Bizi birləşdirən, eyni zamanda, fərqləndirən dəyər: DNT İkili Sarmalı (1-ci Hissə)

“Yoldaş oxucu, bu məqalədə, dezoksiriboza, dezoksiribonuklein turşuları, və nukleoid kimi, elmi leksikonumuza rus ədəbiyyatından keçmiş terminlər, müvafiq olaraq, deoksiriboz, deoksiribonüklein turşuları, və nükleoid kimi, müasir dünya ədəbiyyatında istifadə olunan terminlərlə əvəz olunmuşdur. Bu dəyişikliyin səbəb olacağı, mümkün problemlərə görə üzr istəyirik, lakin, fikrimizcə, artıq öz elmi ədəbiyyatımızı formalaşdırmağın vaxtı çatıb, hətta gecikmişik”.

watson-crick-double-helix-model
Şəkil 1. “DNT İkili Sarmalı”nın fiziki modeli və bu modeli irəli sürən alimlər (Müəllif: Antony B. Brown)

Yuxarıdaki şəkil, 25 Aprel 1953-cü ildə, Nature jurnalında dərc olunub və təsadüfi deyil ki, Nature jurnalının bu sayı, bir çox elm xadimləri tərəfindən, adıçəkilən jurnalın ən diqqətəlayiq sayı kimi qəbul olunur. Şəkildə, deoksiribonüklein turşusu (DNT) molekulunun ikili sarmal modeli və bu modelin ərsəyə gəlməsində əvəzolunmaz rol oynayan iki alim təsvir olunub. Bu model, şəkildəki iki alimə Nobel mükafatı, biologiya elminə isə, tarixi dönüş nöqtəsini bəxş edəcəkdi. Alimlərin kimliyini hələlik müəmma olaraq saxlayaq. Bir qismi Mart, digər qismi isə, Aprel sayımızda dərc olunacaq bu məqaləni sonadək oxuyacaq qədər səbirli olsaq, nəinki bu iki alimlə, eləcə də DNT’nin uzun və keşməkeşli tarixində at oynatmış başqa bir sıra alimlərlə də tanış olacağıq. DNT— yəqin ki, bir çoxumuz, ya da elə hamımız, həyatımızın müəyyən nöqtəsində, bu adı eşitmişik. Kimimiz bu adı eşitdikdən dərhal (ya da bir neçə saat və ya gün və ya da həftə) sonra unudub, kimimiz açıb bu barədə bir iki araşdırma edib, kimimiz də, bəlkə də, elə bu an— bu məqalə ərsəyə gələrkən— bu müqəddəs və bir o qədər də mürəkkəb olan adla bağlı gələcəyə daha parlaq işıq salacaq təcrübələr aparır. Dəyişməyən bir fakt var ki, sənin, onun, mənim, bizim nə düşünməyimizdən asılı olmayaraq, DNT molekulu müasir biologiya elminin, xüsusən də, genetika və molekulyar biologiyanın onurğa sütununu təşkil edir. Necə deyərlər, əgər biologiya elmini qədim dünya tarixi hesab etsək, onda heç şübhəsiz ki, DNT molekulu o dövrün Roması olardı. Niyə? Çünki, qədim dünyada bütün yolların Romaya apardığı kimi, müasir biologiyada da bütün yollar DNT’yə aparır. Bir başqa sözlə, DNT’siz biologiya şahsız şahmat oyununa bənzəyər. Təkcə onu qeyd etmək kifayətdir ki, 1910-cu ildən günümüzə qədər DNT molekulu, bir başa ya da dolayı yolla, 21 nobel mükafatının sahibini tapmasına səbəb olmuşdur (Cədvəl 1). Bir halda ki, bu DNT adlanan məfhum belə dərin əhəmiyyətə malikdir, niyə də bu barədə ətraflı söhbət açmayaq?!

DNT molekulunun kəşfindən əvvəlki dövr

mendel
Şəkil 2. Mendel (Mənbə: İltis H., 1932)

Gregor Johann Mendel (Şəkil 2) – o vaxtkı Avstriya İmperiyasında doğulmuş rahib, 1865-66-cı illərdə rahiblik etdiyi kilsənin arxa baxçasında becərdiyi noxud bitkiləri (Pisum sativum)1 üzərində apardığı hibridləşdirmə təcrübələrinin nəticələrinə əsasən, xüsusiyyətlərin nəsildən-nəsilə keçməsini izah edən üç əsas qaydadan ibarət olan qaydalar toplusunu formalaşdırır (və beləcə, bəşəriyyət tarixində, elmə və cəmiyyətə nəisə qazandıran azsaylı din adamlarından birinə çevrilir). Mendelin gəldiyi qənaətlər ilk öncə bir o qədər isti qarşılanmırdı (gəlin razılaşaq ki, bəni-adəm yeniliklərə bir o qədər də açıq olmayan bir varlıqdır; yazının davamında bu faktla yenə üzləşəcəyik). Təqribən 35 il sonra, 1900-cü ildə amerikan təkamül bioloqu, genetik, embrioloq və nəhayət elmi yazar Thomas Hunt Morgan (Şəkil 3), Mendelin illər əvvəl əldə etdiyi nəticələrin doğruluğunu nəinki isbatladı, hətta bir addım daha irəli gedərək, irsiyyətin daşıyıcısı olan və o zamanlar naməlum olaraq qalan molekulun xromosomların üzərində yerləşdiyini aydınlaşdırdı. Bundan əlavə, Morgan drozofil milçəyi (Drosophila melanogaster) üzərində apardığı araşdırmaları davam edərək ilişkili genlər2 (ing: linkage) kimi bir sıra Mendelin qanunlarına uymayan fenomenləri də kəşf etmişdir. Nəticə etibari ilə, Mendel’in kəşfləri ümumilikdə “Mendel irsiyyəti” (ing: Mendelian inheritance), Morgan və digər bəzi alimlər tərəfindən kəşf edilən və Mendel’in qanunları ilə uzlaşmayan tapıntılar isə ümumilikdə “Qeyri-Mendel irsiyyəti” (ing: Non-Mendelian inheritance) adı altında toplanaraq, müasir genetikanın özəyini meydana gətirdilər. Beləcə, Mendel müasir genetikanın atası, Morgan isə əmisi kimi tarixə keçdi. 1933-cü ildə Morgan genetika sahəsindəki dəyərli kəşflərinə görə, Fiziologiya və Tibb sahələrində, Nobel mükafatı ilə təltif olundu.

morgan-miescher-kossel
Şəkil 3. T. H. Morgan və onun sevimli drozofil milçəkləri (solda), DNT’ni işıqlı dünyaya çıxaran F. Miescher (ortada), və A. Kossel (sağda). (Mənbə: Wikipedia)

Bugünkü yazımızın məqsədi başqa olduğundan, irsiyyət mövzusu barədə sizlərə çox da geniş informasiya ötürə bilməyəcəyik; lakin, üzrxahlıq əlaməti olaraq, gələcək saylardan birində, bu mövzu üzrə, kiçik həcmli bir məqalə yazacağımıza söz veririk.

DNT molekulunun kəşfi

Hər nə qədər DNT adı çəkildiyi zaman ağlagələn ilk iki ad James D. Watson və Francis H. C. Crick olsa da, DNT’nin ilkin kəşfi, adlandırılması, tərkibinin təsviri və s. kimi mühüm məsafələrin qət edilməsində adları təəssüf ki, kölgədə qalan bir çox alim yaxından iştirak etmişdir.

DNT molekulun şanlı tarixinin izi ilə keçmişə doğru addımlasaq görərik ki, izlər bizi 1869-cu ilə, isveçrəli kimyaçı Friedrich Miescher’ə aparır (Şəkil 3). Miescher ağ qan hüceyrələrinin (leykositlərinin) tərkibindəki zülalları araşdırmaq məqsədi ilə yerli cərrahiyə klinikalarında xəstələrin yaralarını sarımaq üçün istifadə olunan irinli sarğıları əldə edir. O, irinli sarğıları yuyub, irini filtirdən keçirərək leykositləri izolasiya etmək, daha sonra isə həmin leykositlərin zülal tərkibini araşdırmağı planlayırdı. Lakin, bu zaman o, hüceyrə nüvələrindən, zülallardan daha fərqli xassələrə malik olan maddə əldə edir. Belə ki, əldə edilən komponent yüksək fosfor (P) tərkibinə malik olmaqla yanaşı, proteolizizə3 qarşı davamlılıq nümayiş etdirirdi. Molekulun hüceyrə nüvəsindən (latın: nucleus) əldə edildiyini əsas tutan Miescher yeni kəşfini nüklein adlandırır. Öz kəşfinin əhəmmiyətini sezən Miescher yazırdı, “Zülallara ekvivalent, tərkibində fosfor olan, cüzi dəyişkən nüklein qrupu kimi bir maddə ailəsinin ortaya çıxması mümkündür.”

Avstriya-macar əsilli biokimyaçı Erwin Chargaff’ın, 1971-ci ildə, nüklein turşuların tarixi barədə yazdığı inşada vurğuladığı kimi, maraqlısı budur ki, elmə məlum olan dörd əsas hüceyrəvi komponentdən – şəkərlər (karbohidratlar), yağlar (lipidlər), zülallar və nüklein turşuları – yalnız birinin, məhz elə nüklein

Cədvəl 1. DNT molekulu ilə birbaşa ya da dolayı yolla əlaqəli Nobel mükafatları.

Alim(lər)

Tarix

Kəşfə yol açan araşdırma

Sahə

  1. Kossel

1910

nükleik maddələrin kimyəvi tərkibi

F&T

P. J. W. Debye

1936

X-şüalanması difraksiyası yolu ilə molekulyar quruluşların analizi

K

L. Pauling

1954

Mürəkkəb molekullarda kimyəvi rabitələrin təbiəti

K

S.Ochoa və A. Kornberg

1959

DNT və RNT’lərin bioloji sintezi

F&T

F.C. Crick, J. D. Watson, və M. F. Wilkins

1962

Nüklein turşularının molekulyar quruluşu

F&T

R. W. Holle, H. Khorana, və M. Nirenberg

1968

Genetik kodun mexanizmi

F&T

C. B. Anfinsen, S. Moore, və W. H. Stein

1972

Ribonükleazaların zülal sintezindəki katalitik fəaliyyəti

K

W. Arber, D. Nathans, və H. O. Smith

1978

Restriksiya fermentləri

F&T

P. Berg, W. Gilbert, və F. Sanger

1980

Rekombinant DNT’nin müəyyənləşdirilməsi

K

  1. Klug

1982

Kristaloqrafik elektron mikroskopu üçün metodlar

K

B. McClintock

1983

Hərəkətli genetik elementlər

F&T

H. A. Hauptman Və J. Karle

1985

Kristal quruluşların təsbiti üçün metodların formalaşdırılması

K

S. Altman

1989

RNT’nin katalitik xassələri

K

E. H. Fischer və E. G. Krebbs

1992

Zülalların fosforlanmasının idarəsi və funksiyası

F&T

R. J. Roberts və P. A. Sharp

1993

Bölünmüş genlər (ing: split genes)

F&T

K. B. Mullis və M. Smith

1993

Polimeraza zəncir reaksiyasının (PZR) kəşfi və oliqonükleotid-əsaslı, ünvanlanmış mutasiya əmələgətirmə

K

  1. G. Gilman və M. Rodbell

1994

G-zülalları və onların funksiyası

F&T

G. Blobel

1999

Zülalların hüceyrədə daşınması və yerləşdirlməsi

F&T

L. H. Hartwell, R. T. Hunt, və P. M. Nurse

2001

DNT’nin replikasiyası

F&T

S. Brenner, R. R. Horvitz, və J. E. Sulston

2002

Apoptozis zamanı DNT’nin parçalanması

F&T

T. Lindahl, P. Modrich, və A. Sancar

2015

DNT’nin bərpası mexanizmasının öyrənilməsinə görə

K

Qeyd: F & T – Fizioloqiya və Tibb, K – Kimya (http://goo.gl/0XHCIk http://goo.gl/w8nON1)

turşularının kəşfini məhz bir şəxsə (söhbət təbii ki, Miescher’dən gedir), məkana, və tarixə dəqiqliklə aid etmək mümkün olsa da, uzun illər boyunca, Miescher barədə heç bir elmi-ədəbi mənbədə məlumat verilməyib. Miescher’in başladığı işi, 1891-ci ildə, Strasbourg Universitetində elmi araşdırma köməkçisi kimi çalışan, alman biokimyaçı Albrecht Kossel (Şəkil 3) davam etdirdi. O, Miescher’in nükleinini izolasiya edib tərkibini daha da ətraflı aydınlaşdırdı. O cümlədən, nükleinin nüklein turşusu kimi təyin edilməsi də Kossel’in adı ilə bağlıdır. Kossel 1883-cü ildə Berlin Universitetindəki Fiziologiya İnstitutunun Kimya bölməsinin direktoru təyin olunur. O, burada öz araşdırmalarını davam etdirərək (1885-1901), DNT’nin (o cümlədən, digər nüklein turşusu olan ribonüklein turşusu, RNT’nin) tərkibini təşkil edən beş azotlu əsası – adenin (A), timin (T), sitozin (C), quanin (G), və urasil (U) – izolasiya etdi və adlandırdı (Şəkil 5). Kossel’in nüklein turşularının tərkibi ilə bağlı nailliyyətləri Nobel komitəsinin də gözündən yayınmır və o, 1910-cu ildə, Fiziologiya və Tibb sahələri üzrə, Nobel mükafatı ilə təltif olunur.

Yeni bir makromolekulun kəşfi və onun biokimyadakı potensial rolu/rolları elm adamlarını maqnit tək özünə çəkirdi. DNT molekulunun cazibəsinə tab gətirə bilməyən alimlərdən biri də biokimyaçı Phoebus Levene idi (Şəkil 4). Litvada doğulmuş yəhudi əsilli Levene uzun illər Rusiya İmperiyasında, Sankt-Peterburqda yaşasa da, o zaman geniş vüsət alan antisemitik təxribatlar nəticəsində, 1893-cü ildə ailəsi ilə birgə, New York’a köçməli olmuşdur.

Şəkil 4. P. Levene (Mənbə: Wikipedia)

New York’da Kossel kimi kimyaçılarla işləyən gənc biokimyaçı boş vaxtlarında elmi araşdırmalar aparır və bir sıra məqalələr də nəşr etdirə bilir. 1905-ci ildə, Levene tibbi araşdırmalar üzrə Rockefeller İnstitutunda, biokimya labaratoriyalarından birinin başçısı kimi təyin olunur və ömrünün qalanını burada araşdırmalar aparmaqla keçirir. Nəzərə almaq lazımdır ki, Levene bu araşdırmalara başlayarkən, nüklein turşularının quruluşu və tərkibi barədə məlum olan informasiya olduqca cüzi idi. Bu isə o demək idi ki, hər hansısa tutarlı quruluş modeli və ya fərziyyəsi irəli sürmək üçün, Levene və o ərəfədə nüklein turşuları ilə çalışan alimlər hər şeyi demək olar ki, sıfırdan kəşf etməli idilər. Bütün çətinliklərə baxmayaraq, Levene, Rockefeller İnstitutunda, maya göbələyində (Saccharomyces cerevisiae) nüklein turşusunun hidroliz4 yolu ilə parçalanma reaksiyasını uzun illər öyrəndikdən sonra, bir sıra olduqca vacib kəşflər etməyə nail olur. O, apardığı araşdırmalar nəticəsində fərqli növ nüklein turşularının mövcudluğunu (DNT və RNT), bu turşuların təkrarlanan nükleotidlərdən ibarət olduğunu, habelə, hər bir nükleotidlərin fosfat-şəkər-azotlu əsasdan təşkil olunduğunu kəşf edir. Daha sonra, Levene hər bir nüklein turşusunun özünəməxsus şəkər molekulu— DNT’də deoksiriboz və RNT’də riboz— daşıdığını aydınlaşdırır ki, bu da DNT və RNT’yə bugünkü adlarını verir. Bu tapıntıların məntiqi sonluğu olaraq Levene, 1919-cu ildə, özünün polinükleotid modelini elmi cəmiyyətə təqdim edir. Həmin dövrdə elmi ədəbiyyatda Levene’in tapıntılarını izah etmək üçün polinükleotid modeli ilə yanaşı bir sıra başqa təkliflər olsa da, sonda polinükleotid modeli hər kəs tərəfindən doğru olaraq qəbul edilir (Şəkil 5).

Şəkil 5. Levene’in polinükleotid modelinin fundamental vahidi olan nükleotid və onun tərkibi. (Mənbə: Pray, 2008)

Levene polinükleotid modelini rəhbər tutaraq tetranükleotid5 fərziyyəsini irəli sürür: DNT molekulu eyni tetranükleotidin çoxsaylı təkrarından ibarətdir, məsələn, …-G-C-T-A-G-C-T-A-G-C-T-A-… (burada təkraralanan tetranükleotid G-C-T-A-dir). Gəlin yazının bu hissəsində dərindən bir nəfəs alaq və məqalənin fərqli hissələri arasında əlaqə quraq. Yadınızdadırsa, yazının əvvəlində XIX əsrin əvvələrində Levene’dən bir neçə il qabaq Morgan’ın irsiyyəti daşıyan bioloji vahidin xromosomlarda yerləşdiyini müəyyənləşdirməsi barədə danışmışdıq. Bu kəşfdən sonra aparılan araşdırmalar zamanı xromosomların əsasən nüklein turşularından və zülallardan təşkil olunduğu üzə çıxarılır. Ardınca isə, tetranükleotid fərziyyəsi meydana atılır. Məsələ ilə yaxından tanış olan alimlər cəmi dörd nükleotidin təkrarından ibarət olan bir molekulun canlılarda müşahidə olunan, sonsuz çeşidliliyi (ing: variation) izah etmək gücündə olmadığı qənaətinə gəlirlər və çeşidliliyin izahı kimi, daha çox — iyirmi— fundamental vahidə (amin turşularına) sahib olan zülallara üz tuturlar. Eyni zamanda, zülalların həddən artıq çox çeşidliliyə sahib olması artıq təsdiqlənmişdi ki, bu da DNT molekulunun irsiyyətin daşıyıcısı kimi roluna kölgə salırdı. Doğrudur, tezliklə, müxtəlif canlıların daşıdığı DNT (yaxud da RNT) molekullarının tetranükteotid fərziyyəsinin əksinə olaraq, kifayət qədər çeşidliliyə malik olduğu isbatlansa da, fərziyyə bir çox cəhətdən doğruluğunu qoruyub saxlaya bildi. Misal üçün, Levene’in aşkarladığı azotlu əsasların iki həlqəli purinlərə (A və G) və tək həlqəli pirimidinlərə (T, C, və U) bölünməsi, habelə, U’nun RNT’yə, T’nin DNT’yə xas olması kimi faktlar, DNT molekulu üzərində Levene’dən sonra aparılacaq araşdırmalarda da mühüm rol oynayacaqdı.

Elm aləminin irsiyyətin daşınma vahidi kimi zülalları DNT’dən daha uğurlu namizəd kimi görməsi faktı isə, heç gözlənilmədən, Patalogiya və Mikrobiologiya sahəsində, Streptococcus pneumoniae bakteriyası ilə işləyən Frederick Griffith’in müşahidələri ilə başlayan təcrübələr zəncirinin nəticəsində dəyişəcəkdi.

Zülaldan da ali DNT var: Griffith, Avery, Hershey və Chase’in təcrübələri

1918-ci ildə baş vermiş ölümcül zökəm epidemiyasından sonra bir çox dövlətlər xəstəliyə qarşı vaksinlərin əldə edilməsinə tələsirdi. İngiltərəli Frederick Griffith də o vaxtkı mühitin təsiri altında mikrobiologiyaya meyl etmiş gənc elm adamlarından biri idi. O, bir müddət Yerli Dövlət Departamentinin (YDD) nəzdindəki Patologiya kafedrasında, qardaşı A. S. Griffith ilə birgə, tubercle bacillus bakteriyası üzərində araşdırmalar aparmışdı. I Dünya Müharibəsi zamanı, YDD Səhiyyə Nazirliyinin tərkibinə keçirildiyi üçün, Frederick və həmkarı Scott öz araşdırma mərkəzlərini Dudley House’da yerləşən laboratoriyaya köçürürlər. Lakin, müharibə tanrısının qara siyahısında olan bu iki alim heç burada da rahatlıq tapa bilmirlər: belə ki, çox keçmədən II Dünya Müharibəsi başlayır və Frederick’in çalışdığı binanın bir hissəsi Fövqəladə Hallarda İctimaiyyət üçün Səhiyyə Laboratoriyaları Xidməti’nin (FİSLX) nəzdinə keçir. Özlərini bir o qədər də müasir avadanlıqla təchiz olunmamış laboratoriyada tapan bu iki şövqlü alim, bütün çətinliklərə baxmayaraq, elmi cəmiyyəti çalxalayacaq nəticələr əldə etməyə nail olurlar.

Şəkil 6. Frederick’in məşhur təcrübəsi (Mənbə: O’Connor C., 2008)

Araşdırmalarını Scott ilə bərabər Streptococcus pneumoniae üzərində davam etdirən Frederick tezliklə bu bakteriyanın iki alttipi (ing: subtype) olduğunu müşahidə edir: xəstəliyə səbəb olmayan (ing: nonvirulent), kapsulla əhatə olunmamış R6 alttipi və xəstəliyə səbəb olan (ing: virulent), kapsulla əhətə olunmuş S alttipi. Qeyd etmək zəruridir ki, siçanlara inyeksiya olunduğu zaman, S alttipi siçanın qısa zamanda ölümünə səbəb olurdusa, R alttipi siçanın səhhətində heç bir dəyişikliyə səbəb olmurdu. Sonrakı araşdırmalar əsnasında, Frederick və başqaları (alman alim Friedrich Neufeld) bu iki alttipin də öz növbəsində daha bir neçə alttipə bölündüyünü kəşf edirlər. Həmin vaxt, mikrobiologiyada geniş qəbul olunmuş bir fikrə əsasən pnevmakokların (latin pneumococcus/pneumococci7) müxtəlif alttipləri dəyişməzdir, yəni, bir-birilərinə çevrilə bilməzlər. Özü də bu prinsipi əsas tutaraq hərəkət etməsinə baxmayaraq, tezliklə Frederick işləri ilə bu fikri təkzib edən yekun nəticələr əldə etdi.

Cədvəl 2. Transformasiyaya yol açan maddənin saflaşdırılılmış preparatlarınının sadə kimyəvi analizi

Preparat No:

Karbon (C)

Hidrogen (H)

Azot (N)

Fosfor (P)

N/P nisbəti

37

34.27

3.89

14.21

8.57

1.66

38B

15.93

9.09

1.75

42

35.50

3.76

15.36

9.04

1.69

44

13.40

8.45

1.58

Natrium deoksiribonükleat üçün olan göstəricilər

34.20

3.21

15.32

9.05

1.69

Qeyd: Verilən rəqəmlər ümumi tərkibdəki faizi ifadə edir. (Avery O. və başq., 1944)

Təcrübələrdən birində o, aktiv IR alttipini, istilik vasitəsi ilə öldürülmüş IIS alttipi ilə birgə, sağlam siçanın bədəninə inyeksiya edir. Nəticədə, siçan, gözlənilmədən, qısa zaman kəsiyində, tələf olur. Tələf olmuş siçanın ürəyindən aktiv IIS alttipli bakteriyalar izolasiya olunur. Frederick təcrübədəki alttipləri dəyişdikdə, oxşar nəticələrlə qarşılaşır: istiliklə öldürülmüş IS alttipi aktiv IIR alttipi ilə birgə sağlam siçanlara inyeksiya olunur və nəticədə, siçan tələf olur. Tələf olmuş siçanın bədənindən isə, aktiv IS alttipi izolasiya olunur (Şəkil 6). Uzun müddət alttiplərin bir-birinə çevrilmədiyinə inanan Frederick bu fikri alt-üst edən nəticələrdən müsbət mənada təəccüblənsə də, bir o qədər də kədərlənirdi. O, ölü bakteriyaların tərkibindəki istiliyə davamlı hansısa komponentin aktiv bakteriyalar tərəfindən mənimsənildiyini və bu komponentin yeni bakteriyalarda fenotip dəyişikliyinə səbəb olduğunu iddia edir. Bu fenomen müasir biologiya elmində transformasiya olaraq adlandırılır. Təəssüf ki, Frederick’ə bu komponentin kimliyini aydınlaşdırmaq qismət olmur; o, 1941-ci ildə, nazi-Almaniyası tərəfindən, Londondakı evinə atılan bomba nəticəsində vəfat edir.

Şəkil 7. Ralttipinin transformasiyaya yol açan maddənin varlığında (şəkildə 1 ilə işarələnib) və yoxluğunda (şəkildə 2 ilə işarələnib) böyüyən koloniyaları (ing: colony) (Mənbə: O’Connor C., 2008)

Frederick ilə eyni dövrdə, New York’da yerləşən Rockefeller Hospitalında (indiki Rockefeller İnstitutu), pnevmakoklar üzərində qızğın araşdırma aparan başqa bir qrup elm adamı da var idi və bu qrupa Oswald Avery (Şəkil 8) başçılıq edirdi. Frederick kimi, Avery də alttiplərin bir-birinə çevrilməsini mümkünsüz sayırdı. Elə məhz buna görə də, Frederick’in nəticələrindən ilk xəbər tutduqda, Avery onlara çox da məhəl qoymur və bütün bunların sadəcə kontrol təcrübələrinin yetərsizliyindən irəli gəldiyini ifadə edir (görürsünüzmü, kontrol təcrübələr nə qədər vacibdir?!). Lakin, Avery hipertireoz8 (ing: hyperthyroidism/thyrotoxicosis) xəstəliyindən əziyyət çəkdiyi üçün, bir neçə aylıq laboratoriyasından uzaq qalmalı olur. Bu zaman kəsiyində, Avery’nin həmkarı Martin H. Dawson nəinki Frederick’in nəticələrini isbatlayır, hətta transformasiya prinsipinin in vitro şəraitdə həyata keçirilə biləcəyini də göstərir (Şəkil 7). Həmçinin, Dawson transformasiyaya səbəb olan komponentin 80 °C-dən artıq temperaturda, çox köhnə bakteriyalardan əldə edildiyi təqdirdə və dəfələrlə dondurulub yenidən əridildikdə (ing: freeze and thaw), öz funksiyasını itirdiyini müşahidə edir. O, eyni zamanda, eyni alttipin müxtəlif növləri arasında (məsələn, IS və IIIS) transformasiyanın mümkünlüyünü, yəni, prosesin heç də yalnız müxtəlif alttiplər arasında olmadığını göstərir. Avery’nin laboratoriyasında çalışan digər bir şəxs, Lionel J. Alloway isə bu komponenti bakteriyalardan əldə etməyin yolunu təkmilləşdirir. Bu ekstraktın tərkibində siçanlarda immun reaksiyası oyadacaq qədər polisaxarid9 olsa da, Alloway transformasiyaya yol açan komponentin polisaxaridlər olmadığına inanır. Görünür, Avery’ə yaxşı istirahət, laboratoriyanın digər üzvlərinə isə Avery’siz bir müddət keçirtmək lazım imiş. Nə isə, mətləbdən çox uzaqlaşmadan davam edək. Alloway’in başladığı işi 1933-cü ildə laboratoriyaya yeni cəlb olunmuş Colin M. McLeod (Şəkil 8) öz üzərinə götürür. O, dörd ilə yaxın gərgin çalışmalardan sonra bu müəmmalı komponenti daimi əldə etməyin metodlarını mükəmməlləşdirir. Daha sonra, bu komponentin saflaşdırılması üzərinə Avery’nin başçılığı altında McLeod və Maclyne McCarty’nin (Şəkil 8) yaxından iştirakı ilə gərgin təcrübələr aparılır. İlk növbədə, bakteriyalardan çox saylı ekstraksiyalar əldə edilirdi, daha sonra, ekstraksiyalar müxtəlif metod və kimyəvi maddələrin istifadəsilə daha da saflaşdırılırdı (məsələn, bir mərhələdə ekstraksiyalar şəkərlərdən təmizlənirdi, ardınca zülallardan və s.). Hər saflaşdırma mərhələsindən sonra ekstraktın transformasiyaya yol açma qabiliyyəti ölçülürdü. Qeyd edək ki, hər bir ekstraktın tərkibindəki transformasiyaya yol açan komponentin qatılığını müəyyənləşdirmək üçün, həmin ekstrakt müxtəlif duruluqlarda sınaqdan keçirilirdi.

avery-mcleod-mccarty
Şəkil 8. O. Avery (solda), C. McLeod (ortada), və M. McCarty (sağda). (Mənbə: Wikipedia

Dərin analizlərdən sonra, heç kimin ummadığı halda, əldə olunan yekun komponentin, yüksək fosfor tərkibi kimi DNT’na məxsus xassələr daşıdığı məlum olur (Cədvəl 2). Buna müvafiq olaraq, komponentin DNT üçün nəzərdə tutulan testlərlə reaksiyasından müsbət nəticələr əldə edildiyi halda, RNT və zülallar üçün nəzərdə tutulmuş testlərlə reaksiyasından mənfi nəticələr əldə edilir. Bütün şübhələrə son qoyan nəticələr isə, Avery’nin komandasının əsas diqqət ayırdığı 44-cü ekstraktın DNTazalarla10 reaksiyasınından əldə edilir: aparılan reaksiyalar bu ekstraktın transformasiya qabiliyətini neytrallaşdırır (Cədvəl 3). Eyni ekstraktın zülalları parçalayan fermentlərlə və yaxud da RNTazalarla11 reaksiyası isə, onun transformasiya qabiliyyətinə heç bir təsir göstərmir. Beləcə, 1944-cü ildə zülalların qüdrətinə daha bir ağır zərbə dəyir; Oswald T. Avery, Colin M. McLeod və Maclyn McCarty isə öz işlərini indi biologiya tarixinin ən əhəmiyyətli məqalələrindən sayılan bir məqalədə dərc edirlər. Amma, nə fayda?! Deyir, sən saydığını say, gör bizim bu mühafizəkar elm cəmiyyəti nə sayır! Hətta, bu cür inandırıcı nəticələrdən sonra belə, dövrün əksər elm xadimləri yenə də iki ayağını bir başmağa dirəyib deyirlər ki, irsiyyətin daşıyıcısı zülallardır ki, zülallar.

Şəkil 9. T2 bakteriyofaqının elektron mikroskopu (EM) altındakı (solda) və sxematik (sağda) rəsmi. (Mənbə: Kenneth Todar)

Amma, sözsüz ki, olub-keçəni diqqətlə izləyib, düzgün çıxarış edən “yaxçı” oğlan və qızlarımız da yox deyildi. Belələrindən ikisi, Washington’da, Cold Spring Harbour laboratoriyasında birgə çalışan amerikalı alim Alfred Hershey və onun köməkçisi Martha Chase idi (Şəkil 10). Onlar 1952-ci ildə çap elədikləri məqalədə sadə, amma bir o qədər də eleqant təcrübə ilə irsiyyətin ötürülməsinin zülalların yox məhz elə DNT’nun işi olduğunu göstərdilər və bununla da Griffith’in ruhunu necə lazımdırsa şad elədilər. XX əsrin ortalarında, genetikada T2 bakteriyofaqlarından (E. coli12 bakteriyalarını yoluxduran virus) (Şəkil 9) geniş istifadə olunurdu. Buna səbəb, onların hədəf bakteriyaları yoluxdurduqdan sonra, həmin bakteriyanın daxilində sürətlə çoxalmaları və daha sonra, bakteriyanı parçalayaraq ətraf mühitə çox saylı yeni formalaşmış bakteriyofaq xaric etmələri idi. Hershey və Chase çox əla bilirdilər ki, bakteriyofaqlar həm DNT, həm də zülal daşıyır və bu iki polimerdən biri bakteriyaların yoluxması əsnasında yeni virusların əmələ gəlməsini (və yaxud da viruslara xas irsiyyət proseslərini) idarə edir. Eyni zamanda, onlar bilirdilər ki, DNT’də yüksək miqdarda fosfor (P), zülallarda isə kükürd (S) olur və bu iki element bu iki polimerə xasdır (yəni, DNT kükürd tərkibinə, zülallar isə, fosfor tərkibinə sahib deyil). Qeyd etmək lazımdır ki, DNT molekulu yalnız bakteriyofaqın baş hissəsində yerləşdiyi halda, zülallara virusun bütün hissələrində rast gəlmək mümkündür. Onlar, təbiətin bu gözəl hədiyyəsindən məharətlə istifadə edərək, E. coli hüceyrələrini hər iki elementin radioaktiv izotopları ilə (müvafiq olaraq, 32P və 35S) işarələnmiş T2 bakteriyofaqları ilə yoluxdururlar. Daha sonra, sadə mətbəx blenderindən istifadə edərək, virus qalığını13 bakteriya hüceyrələrindən qoparırlar. Ardınca, sentrifuqa vasitəsilə, iri ölçülü bakteriya hüceyrələrini, daha yüngül olan virus qalığından ayırırlar. Nəticədə,

Şəkil 10. M. Chase (solda) və A. Hershey (sağda). (Mənbə: Karl Maramorosch)

bakteriya hüceyrələri sentrifuqa üçün nəzərdə tutulan sınaq şüşələrinin dibinə enir, virus qalığı isə səthdə qalır. Sınaq şüşələri radioaktivlik üçün ölçüldükdə aydın olur ki, radioaktiv kükürd virus qalığında yer aldığı halda, radioaktiv fosforun ⅓-i bakteriyaların tərkibinə keçib. Onlar, eyni zamanda, bakteriyanın tərkibindəki radioaktiv fosforun yeni nəsil viruslarda müşahidə olunduğunu göstərirlər. Beləliklə, bu iki alim zülalların xətrinə möhkəm formada dəyərək, DNT’ni biologiya elminin döyünən ürəyinə çevirirlər (Şəkil 11). Hershey bundan sonra da öz kariyerasını uğurla davam etdirir və məntiqi sonluq olaraq 1962-ci ildə, virusların çoxalmasının kəşfinə görə, Fizioloqiya və Tibb sahələrində, Salvador Luria və Max Delbrück ilə birgə Nobel mükafatı ilə təltif olunur.


Şəkil 11. Hershey və Chase’in DNT’ni, zülalların yanında, üzüağ edən eksperimenti (Mənbə: Benutzer Thomasione, Wikipedia).
Qeyd: Şəkildə qeyd edilmiş rSulfur və rFosfor, təcrübədə, bu elementlərin radioaktiv isotoplarının istifadə edildiyini bildirir.

Hekayəmizdəki zərif cinsin nümayindəsi Chase isə, Hershey’in əksinə olaraq uğursuzluğa düçar olur; əvvəlcə, qısa sürən, uğursuz evlilik yaşayan xanım Chase, 1960-cı illərdə şəxsi həyatında bir sıra problemlərlə üzləşir. Bu azmış kimi, Herhsey, 1969-cu ildə, digər iki kişi həmkarı ilə birgə Nobel mükafatı qazandığı halda, Chase bu hadisədə yalnız tamaşaçı qismində “iştirak edə” bilir. Nəzərə alsaq ki, original məqalədə həm Chase, həm də Hershey’in adı müəllif olaraq qeyd olunmuşdu, görərik ki, Nobel komitəsinin Chase’i layiq olduğu uğurdan (və yəqin ki, bunu müşahidə edəcək şöhrətdən) məhrum etməyə bir o qədər də haqqı yox idi. Bütün bunların nəhayətində, o, demensiyaya (ing: dementia) düçar olur və qısa-müddətlik yaddaşından (ing: short-term memory) məhrum olur. Beləcə, bu gün, dünyanın hər tərəfində, yüzlərcə fərqli laboratoriyanın başına pərvana tək döndüyü DNT’a sahib olduğu şöhrəti qazandıran Dr. Chase, 2003-cü ilin Avqust ayında, pnevmaniyadan vəfat edir. Ruhu şad olsun!

Belə, yoldaş oxucu, hələlik sizi bütün bu məlumatlar və Chase’in acı taleyi ilə baş-başa buraxırıq: gedin bir pürrəngi çay için, dincəlin, lakin, eyni zamanda, oxuduqlarız barədə, əgər mümkünsə, düşünün. Əgər xoşunuza gəldisə, bəh-bəh, deməli, bizim ilə bərabər, siz də gələn sayı səbirizliklə gözləyəcəksiniz.

Cədvəl 3. DNTazalara reaksiyaya məruz qaldıqda, preparatların transformasiya qabiliyyətinin itməsi

Müxtəlif ferment ekstraktları

Ferment Fəaliyyəti

Fosfatazalar

Esterazalar

DNT depolimerazalar

Transformasiyanın itməsi

İtin bağırsaq mukozası

+

+

+

+

Dovşanın sümük fosfatazası

+

+

-1

-1

Donuz böyrəyi

+

-1

-1

Pneyvmakokkus ekstraktı

+

+

+

Normal it və dovşan serumu

+

+

+

+

1- DNT depolimeraza fəaliyyəti transformasiyanın itkisinə yol açır. (Avery O. et al., 1944)

Qeydlər

    1. 1753-cü ildə, isveçli alim Carl Linnaeus tərəfindən, növlərin elmi adlarının “ikili adlandırma” (ing: binomial nomenclature) üsulu ilə qeyd edilməsinin təməli qoyuldu. Bu üsula əsasən, adlandırmada birinci qeyd edilən ad cinsi göstərməli və ilk hərfi böyük hərf olmalıdır, ikinci ad isə, növə işarə etməli və kiçik hərflərlə qeyd olunmalıdır. Adlandırmanın hər iki ünsürü latınca olmaqla yanaşı, italik (ing: italic) formatında qeyd edilməlidir. Bu üsul müasir sinifləndirmədə də istifadə edilir. (Knapp S. et al., 2010)
    1. İlişkili genlər xromosom üzərində bir-birilərinə yaxın məsafədə yerləşmiş genlərin allellərinin, meyoz bölünmə zamanı baş verən allellərin ayrılması prosesi əsnasında, eyni qametə paylanmağa meyl etməsinə verilən elmi addır. (Lobo İ. et al., 2008)
    1. Zülalların daha kiçik ölçülü peptidlərə və ya da ən kiçik vahid olan amin turşularına parçalanması
    1. Su molekulunun (H2O) iştirakı ilə, digər molekulların daha kiçik ölçülü vahidlərə parçalanması
    1. tetra- yunan mənşəli şəkilçi olub, sözlərinin önünə əlavə olunur və dörd mənası verir
    1. R ingilis dilindəki rough (azərb.: qaba), S isə, smooth (azərb.: saya) sözlərindən gəlir.
    1. Pneumococcus tək, pneumococci cəm formada
    1. Hipertireoz və ya tireotoksikoz, qalxanabənzər vəz tərəfindən həddən artıq tiroid hormonu ifrazatı nəticəsində meydana çıxan sağlamlıq qüsurudur.
    1. Polisaxaridlər 9 və daha çox şəkər monomerinin (glükoza, fruktoza, və qalaktoza) birləşməsindən əmələ gələn iri ölçülü şəkər polimerləridir. İki əsas növü mövcuddur: nişasta və qlikogen (Varki A. et al., 1998).
    1. Spesifik olaraq DNT molekulunu parçalayan fermentlər
    1. Spesifik olaraq RNT molekulunu parçalayan fermentlər
    1. Escherichia coli qram-neqativ bakteria növüdür. İsti-qanlı (ing: warm-blooded) canlıların bağırsaqlarında yaşayan zərərsiz çeşidləri ilə yanaşı, xəstəliyə səbəb olan parazət çeşidləri də mövcuddur. Müasir biologiya elminin Molekulyar biologiya, Mikrobiologiya, və Genetika kimi sahələrində, model orqanizm olaraq, geniş istifadə edilir.
  1. T2 bakteriyofaqlarının hədəflərini yoluxdurması əsnasında, virus, tərkibində yer alan DNT molekulunu bakteriya hüceyrələrinə inyeksiya edir. Bu zaman, virusun digər hissələri “skelet” formasında geridə qalır ki, bu da, öz növbəsində, virus qalığı olaraq adlanır.

Mənbələr

Avery, O. T., MacLeod, C. M., & McCarty, M. (1944). Studies on the chemical nature of the substance inducing transformation of pneumococcal types induction of transformation by a desoxyribonucleic acid fraction isolated from pneumococcus type III. The Journal of experimental medicine, 79(2), 137-158.

Dawson, M. (2003). Martha Chase dies. Genome Biology, 4(8), spotlight-20030820.

Downie, A. W. (1972). Pneumococcal Transformation-A Backward View Fourth Griffith Memorial Lecture. Microbiology, 73(1), 1-11.

Dunn, L. C. (1991). A short history of genetics: the development of some of the main lines of thought: 1864-1939. Iowa State University Press.

Fisher, R. A., & de Beer, G. R. (1947). Thomas Hunt Morgan. 1866-1945. Obituar

Hargittai, I. (2009). The tetranucleotide hypothesis: a centennial. Structural Chemistry, 20(5), 753-756.

Hershey, A. D., & Chase, M. (1952). Independent functions of viral protein and nucleic acid in growth of bacteriophage. The Journal of general physiology, 36(1), 39-56.

Iltis, H. (1932). Life of Mendel. Life of Mendel.

Jones, M. E. (1953). Albrecht Kossel, A Biographical Sketch . The Yale Journal of Biology and Medicine, 26(1), 80–97.

Knapp, S. (2010). What’s in a name? A history of taxonomy. Natural History Museum. Alınıb: http://www.nhm.ac.uk/nature-online/science-of-naturalhistory/taxonomy-systematics/history-taxonomy/index. html

Lobo, I., & Shaw, K. (2008). Discovery and types of genetic linkage. Nature education, 1(1), 139.

O’Connor, C. (2008). Discovery of DNA as the hereditary material using Streptococcus pneumoniae. Nature Education, 1(1), 104.

O’Connor, C. (2008). Isolating hereditary material: Frederick Griffith, Oswald Avery, Alfred Hershey, and Martha Chase. Nature Education, 1(1), 105.

Pray, L. (2008). Discovery of DNA structure and function: Watson and Crick. Nature Education, 1(1).

Tipson, R. S. (1956). Phoebus Aaron Theodor Levene, 1869-1940. Advances in carbohydrate chemistry, 12, 1-12.

Varki, A., Cummings, R., Esko, J., Freeze, H., Hart, G., & Marth, J. (1998). Essentials of glycobiology, 1999. Cold Spring Harber Laboratory Press, New York.

Wright, P. (2002). Erwin Chargaff. Guardian, 16.

Əlavə mənbələr

DNA’s Double Helix: 50 Years of Discoveries and Mysteries An Exhibit of Scientific Achievement. University of Buffalo Library. PDF

http://goo.gl/AAvVFx

http://goo.gl/85qP2J

http://goo.gl/lGcqZx

http://goo.gl/CLZkGf

Bizi birləşdirən, eyni zamanda, fərqləndirən dəyər: DNT İkili Sarmalı (1-ci Hissə)” ilə bağlı bir rəy

Bir cavab yazın

Sizin e-poçt ünvanınız dərc edilməyəcəkdir.

Begin typing your search term above and press enter to search. Press ESC to cancel.

Yuxarı qayıt