.

Oswald Avery ve arkadaşları yap­tıkları deneyde, ısıtılarak öldürülmüş kapsüllü bakterilerden elde edilen özütü, 5 farklı or­tamda, RNA, protein, DNA, yağ ve karbonhidratları parçalayan enzimlerle bir arada tuttuktan sonra her bir ortama canlı kapsülsüz bakteriler eklemişlerdir.

Bu bakterilerden sadece DNaz (Deoksiribonükleaz) enzimi ile müdahale edilen özütteki bakteriler, kapsül yapma yeteneği kazanamamıştır. Çünkü DNaz, kapsüllü bakterilere ait DNA moleküllerini parçalamış ve kapsülsüz bakterilerin kapsül yapabilmesine engel olmuştur. Bu deney, kapsüllü bakterilerden kapsülsüz bakteriye geçen ve kapsül oluşumu sağlayan molekülün DNA olduğunu göstermiştir.

Avery ve arkadaşları bu deney sonucunda, transformasyona neden olan maddenin DNA olduğunu tespit etmiş­lerdir. Bu bilgi, o güne kadar yaygın olan bilginin aksine bir açıklama olduğu için diğer bilim insanları tarafından şüpheyle karşılanmıştır. Daha sonraki yıllarda bakteri virüsleri (bakteriyofaj) ile yapılan deneylerle hücredeki kalıtım bilgisini taşıyan molekülün protein değil DNA olduğu kesin olarak ortaya konmuştur.

DNA’nın kalıtım materyali olduğunu ispatlayan bir di­ğer çalışmayı, 1952 yılında Alfred Hershey (Alfrıd Hörşi) ve Martha Chase (Marta Çeys) yapmışlardır. Hershey ve Chase, deneylerinde konak olarak Escherichia coli (Eşerişa koli) bakterisi ve bu bakterinin içinde çoğalabilen T2 bakteriyofajını kullanmışlardır. Kısaca faj olarak adlandırılan virüs, DNA ve protein kılıftan oluşur. Hershey ve Chase’in, bakteri içerisinde yeni virüsler üretilirken T2 virüsünün bak­teri içerisine aktardığı maddenin protein mi yoksa DNA mı olduğu hakkında bir fikirleri yoktur. Hershey ve Chase yaptık­ları deneyde;

• DNA’nın yapısındaki fosforun radyoaktif izotopu (³²P) ile protein kılıfın yapısındaki kükürdün radyoaktif izo­topunu (³⁵S) kullanmışlardır.
• T2 virüslerinin protein kılıfları, ³⁵S ile işaretlenmiş ve coli bakterisiyle aynı ortama konulmuştur. Virüslerin protein kılıflarının bakteri dışında kaldığı tespit edilmiştir. Bakteri içerisinde yeni üretilen virüslerin protein kılıflarında ise ³⁵S izotopuna rastlanmamıştır.
• T2 virüslerinin diğer bir kısmının DNA’ları ³²P ile işaretlemiş ve yine E. coli bakterisiyle aynı ortama bıra­kılmıştır. ³²P izotopuna bakteri hücresi içerisinde rastlanmıştır. Bu durum; T2 virüslerinin sahip oldukları DNA’yı, E. coli bakterisi içerisinde çoğalabilmek için kullandıkları sonucunu ortaya çıkarmıştır.

NOT: Kükürt elementi proteinin yapısında bulunur fakat DNA’nın yapısında bulunmaz. Bundan dolayı protein kılıf ³⁵S izotopu ile işaretlenmiş, DNA ise ³²P izotopu ile işaretlenmiştir.

DNA’nın kalıtım materyali oluşunun ispatı, yapısının da araştırılması ihtiyacını doğurmuştur. DNA bilmecesinin çözülmesinde; James Watson’ın (Ceymis Vatsın) Maurice Wilkins’e (Moris Vilkins) yaptığı bir ziyareti sırasında Wilkins’in çalışma arkadaşı Rosalind Franklin’in (Rozalin Franklin) çekmiş olduğu DNA fo­toğrafını görmesinin önemi büyüktür. DNA’ya ait X ışını kırınımını gösteren bu fotoğraf sayesinde Watson, Francis Crick (Fransis Kırik) ile birlikte yaptığı çalışmalarla DNA’nın yapısı hakkında günümüzde hâlâ geçerliliğini koruyan Watson-Crick modelini ortaya koymuştur.

Bu modele göre DNA, kendi etrafında dönen çift sarmal bir yapıya sa­hiptir. DNA’nın kalıtsal bilgiyi nasıl taşıdığı ve kendini nasıl eşlediği yine bu model ile açıklanabilmiştir. Watson ve Crick, çalışmaları­nın sonuçlarını 1953 yılında yayımladıkları bir makale ile bilim dünyasına açıklamışlardır. DNA’nın yapısı ile ilgili bu açıklama hâlâ geçerlidir. Bu çalışmalarından dolayı Watson ve Crick, Maurice Wilkins ile birlikte 1962 yılında Nobel Ödülü almışlardır.

Nükleik asitlerin keşfedilmesi ve yapısı­nın açıklanması DNA üzerine yapılan çalışmaları daha da hızlandırmıştır. Bu çalışmalar bilim insanlarının yeni ufuklara yelken açmasına katkı sağ­lamıştır. DNA’nın anlamlı parçaları olan genlerle yapılan biyoteknolojik çalışmalar günümüzde çok ileri düzeylere ulaşmıştır.