Genetikte dönüm noktası: İnsan Genom Projesi’nde 20. yıl

1 Mayıs 2023

Genetiğe 4 milyar yatırım, 800 milyar ekonomik değer yarattı.

İnsan Genom Projesi’nin (İGP) (Human Genome Project) ilk taslağı 20 yıl önce 25 Temmuz 2000 tarihinde tamamlandı. Bilim dünyasının en büyük başarılarından biri olarak değerlendirilen bu projenin ilk taslak sonuçlarını ABD eski Başkanı Bill Clinton, projeyi gerçekleştiren uluslararası bilim ekibi ile birlikte “Bilim insanları yaşamın şifresini çözdü” sözleriyle dünya kamuoyu ile paylaştı. Genomun bütünüyle çözülmesi 2003 yılında tamamlandı. O günden bugüne tam genom dizileme teknikleri geliştiriliyor. Bu sayede genetik biliminde köklü gelişmeler yaşanıyor. Ve yarattığı ekonomik değer en az 800 milyar dolar.

20 yıl önce 25 Temmuz tarihinde dönemin ABD Başkanı Bill Clinton ve İngiltere Başbakanı Tony Blair, projeyi gerçekleştiren uluslararası bilim ekibi ile birlikte insanın genetik haritasının ilk taslağının tamamlandığını açıkladı.

Resmi olarak 1990 yılında başlayan bu çalışma tam 10 yıl sürmüştü. Atlantik’in iki yakasında binlerce bilim insanından oluşan ekip, insan genomunu oluşturan 3 milyar DNA bazını büyük bir doğruluk payı ile tanımlayabildi.

2.7 milyar dolara mal olan İnsan Genom Projesi bilimin en büyük başarılarından biri. Bu geniş kapsamlı projenin yürütülmesi için oldukça büyük bir finansmana ihtiyaç vardı. Mali desteğin büyük bir kısmı Amerikan Enerji Bakanlığı, Amerikan Ulusal Sağlık Enstitüsü (NIH) ve daha sonraları İngiliz Tıbbi Araştırma Konseyi ve Wellcome Trust tarafından karşılandı. Bu kurumların laboratuvarlarında başlayan çalışmalara 6 ülkeden destek grupları katıldı. HGP’nin ABD’de yürütülen kısmının öncüsü James Watson ve Francis Collins’ti. Wellcome Trust Sanger Enstitüsü’nün yöneticisi John Sulston projenin İngiltere ayağını temsil ediyordu.

Hastalıklar tek bir gene bağlı değil

Sonuçta bilim dünyası eşsiz bir biyolojik haritaya kavuşmuş oldu. Bu harita sayesinde bilim insanları, boy, göz rengi, zekâ gibi çeşitli insan niteliklerini belirleyen genleri ayrıştırabileceklerini düşündüler. Ancak bu hedefin düşündükleri kadar basit olmadığını kısa zamanda anladılar. Zira çok sayıda insan özelliğinin tek bir gene değil, onlarca, hatta yüzlerce genin bir araya gelmesine bağlı olduğu ortaya çıktı. İnsanın, basite indirgenemeyecek kadar karmaşık bir yapıya sahip olduğu artık kabul görüyor.

Tıp dünyası da bir anlamda hayal kırıklığı yaşadı. Tek bir gendeki mutasyonun ölümcül hastalıklara neden olduğu beklentisi ileri araştırmalarda duvara tosladı. Tam tersi birçok ölümcül hastalık çok sayıda gendeki mutasyonun birleşmesinden kaynaklanabiliyor. Bunlar birbirleriyle ve çevresel koşullarla etkileşim içine girerek genlerdeki protein üretimini değiştiriyor. Ayrıca insan vücudunda yaşayan çok sayıda mikrop da bu sürece dahil oluyor. Özetle bu kadar kompleks bir olayda tek bir geni sorumlu tutmak gerçeklerle bağdaşmıyor.

Biyolojik devrim

İnsan vücudunun bunca karmaşıklığına karşın İGP, pek çok açıdan biyolojik bir devrim olarak değerlendiriliyor. 25 Temmuz 2000 tarihli o ilk taslak, o tarihten sonra her geçen gün biraz daha geliştirildi ve hataları giderildi. Proje 2003 yılında tam genom haritası olarak yayımlandı. O günden bugüne gen dizileme çalışmalarında (DNA dizileme, bir DNA ipliğindeki bazların
-Adenin, Timin, Guanin, Sitozin- sıralamasını çözme işlemi) çok önemli keşifler yapıldı.

Örneğin DNA çalışmaları sayesinde

* Kendi türümüzün Neandertallerle eşleştiği,

* Mutasyon geçiren genlerin kanserlere ve melanomlara yol açtığı bulundu. (Başka çalışmalar kistik fibrozdan astıma kadar çok sayıda hastalık için yeni ilaçların geliştirilmesine ışık tuttu).

* Gen dizileme sayesinde elde edilen bu başarılar zaman içinde otomatikleşerek kolaylaştı ve ucuzladı. Wellcome Sanger Enstitüsü’nden Cordelia Langford, “Bugün haftada 3.000 tam genom taraması yapıyoruz. Son derece kolay ve basit bir süreç” diyor.

Hayvan genomları

Tüm bu dizilemeler insanlara ait değil. Bazıları hayvanlara ve mikroplara da ait. İnsaların ölümcül düşmanları olan sıtma ve koleraya neden olan organizmalar bugün SARS-CoV-2 virüsüne dek uzandı. Bu minik genomların dizilemelerini yaparak, doktorlara ve kamu yetkililerine hastalıkla mücadelede kritik bilgiler sağlanmış oluyor.

“Farklı kaynaklardan elde ettiğimiz SARS-CoV-2’yi dizilemekle virüsün mutasyon geçirip geçirmediğini görebiliyoruz” diye konuşan Oxford Üniversitesi Küresel Sağlık ve Genomik Merkezi’nden Dominic Kwiatkowski, “Aynı zamanda farklı bölgelerden gelen çeşitli örneklerdeki minik varyasyonları da tespit ederek yeni salgınların nerede baş göstereceğini önceden saptama şansına kavuşmuş oluyoruz” diyor.

Çok güçlü ve yararlı bir teknik

Farklı bir dizileme teknolojisinden yararlanan İnsan Hücre Atlası projesi lideri Sarah Teichmann ise geldikleri noktayı şöyle açıklıyor:

“Cihazlar artık o kadar hassas ki, tek bir hücreden aldığımız DNA’yı analiz edebiliyoruz ve aynı zamanda bu bulguyu milyonlarca hücreden aldığımız DNA’larla karşılaştırabiliyoruz. Bu bize ne söylüyor? Vücudumuzdaki hücrelerin spesifik bir zamanda ne yaptığını keşfediyoruz. Böylece bağışıklık sisteminde ve çeşitli dokulardaki yeni hücre tiplerini tanımaya başladık. Bu sayede vücudumuzdaki hücreleri ve bunların nasıl örgütlendikleri daha iyi anlıyoruz. Hastalıklı dokuyu sağlıklı doku ile karşılaştırdığımızda hastalıkların mekanizmaları ortaya çıkıyor” diyor.

Patent fırsatçılığı

İGP’si biyolojide ve tıbbi araştırmalarda çok önemli gelişmelere kapı açmakla birlikte bazı fırsatçılara da yeni kâr alanları sağlıyor. 1990 yılında başlayan gen dizileme yarışının devam ettiğine dikkat çeken Langford, “Şimdi farklı merkezlerde dizilenen insan DNA’sına patent almak isteyenlerle mücadele ediyoruz” diyor.

Girişimci ve bilim insanı Craig Venter de sahibi olduğu Celera şirketi üzerinden bu mücadeleye katılıyor: “İnsanlar keşettikleri DNA’ya patent alarak el koymak istiyorlar. Oysa her dizilemede elde ettiğimiz verileri kamuya açık domain’lere koyuyoruz. Kimsenin genomu özelleştirmeye hakkı yok. Galiba sonunda bunu başardık.”

İnsan genomu kimin mülkiyetinde sorusu bu noktada önem kazanıyor. İGP tarafından dizilenen genomun her parçası anında kamuoyu ile paylaşılıyor ve genomla ilgili yeni bilgiler hemen hemen her gün ücretsiz erişimi olan veritabanlarında veya bilimsel dergilerde yayınlanıyor.

Kaldı ki 2013 yılında ABD’de Yüksek Mahkeme doğal olarak oluşmuş insan genlerinin bir icat olmadığını ve patent talebinin söz konusu olmayacağına karar verdi.

Ne var ki özel şirketler edit edilmiş sentetik genler üzerinde patent talebinde bulunabiliyorlar. Çünkü bunlar doğal versiyonlarından belirgin biçimde farklı oldukları için yeni bir icat olarak değerlendiriliyor.

İnsan Genom Projesi’nin ekonomik etkisi 800 milyar $

Kamu fonlarıyla finanse edilen bilimsel Ar-Ge çalışmalarının geniş anlamda ekonomiye çok olumlu etkileri vardır. Ancak bu etkinin parasal miktarını hesaplamak oldukça zordur.

Battelle Technology Partnership Practice adında bir araştırma şirketinin tahmini hesaplarına göre, 1988 ile 2010 arasında ABD yönetiminin genomik araştırmalara yatırımı yaklaşık 796 milyar dolarlık ekonomik etki yaratmış bulunuyor. Oysa İGP için 1990-2003 arasında harcanan miktar 3.8 milyar dolar civarındaydı. Bu değerler göz önüne alındığında yatırım getirisi (return on investment-ROI) 141:1’dir. Bu ne anlama geliyor? ABD yönetiminin yatırdığı bir dolar 141 dolarlık ekonomik faaliyet yaratmış oluyor.

Bu çalışmaya göre İGP’nin ekonomik etkisi çok geniş bir kitleye fayda sağlamakla kalmıyor, zaman içinde de giderek artıyor. İGP 3.8 milyon istihdam iş-yıl üretti. Veya yatırılan her 1.000 dolar için bir iş-yıl sağladı. İGP tarafından yaratılan personel ücreti (maaşlar+maaş dışı haklar) bu zaman çerçevesinde 244 milyar doları aştı.

Projenin 2003 yılında tamamlanmasından sonra genomik araştırmalara ayrılan kamu harcamaları arttı. 2010 yılı doları itibariyle NIH’in ve Enerji Bakanlığı’nın HGP için harcamaları 5.6 milyar doları buldu. Bunu izleyen 7 yıl boyunca genomik alanına kamu harcamaları 7.2 milyar doları aştı.

Yalnızca 2010 yılında genom alanında 51.000 kişiye iş yaratıldı. Dolaylı olarak 310.000 kişi de projeden yararlandı. Bunun da sonucunda 20 milyar personel ücreti yaratıldı ve buna ilave olarak ABD ekonomisine 67 milyar dolar kazandırdı.

Hükümet HGP için harcadıklarını çoktan geri kazanmış durumda. Geçen yıl federal, eyalet ve yerel yönetimlere ödenen vergi gelirleri HGP’ye yatırılan 13 yıllık miktarın toplamına eşitlendi.

Dahası HGP’ye yapılan yatırımın bilimsel ve ekonomik yararları giderek büyüyor.Tıp, tarım, enerji ve çevre üzerindeki etkileri henüz daha tam olarak görülmüş değil.

Soru ve yanıtlarla İnsan Genom Projesi

Genom nedir?

Genom bir organizmanın deoksiribonükleik asit (DNA) moleküllerinin tamamıdır. Bu kimyasal bileşik her organizmanın faaliyetlerini geliştirmek ve yönetmek için gerekli olan genetik talimatları içerir. DNA molekülleri iki bükülmüş iplikçikten ve her bir iplikçik nükleotid bazları denilen dört kimyasal üniteden oluşur. Bu bazlar Adenin, Timin, Guanin, Sitozin’dir.

İnsan genomu yaklaşık 3 milyar baz çifti içerir. Bunlar hücrelerimizin çekirdekleri içindeki 23 çift kromozom üzerinde bulunur. Her bir kromozom yüzlerce, binlerce gen içerir. Bu genler protein üretimi için talimatlar taşır. İnsan genomundaki 30.000 genin her biri ortalama üç protein üretir.

Genom tabanlı araştırmalar tıp bilimini nasıl etkileyecek?

Genoma dayalı araştırmalar zaman içerisinde teşhisi kolaylaştıracağı gibi hastanın genetik yapısına uygun tedavi yöntemlerine de yol açacak. Ayrıca hastanın genetik yatkınlıkları bilineceğinden önleyici ve koruyucu tıp hız kazanacak. Konsültasyon sürecinde doktorlar, genetikçiler, moleküler biyologlar bir arada çalışacak. Bu bütünsel yaklaşımda kişinin beslenme düzeni, yaşam şekli ve tedavi yöntemleri yeniden gözden geçirilecek.

Genom tabanlı araştırmalar biyolojiyi nasıl etkileyecek?

Geleneksel olarak bağımsız çalışan biyologlar, HGP’nin sunduğu yeni olasılıkların zorlamasıyla artık araştırmalarını disiplinlerarası ekip çalışması şeklinde yürütecekler. Başka bir deyişle biyologlar bundan böyle mühendisler, yazılımcılar, bilgisayar tasarımcıları, otomasyon uzmanları gibi farklı alanlarda uzmanlaşmış kişilerle işbirliği yapacak. Ayrıca uluslararası geniş katılımlı çalışmalar ekonomik açıdan da herkes için daha kârlı olacak.

İnsanlardaki tüm genler farklı mı?

Her insanda her genin iki kopyası bulunur; biri anneden , diğeri babadan gelir. Genlerin çoğunluğu her insanda aynıdır, fakat küçük bir miktarı (yaklaşık %1’den azı) herkeste farklıdır. Aleller küçük farklılıklar gösteren aynı genlerdir.

Kardeşler aynı DNA’ya mı sahiptir?

Kardeşler aynı DNA’nın ortalama %50’sini paylaşırlar. Biyolojik kardeşler aynı soy ağacına sahip olmakla birlikte genetik kodları en az bir noktada farklıdır.

DNA’nız değişir mi?

DNA, mutasyon yoluyla sürekli olarak değişir. DNA dinamik ve uyum sağlayabilen moleküldür.Bu durumda içinde bulunan nükleotid dizilimler mutasyon adı verilen süreç üzerinden değişir. Bazen bir mutasyon dramatik değişikliklere yol açabilir.

İnsan Genom Projesi’nin kronolojisi

İnsanın genetik ve genomik alanlarındaki araştırmalarının öyküsü Mendel’in 1800’lü yıllarda bezelyeler üzerindeki araştırmalarıyla başlıyor. Bu öykü 2003 yılında insan genom haritasının çıkartılmasıyla son budu. Aslında son bulmadı; bu eşsiz bilgi hazinesinin yardımıyla genetik araştırmalar bugünkü düzeyine ulaştı.

Resmi olarak 1990’da başlayan proje aslında çok daha eski tarihlere dayanıyor.

1970’ler: Fred Sanger DNA dizileme tekniğini buldu.
1985: Santa Cruz’daki California Üniversitesi’nden Robert Sinsheimer, Amerikan Enerji Bakanlığı, Ulusal Sağlık Enstitüsü (NIH) ve İngiliz Tıbbı Araştırmalar Konseyi (MRC) gibi potansiyel destekçilerle insan genomunu bütün olarak dizileme projesini gerçekleştirmek için bir araya geldi.
1986: Amerikan Enerji Bakanlığı ve NIH projeyi destekleme kararı aldı.
1988: İnsan Genom Örgütü (Human Genome Organization-HUGO) kuruldu.
1989: İngiliz MRC sponsor olmayı kabul etti.
1990: HGP resmi olarak James Watson’ın girişimleriyle başlatıldı.
1993: Wellcome Trust Enstitüsü John Sulston’ın liderliğinde projeye katıldı.
1997: Ulusal İnsan Genom Araştırmaları Enstitüsü (NHGRI) kuruldu.
1998: Craig Venter HGP’ projesini bağımsız olarak yürütmek için Celera Genomics isimli özel şirketi kurdu.
1999: İlk olarak insanın kromozom 22'nin dizilemesi yapıldı.
2000: İlk taslak tamamlandı.
2001: HGP ve Celera Genomics genom taslaklarını aynı anda Nature ve Science dergilerinde yayımladı.
2003: HGP resmi olarak %99.99 doğruluk payı ile tamamlandı.