Genetik, genlerin nesiller boyunca nasıl aktarıldığını inceleyen bilim dalıdır; bu, bireyin özelliklerini, fiziksel niteliklerini ve hastalıklarını belirleyen genetik bilgiyi de kapsar. Biyolojinin bu yeni dalı, tıptan tarıma, biyoteknolojiden farmakolojiye kadar birçok alanı dönüştürmüştür.
Tüm canlıların gelişimi için gerekli olan planı içeren DNA (deoksiribonükleik asit), kalıtımın merkezindedir ve genetik çalışmaların sıklıkla odak noktasıdır. Genetik testler ve genetik mühendislik, bu disiplinin en öne çıkan alt alanlarından ikisidir. Genetik testler, doktorların tedavi gerektirebilecek durumları belirlemesini sağlarken, genetik mühendislik belirli DNA özelliklerini değiştirme veya oluşturma imkânı verir.
Arka Plan
MÖ 4. yüzyıldan itibaren eski Yunanlılar, kalıtsal özelliklerin nesiller arasında nasıl aktarıldığını merak ettiler ve çocukların belirli vücut parçalarının, ebeveynlerinin karşılık gelen vücut parçalarından miras alındığını öne sürdüler. Ancak bazen çocuklar, ebeveynlerine daha az benzer ve başka bir akrabalarına daha çok benzerdi, diye belirtmiştir Aristoteles (MÖ 384-322). Aristoteles ayrıca fiziksel özelliklerin babadan geçtiğini, annenin ise çocuğun gelişimini destekleyen uygun ortamı yarattığını düşünüyordu. Aristoteles’in fikirleri, hiçbiri doğru olmasa da, genetiğin kan yoluyla aktarıldığı inancını içeriyordu. Genetik özelliklerin daha yakından incelenmesini sağlayan mikroskobun icadıyla birlikte bu konu üzerine doğru bilgiye ulaşmak yüzyıllar alacaktı.
1824’te Fransız bilim insanı René Joachim Henri Dutrochet (1776-1847), bitki ve hayvan dokularının hücrelerden oluştuğunu sonucuna vardı ve bu sayede 1600’lerin sonlarından beri bilim insanları tarafından öne sürülen bir hipotezi doğrulamış oldu. 1838-39 yıllarında Alman botanikçi Matthias Jakob Schleiden (1804-1881) ve Alman sitolog Theodor Schwann (1810-1882) tarafından yapılan ek araştırmalar, hücrelerin yaşamın temel birimi olduğunu kanıtladı. Bu iki keşif, hücre teorisini oluşturur. Daha sonra bilim insanları, hücrelerin çeşitli parçalarını, özellikle çekirdek ve mitokondriyi belirleyerek teoriyi genişlettiler (çekirdek hücrenin genetik materyalini içerir ve hücrenin işlevlerini düzenler; mitokondri ise hücrenin enerjisini üretir). Ayrıca yeni gelişen sitoloji alanı, hücrelerin oluşumunu, yapısını ve işlevini ile bunların kalıtımla ilişkisini inceledi. İngiliz doğa bilimci Charles Darwin (1809-1882), kalıtsal özelliklerin bir nesilden diğerine geçtiğini öne sürdü; bu da bilim insanlarını, genetik bilginin daha sonra germ hücreleri (sperm ve yumurta) olarak adlandırılacak yapılarda bulunduğuna inandırdı.
1760’larda İsveçli taksonomist Carl Linnaeus (1707-1778), melezleşme olarak bilinen bir teoriyle tanındı; bu teori, aynı türün farklı çeşitlerinin, bitkilerin ve hayvanların birleştirilmesiyle farklı bir yaşam formu yaratılabileceğini gösteriyordu. Bu yeni formların özellikleri sonraki nesiller tarafından da miras alınacaktı. 1700’lerin sonlarında Fransız hekimler, ebeveynler ile çocukları arasındaki fiziksel benzerlikleri açıklamak için kalıtım kavramını öne sürdü. 19. yüzyılın başlarında bilim insanları, bir ebeveynden gelen fiziksel özelliklerin diğer ebeveynden gelenleri baskıladığını ve türler arası üremenin kontrol edilebileceğini ortaya koydu; bu bulgular, araştırmacıların genetiğin birleşik bir teorisini geliştirmesine yol açtı.
Dönüm Noktası
1859 yılında İngiliz doğa bilimci Charles Darwin, Türlerin Doğal Seçilim Yoluyla Kökeni adlı eserini yayımladı. Bu eserinde doğal seçilim kuramını açıkladı (canlıların, çevrelerine uyum sağlamalarını mümkün kılan kalıtsal özelliklere sahip olmaları durumunda hayatta kalma ve üreme şanslarının daha yüksek olduğunu belirtti) ve bu durum, genetiğin modern anlayışına giden yolu açtı. Ancak Darwin, kalıtsal özelliklerin altında yatan mekanizmaları açıklayamadı; bu mekanizmalar, canlıların zaman içinde değişimini mümkün kılacaktı.
Miras alınan baskın ve çekinik genlerin keşfi, Avusturyalı bir rahip olan Gregor Mendel’e (1822-1884) atfedilir. Mendel, bezelye bitkileri üzerinde yaptığı çalışmalarda bitkilerin renk, boy ve çiçek gibi nesiller boyunca aktarılan çeşitli özelliklerini belirledi. Mendel ayrıca, özelliklerin (yani fenotiplerin) çiftler halinde geldiğini (her bir ebeveynden birer tane) ve bir özelliğin, daha sık ortaya çıktığı için, sonraki nesilde baskın olacağını sonucuna vardı. Dahası, özelliklerin aktarımı belirli desenler izlemekteydi. Bu keşifler, Mendelci genetik ilkeleri olarak bilinen kuramı oluşturdu. Başlangıçta diğer bilim insanları tarafından tanınmasa da, Mendel’in bulguları 1900 yılında yeniden gündeme gelmiş ve genetiği bilimsel bir disiplin olarak kurmuştur.
19. yüzyılın sonu ve 20. yüzyılın başı, genetik çalışmalarının merkezinde yer alan ek keşiflere tanık olmuştur. 1882 yılında Alman biyolog Walther Flemming (1843-1905) kromozomu, yani genetik materyali keşfetmiş ve mitozu (hücre bölünmesi) tanımlamıştır; 1906 yılında İngiliz biyolog William Bateson (1861-1926), kalıtımın incelenmesini tanımlamak için “genetik” terimini kullanan ilk kişi olmuştur; Danimarkalı biyolog Wilhelm Johannsen (1857-1927), çevresel faktörler ile kalıtımın gen varyasyonunu belirlediğini öne sürmüş ve genler, genotip (bir hücrenin genetik yapısı) ve fenotip (genotip ile çevrenin etkileşiminden ortaya çıkan fiziksel özellikler) terimlerini geliştirmiştir; Amerikalı genetikçi Walter Stanborough Sutton (1877-1916) ise çekirgeler üzerinde yaptığı araştırmalarla kromozomların cinsel üremedeki rolünü açıklamaya yardımcı olmuştur. 1902 yılında yayımlanan çalışmasının sonuçları, kromozomların çiftler hâlinde bulunduğunu kanıtlamış ve sperm ile yumurta hücrelerinin her birinin bir kromozom çifti taşıdığını göstermiştir.
Jean Gayon’a göre Mendel’den Epigenetiğe: Genetik Tarihi adlı eserinde, yüzyılın ilk yarısı klasik genetikle şekillenmiştir: “gen, eşzamanlı olarak işlev ve aktarım birimi, rekombinasyon ve mutasyon birimidir” (225). Thomas Morgan (1866-1945) tarafından meyve sinekleriyle yapılan öncü araştırmalar, kromozomlar ile genler arasındaki ilişkiyi ve nesiller arasında fiziksel özelliklerin aktarımını göstermiştir; bu, kromozomal kalıtım teorisi olarak bilinir; yani genlerin kromozomlarda bulunduğu ve kalıtımın temel bileşenlerini oluşturduğu fikri. Morgan, belirli kromozomların belirli genleri taşıdığını, fakat bunların her zaman sonraki nesillere aktarılmayabileceğini ortaya koymuştur. Ayrıca, genetik rekombinasyon teorisiyle de tanınır: genetik materyal DNA moleküllerine aktarılabilir ve böylece yeni bir gen oluşur. Çalışmaları ona “klasik genetiğin babası” unvanını ve 1933 Tıp Nobel Ödülü’nü kazandırmıştır.
20. yüzyılın ilk yarısında klasik genetik araştırmaları baskındı. DNA’nın temel yapı taşları olan nükleotidler, Amerikalı kimyager Phoebus A. Levene (1869-1940) tarafından 1929’da keşfedildi. Bir başka Amerikalı kimyager Linus Pauling (1901-1994), orak hücre anemisi ile ilgili araştırmalarında, genellikle protein değişikliklerinden kaynaklanan kalıtsal genetik bozukluklar için açıklamalar sundu. Klasik genetik, DNA’nın yapısını daha iyi anlamayı hedefliyordu ve DNA’nın tüm genetik materyalin temel bileşeni olduğuna dair kesin bir inanç vardı. 1950’lere gelindiğinde, modern genetik, genlerin nasıl işlediğini ve kalıtım sürecinde nasıl işlev gördüğünü anlamayı amaçladı.
1953 yılında iki moleküler biyolog, Amerikalı James Watson (1928-2025) ve İngiliz Francis Crick (1916-2004), Rosalind Franklin’in DNA görüntüsünden yararlanarak, DNA’nın çift sarmal yapısını ilk kez haritalandırdılar. Bu keşif, DNA’nın kalıtımın genetik materyalini taşıdığını ve yapısının diğer maddelerle birlikte kendini kopyalayabildiğini kanıtladı. Bu buluşlar modern moleküler biyolojinin temelini oluşturdu. Her iki bilim insanı da 1962 yılında Tıp Nobel Ödülü ile onurlandırıldı.
1956 yılında Amerikalı biyokimyager Vernon M. Ingram (1924-2006), “moleküler tıbbın babası” olarak anılır, orak hücre anemisi üzerine yaptığı araştırmada, DNA genetik kodundaki tek bir harfin mutasyonunun kalıtsal bir tıbbi bozukluğa yol açmak için yeterli olduğunu ortaya koydu; bu, hemofili ve kistik fibroz gibi benzer hastalıkların önlenmesi ve tedavisi için olasılıklar sundu. Kısa bir süre sonra, Down sendromlu bireylerde ilk insan kromozom anormalliği tespit edildi. Bu genetik bozukluk, fazladan bir kromozomun sonucu olarak, kromozomların doğrudan incelenmesiyle keşfedildi.
Çocukların cinsiyeti ve doğuştan gelen engellere yol açan kromozomal anormallikler, sonraki on yıllarda bilim insanlarının araştırdığı konular arasında yer aldı. Biyoteknoloji, DNA parmak izi oluşturan mutasyonların tespitini araştıran bir alan olarak ortaya çıktı. Daha sonraki çalışmalar, insan insülini ve insan büyüme hormonunun geliştirilmesini (1979), klonlamayı (1981, Dolly adlı bir koyunun yaratılmasına yol açtı) ve insan gen tedavisini (1990) mümkün kıldı.
İnsan Genomu Projesi
Genetik, bir seferde tek bir genin incelenmesini ifade ederken, genomik bir hücrede bulunan tüm genetik bilgilerin incelenmesidir. 1990 yılında başlayan ve 2003 yılında tamamlanan İnsan Genomu Projesi (HGP), insan DNA’sında bulunan yaklaşık 30.000-35.000 geni tespit etti. 2006 yılında Amerikalı biyolog Roger D. Kornberg (d. 1947), DNA’nın RNA’ya (ribonükleik asit) dönüştüğü süreci, yani transkripsiyonu keşfetti; RNA, vücut fonksiyonları için hayati öneme sahip ve genetik bilgiyi vücudun çeşitli bölgelerine ileten bir moleküldür. Kanser veya kalp hastalığı gibi bazı hastalıklar sıklıkla RNA komplikasyonlarından kaynaklanır.
2022 yılında bilim insanları insan genomunun ilk tam haritasını tamamladı. Genetik araştırmaların yönü, insan klonlaması, kök hücre çalışmaları ve genetiği değiştirilmiş gıda ve ürünler üzerine tartışmalar, son yıllarda bu alanın gündemini belirlemiştir.
Sonuçları
Yaklaşık 100 yıllık bir süre içinde genetik alanı, yeni ilaçların geliştirilmesini, zararlılara ve hastalıklara dayanıklı ürünlerin elde edilmesini, yeni kalıtsal hastalıkların tanımlanmasını sağladı; çiftlerin ebeveynlik deneyimini yaşamalarına yardımcı oldu ve tüm insanlar arasında DNA bağlantılarını belirledi (özellikle ortak ataları açığa çıkararak, Mitokondriyal Havva ve Y-Kromozomal Adem). Genetik araştırmalar, özellikle Afrika kökenli Amerikalılar için, Atlantik köle ticareti nedeniyle, atalarının göç yollarını ve Afrika’daki memleketlerini bulmalarına olanak tanıdı.
Bu alanda çalışan bilim insanları ve doktorlar, araştırmalarıyla ilgili etik ve sosyal sorunlarla sıkça karşı karşıya kalmaktadır. Genetik mühendislik, insanların fiziksel yeteneklerini artırmak için kullanılmalı mıdır? Peki ya ebeveynlerin göz rengi, saç rengi, boy veya cilt tonunu seçebileceği “tasarım bebekler” yaratmak? Bu konular olağan ve geleneksel midir yoksa doktorların “Tanrı rolünü oynaması”nın bir örneği mi? İnsanlık tarihinde hiç kimse, mevcut ve gelecekteki fiziksel koşullarını bu denli köklü ve derin şekilde değiştirme veya kontrol etme yeteneğine sahip olmamıştı. Genetik alanı, doğayı faydalı yollarla aşma konusunda sonsuz olasılıklar sunmaktadır; ancak bunun bedeli ne olacaktır?
