1000 YAŞINDAKİ ALMANYALININ AĞZINDAKİ GENOMLAR

Zaman: 2013 Nisanı. Amerikan Fiziksel Antropoloji yıllık toplantısı. Akşam.
Yer: Tennessee eyaletinin Knoxville şehrinde bir salaş bar.
Kim: Yeni yetme genetik antropologlar.

Hepimiz Tina’nın (Christina Warinner) etrafında toplanmış, onu sabırla cevap verdiği bir soru yağmuruna tutmuştuk. Bir-iki saat önce Tina, eski kemiklerde çok iyi korunan bir yapı olan diş plağından hem kemiğin ait olduğu insanın, hem de o plakta hapsolmuş bakterilerin DNA’sını çok iyi bir kalitede elde ettiğini iddia eden bir konuşma vermişti. Bu bulgular çok yeni idi ve de daha sonuçları analiz etmeye fırsat bulamamıştı Tina. Ancak, son yılda yaptıkları replikasyon ve kalite kontrol deneyleri, çıkarılan DNA’ların otantik (yani gerçekten eski örneklernden çıkmış) ve kapsamlı (yani eskiyi genel anlamda temsil eden bir yapıda) olduğunu ortaya koyuyordu. Eğer bulgular tekrarlanabilirse, binlerce yıl önce yaşayan insanların, hayvanların ve hatta belki Neandertallerin hangi hastalıklarla cebelleştiklerini, ağızlarında hangi bakterilerin yaşadığını,neler yediklerini öğrenebilecek ve belki daha bir çok başka bilgiye ulaşabilecektik. Hepimiz çok heyecanlanmıştık. Ancak Tina’nınki gibi çok şey vaadeden ancak sonrasında fos çıkan bir çok çalışmadan dilimiz yandığından kafamızda kuşkular vardı. O yüzden ardı arkası kesilmeyen bir soru yağmuruna tutmuştuk Oklohama Üniversitesi’nde kendi laboratuvarını kurmaya hazırlanan Tina’yı.

Gerçekten de yaklaşık 1 sene kadar sonra Tina’nın makalesi en prestijli genetik dergisi olan Nature Genetics’te yayınlanmıştı. Makalenin içeriği Tina’nın önceki sene anlattıklarını ve hatta daha fazlasını içeriyordu. Fakat size bu içeriği anlatmadan önce mikrobiom ve metagenom kavramlarını biraz irdelemek istiyorum.

Metagenom ve mikrobiom

Metagenom bir örnekte bulunan tüm DNA moleküllerinin, özel bir zenginleştirme veya filtre yapılmadan dizilenmesi olarak tanımlanabilir. Örneğin bir insanın tükürüğünden örnek aldığımızda, o insanın DNA’sı ile birlikte, binlerce (evet binlerce) değişik tür mikroorganizmanın (mikrobiom) ve çiğnenmiş yemeklerden kalmış hayvan ve bitkilerin DNA’ları da örneklenmiş oluyor. Yeni nesil DNA dizileme yöntemleri ile bu DNA’ların temsil ettiği değişik organizmaları, bu organizmaların hangi oranda bulunduğunu ve bu organizmalar arasındaki genetik ilişkileri bulmak mümkün.

İnsan metagenomunu inceleyen yeni çalışmalar karşımıza inanılması güç, muazzam bir bir tablo ortaya çıkarıyor. Bugün biliyoruz ki, örneğin, vücudumuzda insan hücrelerinin sayısından on kat daha fazla, trilyonlarca mikroorganizma yaşamakta (Şekil 2). Bu küçük hücreleri toparlayıp tartabilsek, kilolarca biyokütle oluşturacaklar. Yine artık açık olarak görmekteyiz ki, insan evrimi le bu küçücük organizmaların evrimi birbiri ile bağlantılı. Çoğu bize zarar vermeden ve hatta hayat döngümüzün vazgeçilmez parçaları olarak bağırsaklarımızda, midemizde, derimizde, ağzımızda ve bir çok başka organımızda yaşamakta. Bu muazzam çeşitliliğe ev sahibi olan bizlerle birlikte, bu mikroorganizmalar karmaşık, dinamik bir ekosistem oluşturmakta. Bugün yine biliyoruz ki doğumumuzda bizimle olan bu mikroorganizma ekosistemini ve hayatımızın sonuna kadar, değişerek bizimle kalıyor.

Yeni çalışmalar gösteriyor ki, bu ekosistemin dengesi sağlığımız için çok önemli. Bu ekosistem, sindirim ve bağışıklık sistemimizin vazgeçilmez parçaları. O kadar ki, bu mikroorganizmaları kaybetmemiz, ölüme götürüyor. İçtiğimiz sigara, yediğimiz yemekler, içteğimiz suya göre insandan insana değişiyorlar. Ekosistemdeki dinamikler obeziteden, kansere kadar bir çok hastalıkta değişiklik gösteriyor, daha tam anlamadığımız ama gözlemleyebildiğimiz bir rol oynuyorlar. Bu önemli ekosistemin içinde, çok önemli hastalıklar yaratabilecek mikroplar da olabiliyor. Bağışıklık sistemimizin ve bu vücudumuzda yaşayan ekosistemin dinamiklerinin değiştiği zamanlarda ortaya çıkıp çok önemli hastalıklara yol açabiliyorlar. Kısaca bu ekosistem biyolojimizin bir çok katmanında etkili. Dolayısı ile metagenom çalışmaları, genomik biliminin en önemli alt-dallarından biri olma yolunda hızla ilerliyor.

Ortaçağda ağız metagenomu

Tina’nın çalışmasına gelince, aslında normal bir mikrobiom çalışması. Tek farkı, bu çalışmanın 10.000 senelik bir örnek üzerinde yapılması. Bunu mümkün kılan ise genelde fiziksel antropologların hiç ilgilenmedikleri ve de dişçilerden her ziyaretimizde bir araba laf işitmemize neden olan tartar. Tartar tükürükteki minarellerin diş diplerinde birikmesinden oluşan yapıya denmekte. Son yıllardaki çalışmalar gösteriyor ki, tartar oluşumu sırasında o anda ağız içinde olan parçacıkların bir kısmı bu yapının içinde hapsolmakta. Tartar bir anlamda, ağız içindeki bakterilerin, yemek parçalarının ve ağız içinde dolaşan insan hücrelerinin binlerce yıl korunduğu bir sığınak (Şekil 3). İşte Tina ve birlikte çalıştığı arkadaşları tartarda hapsolan hücrelerin DNA’sını çıkarmayı ve dizilemeyi başarmış, bin sene önce yaşamış insanların metagenomu elde etmişlerdi.

Bu geç Ortaçağ Almanyalıları, Kutsal Germen İmparatorluğu’nun tebaası olmalıydılar. O zamanın günümüze göre çok daha kötü olan hijyen koşullarını gözününe aldığımızda, ağız sağlıklarının çok kötü olması beklenmekteydi. Gerçekten, metagenom çalışması bugünde dişeti hastalıklarının baş sebebi olan ve ‘kırmızı kompleks’ olarak bilinen, bakteri gruplarının Ortaçağ Avrupalılarında bol miktarda ve sağlıklı modern insan ağzından daha fazla miktarda olduğunu ortaya çıkarmıştı. Bu beklenen sonuç dışında, bugünkü ağız mikrobiomu ile uyuşan ve uyuşmayan binlerce başka tür bakteri de ortaya çıkarılmıştı bu antik ağızlardan.

Dahası, Tina ve arkadaşları, bir adım daha atıp, diş tartarlarında hapsolan proteinleri kütle spektrometrisi’ tekniği ile incelemişler ve antik ağızlarda günümüzü insanı ağzından çok daha fazla bir şekilde iltihaplanma ile ilişkili bir çok proteinin salgılandığını gözlemlemişlerdi. Ancak, en enteresan ve beklenmeyen bulgulardan birisi, antibiotiğe dayanaklı bakteri genlerinin gözlemlenmesi olmuştu. Görünüşe göre, antibiyotiğe dayanıklılık gösteren genetik özellikler, bu ilaçların yaygın bir şekilde kullanılmasından önce ortaya çıkmıştı ve bu çalışmada Ortaçağ Avrupalılarında bu özelliklerin bir kısmını saptayabilmişlerdi.

Tina ve arkadaşlarının, 1000 senelik metagenomdan çıkardıkları bir başka bilgi de, bu insanların yedikleri yemeklerden kalan genetik parçalardı. Bu genetik parçalar domuz, koyun, lahana ve buğdayınkine tekabül ediyor ve Almanya’da yaşayan insanların son bin senedir yemek kültürlerinde (ne yazık ki!) bir değişiklik olmadığına işaret ediyordu.

Bu çalışma 1000 sene öncesinin hayatına açılan bir pencere olmuş, bir çok enteresan bilgi vermiş ama daha önemlisi, diğer benzer çalışmalarla beraber metodoloji olarak yepyeni bir genetik antropoloji alt dalı ortaya çıkarmıştı.

Daha zengin bir genetik antropoloji

2013 yılı genetik antropoloji için sönük bir yıldı. Genetik antropoloji, 90’lar ve 2000’lerde anneden (mitokondri) ve babadan (Y kromozomu) geçen genetik işaretleri çalışan, benim de dahil olduğum bir akademik grup tarafından domine edilmişti. Bu çalışmalar bahsedilen genetik işaretleri kullanarak toplumların birbiri ile olan tarihsel ilişkilerini, olası göç yollarını ve geçmişteki nüfus küçülmelerini ve patlamalarını ortaya çıkarmaya çalışmakta. Daha önemlisi, bulunan genetik çeşitliliğin ve tarihsel dinamiklerin dillerde, arkeolojik kalıntılarda ve kültürel öğelerde diğer antropologlar tarafından gözlemlenen farklılıklarla bağdaştırmak üzerine yoğunlaşmaktayd. Ancak, 2005’ten başlayarak anneden ve babadan geçen genetik işaretler üzerinden yapılan çalışmaların önemli eksiklikleri, çoğunluğu antropolog olmayan, daha çok tıbbi veya matematiksel genetikle ilgili ekipler tarafından bulunmuştu. Konuştuğum ünlü bir genetik antropolog olan Anne Stone, antropologların durumunun parazitlerinkine benzediğini ve medikal genetiğin evrimsel, kültürel ve tarihsel bağlamdan yoksun olarak üretilen verilerini kullanarak önemli işler yapılabileceğinden dem vurmuştu. Anne parazitler üzerine çalıştığından ve onların evrimsel olarak çok başarılı ve enteresan varlıklar olarak gördüğünden, aslında kötü bir şey demek istememişti. Ancak, bu parazit benzetmesi bana yine de dokunmuştu.

2014 yılında, Kanada’nın Calgary şehrinde gerçekleşen Fiziksel Antropoloji Kongresi, geleneksel yöntemlerin ötesine geçen onlarca heyecanlı konuşmaya ev sahipliği yapmıştı içinde barındırıyordu. Anlaşılan, Tina ve arkadaşlarının çalışması genetik antropolojinin bir rönasansın eşiğinde olduğuna bir alametti. Geleneksel genetik metodların ve işaretlerin bir adım ötesine gitmeye cesaret eden bilim insanları, yepyeni heyecanlı yolculuklara çıkmaktalar. Önümüzdeki on yıl bizi şaşırtacak bir çok antropolojik buluşa gebe.

Kaynaklar ve ek okumalar

• C. Warinner vd., 2014. Pathogens and host immunity in the ancient human oral cavity. Nature Genetics 46:336. (Araştırma makalesi)
• I. Cho, M. Blaser, 2012. The human microbiome: at the interface of health and disease. Nature Reviews Genetics 13:260. (Metagenom ile ilgili derleme makalesi)
• V. M. D’Costa vd., 2011. Antibiotic resistance is ancient. Nature 477:457. (Antik anibiyotik direncine dair makale)