Yazının İçeriği
2024 Nobel Kimya Ödülü: İnsanlığa Yeni Pencereler Açıyor
Angelina Jolie, Genetik Riskler ve Protein Katlanması
Protein Katlanması Nedir ve Neden Önemlidir?
Proteinin Yanlış Katlanması ve Hastalıklarla İlişkisi
2024 Nobel Kimya Ödülü ve Protein Katlanması Çalışmaları
Protein Katlanmasının Şifrelerinin Çözülmesinin Gelecekteki Etkileri
2024 Nobel Kimya Ödülü ile Bilimde ve Tıpta Yeni Bir Dönem
2024 Nobel Kimya Ödülü: İnsanlığa Yeni Pencereler Açıyor
Bu sene Nobel Kimya Ödülü önümüzdeki 10 yılda tıpta büyük sıçramalara sebep olabilecek bir araştırmaya verildi. Bu hastalıkların önlenmesinde yeni pencereler açabilir.
Ayrıca bu sene Nobel Fizik ve Kimya Ödüllerini kazanan araştırmalar arasında ortak ve büyüleyici bir bağlantı var. Fizik ödülü, yapay sinir ağları ile makine öğrenimini mümkün kılan temel keşif ve icatları nedeniyle iki bilgisayar bilimcisine verilirken, kimya ödülü, biyolojinin en büyük gizemlerinden birini çözmek için makine öğrenimini kullanan üç bilim insanına gitti.
2024 Nobel Kimya Ödülüne, protein katlanması sürecini yapay zeka ile entegre çalışmalarıyla ortaya çıkaran Demis Hassabis, John Jumper ve David Baker layık görüldü.
2024 Nobel Ödülleri, hem yapay zekanın önemini hem de bilimin günümüzde geleneksel sınırları nasıl aştığını göstermesi açısından önemlidir.
Angelina Jolie, Genetik Riskler ve Protein Katlanması
Belki hatırlarsınız, ünlü oyuncu Angelina Jolie, ailesinde meme kanseri geçmişi olduğu ve kendisinde de yüksek risk taşıyan bir gen tespit edildiği için 2013 yılında her iki memesini ve 2015'in başlarında da yumurtalıklarını aldırdı.
Bu gen, BRCA1 adı verilen ve meme ile yumurtalık kanseri riskini artırabilen bir gen. Jolie'nin bu kararı, kanser riskini azaltmak için aldığı bir tedbirdi.
Jolie’de tespit edilen BRCA1 geninin mutasyona uğramış hali, hücrede doğru şekilde çalışamayan proteinler üretiyor. Eğer proteinler mutasyona bağlı olarak yanlış katlanırsa, hücrelerin DNA hasarlarını onarma yeteneği azalır. Bu da hücrelerin kontrolsüz büyümesine, yani kansere yol açar.
Nobel Kimya Ödülüne layık görülen araştırmalar, doğru katlanmayı sağlama potansiyeline sahip proteinlerin genetik risklerin etkilerini nasıl azaltabileceğini ve bu proteinlerin nasıl kullanılabileceğini gösteriyor. Bu çalışmalar, belki gelecekte BRCA1 gibi genetik risk taşıyan kişiler için yeni tedavi yöntemlerine öncülük edebilir.
Protein Katlanması Nedir ve Neden Önemlidir?
Proteinler mini makinelerdir. Genetik bilginin emirleri proteinler tarafından yerine getirilir. Hücresel bir iş yapılacaksa hemen hemen her zaman bunu bir protein yapar. Protein nasıl oluşur?
Hücrelerimizin çekirdeği dışına çıkamayan ve tüm bilgileri depolayan DNA, genetik bilgiyi çekirdek dışına taşımak için RNA adı verilen başka bir bilgi depolama türüne çevrilir. RNA’nın her küçük parçası bir amino asite kopyalanır.
Bu amino asitler serbest değildir. Görevi protein sentezlemek olan ribozom, onları birbirine bağlar. Bu şekilde gen bilgilerimizi taşıyan birbirine yapışmış birçok amino asit proteini oluşur.
Yani proteinler, bir sıra ile dizilmiş amino asitlerden oluşan uzun moleküllerdir. Kısa proteinler yüzden az amino asit içerirken, büyük proteinler on binlerce amino asit içerir.
Bir proteinin genel şekli, içerdiği amino asitlerdeki tüm atomlar arasındaki küçük etkileşimlere, çekimlere ve itmelere bağlıdır. Bazıları birlikte olmak ister, bazıları istemez. Protein, bu binlerce kimyasal etkileşime dayanarak bükülür ve kendini son bir şekle sokar. İşte bu protein katlanmasıdır.
Bu uzun moleküler zincirlerin kendilerini üç boyutlu yapılara katlaması proteinin ne yaptığını belirler.
Bu süreçte, doğru katlanmış proteinler, hücrede belirli işlevleri yerine getirirler. Proteinlerin doğru şekilde katlanması, bağışıklık tepkileri, sinir iletimi, oksijenin taşınması ve hücre onarımı gibi birçok biyolojik süreci mümkün kılar.
Ancak, proteinler doğru bir şekilde katlanmazsa, yani yanlış katlanırsa, işlevini kaybedebilir ve hücre içinde zararlı etkilere yol açabilir. Yanlış katlanan proteinler kümelenerek hücre içinde toksik yapılar oluşturabilir; bu durum ise ciddi hastalıkların ortaya çıkmasına neden olur.
Proteinin Yanlış Katlanması ve Hastalıklarla İlişkisi
Doğru katlanmış bir protein görevlerini aksatmadan yerine getirebilir. Fakat katlanma sürecinin başında ya da sonunda oluşacak ufak bir hata bile proteinin fonksiyonlarını kaybetmesine neden olabilir.
Yanlış katlanmış proteinler, Alzheimer ve Parkinson gibi nörodejeneratif hastalıklarla doğrudan ilişkilidir. Örneğin, Alzheimer hastalığında amiloid-beta proteinleri, yanlış katlanarak beyin hücrelerinde birikim yapar ve sinir hücrelerinin ölümüne yol açar. Benzer şekilde, Parkinson hastalığında da alfa-sinüklein adlı proteinin yanlış katlanması ve sinir hücrelerinde birikmesi, hastalığın gelişimine katkıda bulunur.
Bu hastalıklara dair yapılan araştırmalar, yanlış katlanan proteinlerin, sinir hücreleri üzerinde toksik etki yaratarak zamanla beyin fonksiyonlarını bozduğunu göstermektedir. Bu keşif, doğru katlanmış proteinlerin işlevlerini kaybettiklerinde bile hücreler için tehlike oluşturabilecekleri anlamına gelir.
Benim merak ettiğim diğer bir konu: Protein katlanması, beslenme açısından protein kaynakları hakkında bize ne söyleyebilir? Yüksek hayvansal protein tüketiminin yaşlanma, Alzheimer, Parkinson ve kronik hastalık riskini artırdığına dair yığınla araştırma var. Bitkisel proteinle beslenmek, proteinin yanlış katlanması sonucu oluşan protein kümelenmelerini önlüyor ve bu nedenle de bahsi geçen hastalık risklerini azaltıyor gözüküyor. (Proteinin yanlış katlanması neticesinde meydana gelen protein kümelenmesi ve kümelenmenin neden olduğu hastalıklarla ilgili yazıya buradan ulaşabilirsiniz.)
Yakın bir gelecekte büyük olasılıkla protein katlanmasının, deneysel olarak gösterilen bitkisel proteinin daha sağlıklı olduğu yönündeki bulguları nasıl şekillendireceğini göreceğiz.
Gelişmelerden anlaşılacağı gibi protein katlanması canlı organizmalar için çok önemli bir olaydır. Bilim insanları bu sürecin daha iyi anlaşılması için yoğun şekilde çalışıyor; birçok büyük teknoloji şirketi devasa yatırımlar yapıyor.
2024 Nobel Kimya Ödülü ve Protein Katlanması Çalışmaları
Yaşamın kimyasal araçları olan proteinlerin yapısını bilmenin, nasıl çalıştığını anlamamıza yardımcı olacağı düşünülüyordu. Bu nedenle son elli yıldır bilim adamları, protein yapılarını çözmenin yöntemleri üzerinde çalışıyorlardı.
Yıllar boyunca araştırmacılar, proteinlerin 3 boyutlu yapılarını amino asit dizilerinden tahmin etmek için çok sayıda hesaplama yöntemi geliştirdiler.
En iyi protein yapı tahminlerini üretmesi için 1994'te CASP (Protein Yapı Tahmininin Kritik Değerlendirmesi) projesi başlatıldı. Daha sonra bir kimyager olan John Jumper'ın liderliğinde 2018’de AlphaFold projesi başladı.
Ekip, yapay zekayı eğitmek için deneysel olarak belirlenmiş protein yapılarından oluşan geniş bir veri tabanı kullandı ve bu da yapay zekanın protein katlanma ilkelerini öğrenmesine izin verdi. Sonuç: Proteinlerin amino asit dizilerinden 3D yapısını dikkate değer bir doğrulukla tahmin edebilen bir yapay zeka olan AlphaFold2 ve Nobel Kimya Ödülü oldu.
Bu önemli bir bilimsel atılımdı. AlphaFold o zamandan beri 200 milyondan fazla proteinin yapısını tahmin etti. Bu devasa protein yapıları veri tabanı artık serbestçe kullanılabilir durumda ve biyoloji, tıp ve ilaç geliştirme alanındaki araştırmaları hızlandıracaktır.
Protein Katlanmasının Şifrelerinin Çözülmesinin Gelecekteki Etkileri
Protein katlanması üzerine yapılan bu keşiflerin gelecekte çok geniş bir etkiye sahip olması bekleniyor. Şu an tedavi edilemeyen veya etkili bir tedavisi olmayan Alzheimer ve Parkinson gibi hastalıklar için yeni tedavi yöntemleri geliştirmek mümkün olabilir. Bu çalışmalar, hücre içinde yanlış katlanmış proteinleri hedefleyen ve toksik protein yığılmalarını önleyen ilaçların geliştirilmesine katkı sağlayabilir.
Ayrıca bilimin bize sunduğu bu yeni anlayış, belki de gelecekte BRCA1 geni gibi genetik risklere sahip bireylerin kansere yakalanma ihtimalini azaltacak yöntemler geliştirmemize yardımcı olacak. Bilim ilerledikçe, sağlığımızı koruma adına çok daha etkili ve hassas yöntemlere ulaşmamız mümkün hale geliyor.
Bununla birlikte, biyoteknoloji ve biyolojik ilaç geliştirme alanında da protein katlanması üzerine yapılan bu çalışmaların olumlu sonuçları olacaktır. Proteinlerin işlevleri hakkında daha fazla bilgi edinmek, yeni nesil biyolojik ilaçların üretiminde önemli bir rehber olabilir.
Protein katlanmasının sırlarının çözülmesi ilaç tasarımı, biyoteknoloji, sentetik biyoloji ve tıp gibi alanlarda geniş etkileri olacaktır.
İlaç Tasarımı : Protein yapılarının bilinmesi, belirli proteinleri hedef alan, etkinliği artıran ve yan etkileri azaltan yeni ilaçların geliştirilmesine yardımcı olabilir.
Biyoteknoloji : İstenilen işlevlere sahip tasarlanmış proteinler, endüstriyel proseslerde, tarımda ve çevre uygulamalarında kullanılmak üzere geliştirilebilir.
Sentetik Biyoloji : Protein katlanmasını anlamak, hücreler içinde belirli görevleri yerine getirebilen sentetik proteinlerin veya yolların tasarlanmasına yardımcı olabilir.
Kişiselleştirilmiş Tıp : Protein katlanmasındaki bireysel farklılıkların sağlığı nasıl etkileyebileceği konusundaki yeni bulgular, özellikle genetik bozukluklarda daha kişiselleştirilmiş tedavi stratejilerine yol açabilir.
Hesaplamalı Biyoloji : AlphaFold'da kullanılan algoritmalar ve makine öğrenmesindeki gelişmeler, amino asit dizilerinden protein yapılarını tahmin etme yeteneğimizi artırarak genomik ve proteomik (bir organizmadaki tüm proteinleri inceleyerek sağlık ve hastalığı anlamamıza yardımcı olan bir disiplin) alanındaki araştırmalara yardımcı olabilir.
2024 Nobel Kimya Ödülü ile Bilimde ve Tıpta Yeni Bir Dönem
2024 Nobel Kimya Ödülünün protein katlanması konusundaki çığır açan keşfe verilmesi, hem biyolojik bilimlerde hem de tıp alanında devrim niteliğinde ilerlemeler sağlayabilecek potansiyel taşıyor.
Protein katlanmasının sırlarını çözmek genetik bozuklukların ve hastalıkların tedavisine yönelik yeni bir pencere açıyor. Bu keşifler, sadece kanser riski taşıyan bireyler için değil, toplumsal sağlık açısından da umut vaat ediyor.
Proteinlerin katlanma sürecinin anlaşılması, sadece hastalıkların tedavisinde değil, gelecekte biyoteknoloji ve biyofarmasötik (İlaçların emilimi, dağılması, dönüşümü ile bunların etkisi arasındaki ilişkiyi inceleyen disiplin) alanında yeni uygulamalara olanak sağlayabilir.
Faydalanılan Kaynaklar
4.Prof Dr. Abdullah EKMEKÇİ, (2014), Tıbbi Biyoloji ve Genetik
Comments