UV Işınlarından Zarar Gören DNA’yı Tamir Eden Enzim Üzerine Yoğunlaşan Çalışma
SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı enerji bölümünden bir araştırma ekibi, güneşten kaynaklı ultraviyole ışınlarının zarar verdiği DNA’ları tamir eden ve bazı hayvanlarda, bitkilerde ve bakterilerde bulunan bir enzim üzerinde çalışmak için Linac Coherent Işık Kaynağını (LCLS) kullanıyorlar.
Araştırmacılar sonunda, DNA fotoliyaz adı verilen bir enzim ile çalışarak, Linac Coherent Işık Kaynağı (LCLS)’nın X ışınlarının ultra parlak ve ultra hızlı atımları yardımıyla, uzun süredir tartışılan bu enzimin nasıl çalıştığının çözülmesini ve bir kimyasal reaksiyonu katalizlemesini gerçek zamanlı olarak izleyebilme imkânına sahip oldular. Sonuç olarak bu bilgi, doğada bulunmayan yeni enzimleri üretmek veya biyolojik sistemlerde kritik reaksiyonları gerçekleştiren enzimlerin sentetik versiyonlarını üretmek için mühendislerce kullanılabilir.
Linac Coherent Işık Kaynağı (LCLS)’den yardımcı bilim insanı Thomas Joseph Lane; “Enzimler tarafından gerçekleştirilen biyokimyasal reaksiyonlar, canlıların uyarlanabilirliğinin ve etkinliğinin merkezinde yer alır. Fakat enzimin nasıl çalıştığı ile ilgili detaylar saniyenin milyarda birinin milyonda biri gibi kısa bir zaman ölçeğinde gerçekleşen kimyasal reaksiyonların içinde gizli, bu yüzden bu sırları ortaya çıkarmak için Linac Coherent Işık Kaynağı (LCLS)’na ihtiyacımız var.” diyor.
Güneşten gelen UV ışınları sadece birkaç saniye içinde, DNA’nın çift sarmalı içinde istenmeyen yüzlerce bağlantı oluşturmak suretiyle DNA’ya zarar verir. Bu modifikasyon, genetik materyalleri, DNA replikasyon araçları tarafından okunamaz ve hantallaştırarak, eğer tamir edilemez olarak kalır ise, kanser ve diğer hastalıklara sebep olabilecek kalıcı mutasyonlara öncülük eder.
Fakat zararlı UV ışınlarını taşıyan güneş ışığı, aynı zamanda herhangi bir DNA hasarını hızlıca tamir eden fotoliyazı uyaran mavi ışığı da taşır.
Fotoliyaz, saatlerce güneş ışığına maruz kalan bitkilerin fotoliyaz eksikliği olan insanlara göre UV hasarına daha az duyarlı olmasının bir sebebi olarak düşünülebilir. İnsanlar ve diğer memeliler, alternatif DNA onarım mekanizmalarına geri dönmelidirler (veya tamamen güneşe girmemelidirler).
LCLS ile araştırmacılar şimdi canlıların UV zararından nasıl korunduklarını incelemek için dünyadaki en hızlı ve en parlak X-ışını lazer atımlarından bazılarına erişebiliyorlar.
Bu yılın başlarında, örneğin, SLAC’tan bilim adamı Thomas Wolf başkanlığındaki bir araştırma ekibi, DNA yapı taşı timinde UV hasarını önleyen koruyucu bir işlemin ilk adımı olarak LCLS’yi kullandı.
Thomas Wolf; “LCLS’den önce diğer X-ışını kameraları çok yavaştı. Bu X-ışını kaynakları ile enzimleri ve diğer proteinleri tam olarak görüntülemeye çalışmak, eski bir kamerayla yüzen Michael Phelps’in bir aksiyon çekimine çalışması gibidir. 100 yardlık (91.44 metre) bir kelebek yüzüşünde sadece birkaç bulanık görüntü elde edersiniz, bu şekilde heyecan verici veya bilgilendirici bir fotoğraf elde etmek zor olur.” diyor.
Phelps kelebekleme yüzerken her su damlasını ve Phelps ‘in her bir bilek hareketini yakalayabileceğiniz sırayla bir dizi yüksek çözünürlüklü görüntü düşünün. LCLS enzim aktivitesini görselleştirirken bunu yapmamıza izin veriyor.
Wolf’un DNA’nın kendisini hasardan nasıl koruduğu konusundaki deneyinin aksine, Lane’in ekibi koruyucu mekanizmalar başarısız olduktan sonra fotolizin UV hasarını nasıl onaracağını inceliyor. Fotoliz ışığa maruz bırakılarak hassas bir şekilde kontrol edilebilir ve bu da lazerle üretilen ışığı kullanarak çalışmak için ideal bir enzimdir.
Fotolizaz kimyasını ayrıntılı bir şekilde görmek için, araştırmacılar, enzimi bir lazerden dikkatle kontrol edilen ışık atımıyla etkinleştirdi. Daha sonra, enzimi, LCLS tarafından üretilen X-ışını darbesine maruz bırakarak, özel bir dedektörde karakteristik bir X-ışını saçılım örneği oluşturdu. Dağınık röntgen verilerinin analizi enzimde atomik düzeyde kimyasal ve yapısal değişiklikler ortaya koydu ve bu işlem saniyenin milyarda birinin bir milyonda biri gibi bir zaman ölçeğinde oluştu.
Enzimatik DNA onarım sürecinin incelenmesinin nihai hedeflerinden biri, doğada bulunanlardan daha iyi taklit edilen sentetik enzimlerin mühendisliğidir.
Linac Coherent Işık Kaynağı (LCLS)’dan yardımcı bilim insanı Thomas Joseph Lane; “İnsan yapımı enzimlerin hala doğadaki enzimlerin performansı ile karşılaştırılamayacağı gerçeğini gösteren, enzimlerin nasıl çalıştığı ile ilgili anlayışımızda hala büyük boşluklar var. LCLS’deki deneylerimizin, bu boşlukların üstesinden gelmemize yardımcı olacağını, her geçen gün yaşayan kimyayı anlamamızı ve kullanmamamızı sağlayacağını umuyoruz.” diyor.
Kaynak : phys.org
