Temel Veteriner Genetik: Modern Genetiğin Filizleri
Birçok bilim adamı tarafından hem bitkilerde hem de hayvanlarda yeni bireylerin oluşması ile ilgili birçok denemeler, melezleme çalışmaları yapılmış çeşitli teoriler ortaya konulmuştur. Bunlardan ilki “Ön Oluşum” (Preformasyon) teorisidir ve Leeuwenhoek, Bonnet, Spallanzani gibi birçok bilim adamı tarafından savunulmuştur. On sekizinci yüzyıla kadar kabul gören bu teoriye göre sperm (animalculist görüş) veya yumurta içinde (ovulist görüş) homunculus adı verilen minyatür bir insan bulunmaktadır (Resim 1.1.) Genetiğe Giriş
İnsan spermatozoasına ait tahmini çizim (Niklaas Hartsoeker, 1694). Hartsoeker, çizdiği bu taslakta spermatozoanın içi yeteri kadar görülebilseydi, içindeki minyatür insanın da görülebileceğini varsaymıştır.
On sekizinci yüzyılda ise Wolff, civciv gelişimi üzerine yaptığı deneylere dayanarak oluşturduğu Epigenezis teorisi ile diğer teorilerin aksine sperm ve yumurtanın sadece birleştiklerinde bir canlı oluşturduklarını savunmuştur. Aynı yıllarda Lamarck da canlıların kazanılmış karakterlerini yavrularına aktardıklarını, örneğin yüksekteki bitkileri yemek zorunda olduğu için boynu uzayan bir zürafanın yavrusunun da uzun boyunlu olacağını iddia etmiştir. Hofmeister’in 1840 yılında kromozomları keşfetmesi, yarısının bir yavru hücreye, diğer yarısının diğer yavru hücreye aktarıldığını göstermesi ile yeni bir canlının oluşumu hakkında ve kalıtımın aydınlatılmasında önemli bir ilerleme sağlanmıştır. Sonraki yıllarda da kromozomların ebeveynlerden geldiği, üzerlerinde kalıtımsal faktörler taşıdıkları ve birbirlerine benzer çiftler yani homolog kromozomlar halinde bulundukları Amerikalı biyolog Walter Sutton’un deneyleriyle kesinlik kazanmıştır.
Aynı dönemlerde Charles Darwin, üreme hücrelerinde toplanan ve minyatür organ kopyalarını içeren özün değişmeden dölden döle aktarıldığını savunmuş ve bu öze Gemmule adını vermiştir. Ancak bu fikri 1831’de H.M.S. Beagle adlı gemi ile yola çıkıp 5 yıl süre ile bulunduğu Galapagos Adaları’nda ve sonrasında yaptığı çalışmalarla değişmiştir. Ayrıca bu gezinin ardından Darwin önceden de savunduğu gibi türlerin sabit olmadığını doğal seçilimle sürekli değiştiklerini savunmuştur. Ancak pangenezis görüşünün tam olarak çürütülmesi 1831’de Robert Brown’ın bitki hücrelerinde çekirdeği saptaması, 1875’de Oscar Hertwig’in denizkestanesinde ve 1877’de E. Strasburger’in zambaklarda döllenmeyi incelemeleri ile olmuştur. Bu çalışmalar sonucunda döllenmede ana rolün gamet adı da verilen eşey hücrelerinin çekirdeklerinin birleşmesi olduğu kanıtlanmıştır. Yine aynı yıllarda yaşamış olan Francis Galton da kan aktarımı yaptığı tavşanlarda farklı kökenden gelen Gemmulayı ararken eşey hücreleri ile vücut hücreleri arasındaki farkı ortaya koymuş ve Pangenezisi reddetmiştir.
Genetik bilimi için en önemli yapıtaşı olan Mendel’in çalışmaları da bu döneme denk gelmektedir (Resim 1.2). Biyoloji eğitimi almış bir rahip olan Gregor Johann Mendel, bezelyeleri (Pisum sativum) çaprazlayarak renk, şekil gibi karakterlerle yaptığı deneysel çalışmalarında kalıtsal maddenin bağımsız birimlerden oluştuğunu, bu birimlerin ebeveynlerden döllere geçerken birbirlerinden etkilenmeden bir araya geldiklerini ve çeşitliliği oluşturduklarını ortaya koymuş ve 1866 yılında makale olarak yayımlamıştır. Ancak döneminde anlaşılamayan Mendel, çalışmasının ilgi görmemesi üzerine denemelere son vermiştir.
Hugo de Vries, Carl Correns ve Erich Von Tschermark 1900’lü yıllarda farklı yerler ve farklı zamanlarda Mendel’in iddialarını doğrulayan sonuçları elde etmişler ve Mendel Kanunları olarak adlandırmışlardır. Bu yüzden 1900 yılı yeni bir bilimin doğum yılı kabul edilmiş ve bilim dalı Genetik ismini de 1905 yılında William Bateson’dan almıştır. 1908 yılında İngiliz matematikçi Godfrey H. Hardy ve Alman doktor Wilhelm Weinberg birbirlerinden habersiz olarak genetik ve matematik kurallarını birleştirmiş ve bugün Populasyon Genetiği’nin temeli kabul edilen “Hardy-Weinberg Dengesi” ni öne sürmüşlerdir. Çok kısa bir süre sonra, 1909’da yıllardır kullanılan ama adı konulamayan kalıtım birimleri Johannsen tarafından “Gen” olarak adlandırılırken; Thomas Hunt Morgan meyve sineğinde (Drosophila melanogaster) göz renginin kalıtımı ile ilgili çalışmaları ile aynı kromozom üzerindeki genlerin beraber hareket ettiklerini yani beraber kalıtıldıklarını iddia etmiştir. Morgan’ın öğrencisi Sturtevant ise 1913 yılında genlerin kromozomlar üzerinde boncuk gibi dizili olduğunu gösteren ilk gen haritasını yapmış, genlerin bulunduğu bu bölgelere “lokus” adını vermiş ve genlerin nasıl bağlantılı olabileceğini ortaya koymuştur. Bu son keşiflerden sonra genetik ile ilgili çalışmalar hızlanarak artmış ve birçok gelişme kaydedilmiştir. Bu çalışmalardan birkaçı George Beadle ve Edward Tatum’un “Bir gen-Bir enzim” hipotezi, Griffith’in transformasyon olayında etkisini ortaya koyduğu kalıtım maddesinin, Avery, MacLeod, McCarty, Hershey ve Chase tarafından DNA olduğunun ortaya konulmasıdır.
Rosalind Franklin tarafından DNA molekülünün X ışınları kristalografisi çalışması ve bu sayede de James Watson, Francis Crick ve Maurice Wilkins’in DNA’nın üç boyutlu yapısal modelini ortaya koymaları (Resim 1.3) Genetik bilimi için bir diğer önemli yapıtaşlarını oluşturmuştur. Bu yapısal model 1962 yılında Watson, Crick ve Wilkins’e Nobel ödülü kazandırırken, çalışmaya en büyük katkıyı sağlayan Franklin erken ölümü nedeniyle ödülü paylaşamamıştır. Sonraki çalışmalarla 1966 yılında Nirenberg ve Khorana 3 bazın yan yana gelmesiyle oluşan kodonun amino asitleriyle ilişkisini ifade eden “Genetik kod” ve “Biyolojik şifre” yi açıklamışlardır. 1972 yılındada Paul Berg tarafından ilk rekombinant DNA molekülü elde edilmiştir. 1977’de ise, Gilbert ve Sanger DNA’yı oluşturan diziyi yani genetik kodları belirleyebilmek için bir yöntem ortaya koymuşlardır. 1983’de Amerikalı Biyokimyacı Karry Banks Mullis tarafından Polimeraz Zincir Reaksiyonunun (Polymerase Chain Reaction, PCR/PZR) tanımlanması ve yayınlanmasının ardından Genetik daha da ilginç ve dinamik, hergün yeni bir buluşun ortaya konulduğu bir bilim dalı haline gelmiştir.
Amerikan Enerji Dairesi, Ulusal Sağlık Örgütü ve İngiliz Tıbbi Araştırmalar Konseyi gibi kurumlar öncülüğünde 1990 yılında İnsan Genom Projesi başlatılmıştır. Projeye çeşitli ülkelerden (İngiltere, Avustralya, Brezilya, Kanada, vb.) oluşan bir şirketler birliği, İngiliz Wellcome Trust vakfı; vakfa bağlı Sanger Merkezi, ve Celera gibi firmalar da destek vermişlerdir. Tahmin edilen süreden çok daha önce tamamlanıp 2001 yılında Science ve Nature dergilerinde ilk taslakları yayımlanan proje son halini 2003 yılında almıştır. İnsan genomunun genlerden oluşan kısmının %99’unun %99,99 doğrulukla dizilendiği projede, sayılarının 20.000 veya 30.000 olduğu tahmin edilen genlerin yapılarının, genomdaki yerlerinin ve fonksiyonlarının anlaşılabilmesi hedeflenmiştir. Bu amaçla insan genomunu oluşturan yaklaşık 3 milyar bazın dizilimi ortaya konulmuştur. Daha sonraları yapılan çalışmalarla birçok evcil hayvan türünün de genomik dizilimi yayınlanmıştır. Bunlardan bazıları fil, sığır, at, köpek, kedi, dev panda, orangutan, şempanze, makak maymunu, tavşan, rat ve kobaydır.