Biyoloji

BİYOLOJİNİN EN İKONİK KARESİ: FOTOĞRAF 51

Yıl 1950 idi. Genetik bilginin DNA ile taşındığının öne sürülmesinden yalnızca birkaç yıl sonrası. DNA ‘nın adını akademik makalelerden, dergilerden, raporlardan okuyan bilim insanları onun nasıl bir ‘’şey’’ olacağıyla ilgili kafa patlatmaya çoktan başlamışlardı. DNA henüz yalnızca bir ‘’şey’’di çünkü ne nasıl göründüğü biliniyordu ne de tam olarak neye yaradığı. Geni taşıyan bu molekül hakkında bunca bilinmezlik bilim insanlarının iştahını kabartıyordu. Wilkins de bunlardan biriydi. DNA’nın yapısını çözmek için kristalografi ve X-ışını kırınımı yöntemlerini kullanmaya karar vermişti. Bu yöntemi kavrayabilmek için Mukherjee, Gen isimli kitabında küp örneğini verir. O zaman DNA’nın neye benzediği hakkında fikre sahip olmayan bilim insanlarını anlayabilmek için şimdi bir küpün neye benzediğini unutun ve şeklini belirlemeye çalıştığınızı hayal edin. Küpü direkt göremiyor, köşelerini hissedemiyoruz. Fakat diyor Mukherjee tüm fiziksel cisimler gibi küpün de sahip olduğu ortak bir özellik vardır. Gölge düşürmeleri!

‘’Çeşitli açılardan küpe ışık düşürebildiğinizi ve oluşan gölgeleri kaydedebildiğinizi hayal edin. Işığı tam karşıdan tuttuğunuzda, küp kare bir gölge düşürür. Çaprazdan aydınlattığınızda, baklava şekli oluşturur. Daha farklı bir açıdan aydınlatıldığında, gölgesi yamuk olur. Müthiş uğraştırıcı bir süreçtir bu. Milyon tane siluetten yüzün maskesini yapmaya benzer. Ama işe yarar. Gıdım gıdım, iki boyutlu görüntülerden üç boyutlu biçime ulaşmanızı sağlar. X-ışını kırınımı da aynı ilkeyle çalışır. ‘’Gölgeler bir kristalin saçtığı X-ışınlarıdır. Ancak bu sefer molekülleri aydınlatmak ve ışınları moleküler dünyada yansıtmak için en güçlü ışık kaynağına ihtiyaç vardır: X-ışınları. Ufak bir sorun daha vardır: Moleküller genelde portreleri yapılsın diye sabit durmazlar. Sıvı veya gaz halindeyken boşlukta toz parçaları gibi oradan oraya gelişigüzel dolanırlar. Hareket eden milyon tane küpün üstüne ışık düşürürseniz, televizyondaki karıncalanmanın moleküler versiyonundan başka bir şey elde edemezsiniz. Ama bunun da üstesinden gelmenin zekice bir yolu vardır: Çözeltiden bir molekül alıp kristale dönüştürmek. O zaman molekülün atomları oldukları yere sabitlenir. Böylece gölgeler de düzenli hale gelir.’’

DNA üzerine X-ışını düşürmek çok zor değildi fakat kolları sıvayan Wilkins en önemli halkayı yani DNA molekülünü nasıl sabitlemesi gerektiğini bilmiyordu. Wilkins’in çalışmaları sürerken Biyofizik Birimi Başkanı kristalografi üzerine çalışması için yeni bir genç araştırmacıyı işe aldı: Rosalind Franklin. Wilkins yeni kızın onun asistanı olacağını düşünüyordu ama bu parlak kara gözlü kızın asistan olmaya hiç niyeti yoktu. Franklin o dönemde bilim kariyeri çizen nadir kadınlardandı. Babası, kardeşleri ve meslektaşları da dahil olmak üzere erkeklerin, bu yolu seçtiği için istikrarlı bir suçlama, dışlama ve inançsızlıklarıyla yüz yüze geliyordu.

‘’Onu yıpratan sırf cinsiyetçilik değil, bitmez tükenmez cinsiyetçi dokundurmalardı: Bir ima kasıtlı mıydı kasıtsız mıydı deşifre etmek için, karşısındaki onu gerçekten küçümsedi mi yoksa o mu öyle algıladı diye ayıklamak için harcaması gereken enerjiydi onu asıl yıpratan. Bunları çözmeye çalışmaktansa doğanın, kristallerin, görünmeyen yapıların kodlarını çözmekle uğraşmayı tercih ediyordu.’’(Gen, Mukherjee)

Şimdi de laboratuvar arkadaşı Wilkins, DNA çalışmalarında onu rakip olarak görüyor, ilerleme kaydetmesini istemiyordu. Franklin ise kafasını arıtılmış DNA iplikçiklerinin üzerine eğmişti. DNA resimlerindeki parazitlenme Franklin’in canını çok sıkıyordu. DNA’yı fotoğraflamak Wilkins’in tahmin ettiğinden çok daha zordu. Arıtılmış molekülün fotoğraf filminde neden dağınık, bulanık noktalar oluşuyordu? Yanıt Franklin’deydi. Franklin, DNA’nın saf haldeyken iki farklı biçime sahip olduğunu buldu. Su varken ve kuruyken biçimleri farklıydı. Ortamda suyun bulunup bulunmaması deney yaptıkları odanın nemiyle ilgiliydi. Odanın nemi azalıp arttıkça DNA molekülü gevşeyip geriliyordu. Parazitlenme, bu iki farklı biçimin geçişlerinden kaynaklanıyordu. Odanın nemini ayarlayabilmek için Franklin bir alet geliştirdi. Bu alet tuzlu suyun içinden hidrojen baloncukları göndererek DNA’nın ıslaklığının kontrolünü sağlıyordu. Bu sayede kısa bir süre içinde DNA’nın daha önce görülmemiş netlikle görüntülerini elde etmeye başladı.

‘’Herhangi bir maddenin bugüne kadar çekilmiş en güzel X-ışını fotoğrafları.’’

-Kristalograf J.D.Bernal

1951’de Wlikins çalışmaları hakkında bir konuşma yaptı ve sunumunun sonuna kendi çekmiş olduğu DNA’nın eski, parazitli fotoğraflarından birini ekledi. DNA, dönemin bilim insanları için anlaşılması o kadar mühim bir moleküldü ki o hareketli görüntüsü bile dinleyicilerden birini etkilemeyi başardı. James Watson bu fotoğraf uğruna Cambridge’ye taşındı, burada Francis Crick ile tanıştı ve beraber DNA üzerine çalışmaya karar verdiler.

‘’Bir genetikçi olarak çözmeye değer tek soruydu. (DNA)’’

-James Watson

Kilometrelerce ötede kalıtsal bilgiyi taşıyan molekülün biçimi ile ilgilenen birileri daha vardı: Linus Pauling. Kristallerle çalışan kimyacı Pauling, proteinlerin sürekli aynı prototipi oluşturacak şekilde kıvrıldıklarını bulmuştu yani yay gibi kıvrılmış tek bir sarmaldan bahsediyordu. Protein sarmalı modelinden sonra şimdi de DNA’nın yapısını ortaya çıkaracağı söylentileri yayılıyordu. Bu konuyla ilgili yayınladığı makale ise herkesin gözünü korkutacak derecede sayılar ve denklemlerle bezeliydi. Tüm bunlardan haberdar olan ve önce davranmak isteyen Watson ve Crick’e göre makalenin ana fikri cebirlerin arasına saklanmıştı. Peki ya protein sarmalı için uygulanan bütün bu matematiksel adımlar DNA’nın üzerinde denenirse ne olurdu diye düşünmeden kendilerini alıkoyamadılar.

Franklin’e göre tüm bunlar luzümsuzdu. O, kendi yöntemine odaklanmış, art arda DNA’nın fotoğraflarını çekiyor ve her seferinde daha net fotoğraflar elde ediyordu. DNA modelini bu fotoğraflardan elde etmeyi planlıyordu. Ona göre model deneysel verilerden başka bir şeyden elde edilemezdi. DNA, ıslakken ve kuruyken farklı davranıyordu (ıslak biçim daha az bükülüyordu). Franklin tüm bu verilere ulaşmak için tek başına uzun yollar kat etmişti. O sıralar Wilkins ıslak biçim üzerinde beraber çalışmayı teklif etti fakat Franklin kabul etmedi. Aralarında çıkan anlaşmazlıklara son vermek isteyen birim başkanının kararıyla; Wilkins ıslak biçim, Franklin ise kuru biçim üzerinde çalışmaya başladılar. Bu iyi bir karar sayılmazdı çünkü Wilkins DNA’yı iyi fotoğraflayamıyordu, Franklin ise elindeki fotoğrafları iyi yorumlayamıyordu.

21 Kasım 1951’de Franklin bir konuşma yaptı. Dinleyiciler arasında Wilkins’in davetiyle Watson da bulunuyordu. ‘’Birden fazla zinciri olan büyük bir sarmal, dış kısmında fosfatlar…’’ Franklin, o akıl almaz molekülün ipuçlarını sıralıyordu. Watson, duyduklarını Crick’e anlattı. Birkaç temel bilgi bile Crick’i hareketlendirdi ve hemen Franklin’den edindiği verilerle model inşa etmeye kalkıştı. Konuşma esnasında hiçbir not almayan Watson, Crick’e sayıların değerlerini söyleyemedi. ‘’X-ışını verilerine göre ipliklerin sayısı iki, üç veya dört olabilirdi. Peki bunları nasıl bir araya getirmek gerekiyordu?’’

DNA’da şeker, fosfat ve dört çeşit baz bulunması gerektiğinde hemfikirlerdi. Uzun uğraşlar sonucu ellerinde 3 adet sarmal biçimde sarılı zincir, bu zincirin ortasında da fosfat ve şekerden bir iskeletten oluşan model vardı. Wilkins ve Franklin’e gelip bakmaları için haber verdiler. Haberi alır almaz trene atlayan ikili modeli gördüklerinde yoğun bir hayal kırıklığı yaşadılar. Wilkins sessiz kalmayı tercih etse de Franklin hatalarını tek tek sıraladı. Fosfat omurgasını modelin ortasına koymasının sebebinin karasız zincirleri kararlı hale getirmek olduğunu söylüyordu Crick. Fakat bilindiği gibi fosfatlar eksi yüklüdür ve eğer zincirin içine dönük dururlarsa eksi yükler birbirini iter ardından molekül dağılırdı. İşte bu sorunu engellemek için modelin ortasına artı yüklü Magnezyum iyonları yerleştiren Crick, Franklin’in DNA üzerine keşfettiği en can alıcı şeyi unutmuştu: DNA’nın fazlasıyla ıslak olduğunu! Bunun dışında Magnezyum ’un ortada bulunamayacağı, yeterince su molekülü taşıyamayacağı gibi kabul edilemez hataları da vardır.

Henüz kimse doğru modeli tasarlayamamıştı fakat sayısız bilim insanı bunun için yarışıyordu. 1953’te Pauling ve Corey adlarında iki bilim insanı DNA’nın yapısına ilişkin önerdikleri modeli bir makaleye dökerek yayınladılar. Model tıpkı Watson ve Crick’inkine benziyordu. Tek farkı merkezde Magnezyum iyonlarının bulunmamasıydı. Onlar yapının çok daha zayıf bağlarla ayakta durabileceğini iddia ediyorlardı. Fakat enerji açısından kararlı olmayan böylesine bir yapının patlamadan durabilmesi imkansızdı. Makaleyi okuyan Watson ve Crick bu su götürmez hatayla karşılaşınca rahat bir nefes aldılar.

Zaman akıyordu fakat Watson ve Crick hala doğru modelin nasıl olması gerektiğini çözemiyordu. Daha fazla teknik veriye ihtiyaçları vardı. Yine 1953’te James Watson, Franklin ve Wilkins’in laboratuvarına gitmek üzere yola koyuldu. Franklin birkaç ay boyunca ıslak DNA’nın bir dizi yeni fotoğrafını çekmişti. Gittikçe daha net görüntüler elde eden Franklin’in fotoğraflarından DNA’nın temel yapısı açıkça görünmeye başlamıştı bile. Bir gün Franklin ıslak DNA’yı bütün bir gece X-ışınına maruz bırakmıştı, ertesi gün çektiği fotoğraf ise bugüne kadar çektiklerinin en kusursuzuydu. Model artık apaçık elindeydi. Bu kusursuz görüntüyü ‘’Fotoğraf 51’’ olarak etiketledi. Wilkins, bu fotoğrafı Franklin’den habersiz Watson’a gösterdi. Bu konuyla ilgili daha sonra ‘’Belki Rosalind’den izin almalıydım ama almadım.’’ diye yazdı. Resmi ilk gördüğü an hakkında Watson şunları söyledi: ‘’Resmi gördüğüm anda ağzım açık kaldı ve nabzım güm güm atmaya başladı. Desen öncekilerden çok daha basitti… Siyah çapraz, ancak sarmal bir yapıdan ortaya çıkmış olabilirdi… Birkaç dakikalık hesaplamayla moleküldeki zincir sayısı saptanabilirdi.’’

Watson ve Crick kendi modellerini çöpe atıp sil baştan bir model inşa etmeye başladılar. Tamamen Fotoğraf 51’i yansıtacak bir model olmalıydı bu. Birkaç deneme yaptılar. Fosfatın ortada, bazların dışarda olduğu model, moleküller birbirine çok yakın olduğundan eğik duruyordu. Fotoğraf 51’deki gibi değildi. Daha sonra omurgayı dışarı, bazları (A, T, G, C) içeri birbirine bakacak şekilde koymayı düşündüler. Fakat bu defa daha büyük bir soruyla karşılaştılar: bazlar içerde olduğunda birbirini sıkıştırıp modeli bozmadan nasıl bir ilişki içerisinde düzenlenmeliydiler? Bu sorunun cevabını birkaç sene öncesinde DNA’nın baz bileşimlerini inceleyen biyokimyacı Chargaff vermişti. Onun verilerine göre A ile T her zaman aynı oranda bulunuyordu, C ile G de öyle. Birbirlerinin çifti gibi davranıyorlardı. Watson ve Crick bundan haberdarlardı ama bunu kendi modellerine nasıl uygulayacakları konusunda henüz bir fikirleri yoktu.

Öte yandan modelde ilerleyebilmeleri için dış omurganın ölçülerini bilmeleri gerekiyordu. Bunu da Franklin’in daha önceden yazdığı ve bu raporu, yazarının rakipleriyle paylaşan bir komite üyesi sayesinde çözdüler. Raporda belirtilen ölçümler ve şeker-fosfat omurgasının dışta bulunması gerektiği bilgileri ile model inşasının en zor kısmına vardılar. İlk olarak iki sarmalı aynı yapmayı denediler. (A ile A eşleşiyor) Yer yer şişip yer yer incelen bu model de Fotoğraf 51’in kusursuzluğunu yansıtmıyordu. Daha sonra A ile T ve G ile C çiftlerinin yapı olarak birbirlerine istiflenebildiklerini fark edip denemeye koyuldular. Böylece Chargaff’ın verilerini de doğruluyorlardı; birbirini bütünleyen bu çiftlerin sayıları birbirleriyle aynı oluyordu. İşte doğru model ve Fotoğraf 51’deki desen şimdi ellerindeydi. Wilkins ve Franklin daha sonra ayrı zamanlarda modeli gördüler. Wilkins ‘’Fikri beğendim.’’ diye yazmıştı. Franklin ise ilk bakışta modelin doğruluğuna ikna olmuştu, nasıl olsa Fotoğraf 51 her an gözünün önündeydi.

25 Nisan 1953’te Watson ve Crick’in makalesi Nature dergisinde yayımlandı. 1962’de Watson, Crick ve Wilkins’e Nobel ödülü verildi fakat ne yazık ki Franklin dahil edilmedi. Çifte sarmalın asıl kahramanının adı Wilkins tarafından yarım ağızla anılırken Watson ve Crick’in onu hatırlamaya tenezzül etmedikleri ödül anını Franklin göremedi. Çünkü 1958’de yumurtalık kanserine yenik düştü. Çok sonradan bilim dünyası bu ismi tanıdı, birçok başlık ondan DNA’nın isimsiz annesi diye söz etti. Fotoğraf 51 ise biyolojinin en ikonik karesi oldu.!

                                                                                                                                Hazal Evecen

Bir yorum

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir