Virüsler ve Mutasyon

Virüsler, tıpkı hücre temelli yaşamda olduğu gibi evrim ve doğal seçilimden geçer ve çoğu hızla gelişir. İki virüs bir hücreye aynı anda iltihap bulaştırdığında, benzersiz özelliklere sahip yeni, “karışık” virüsler oluşturmak için genetik materyali değiştirebilirler. Örneğin, çeşitli gripler bu şekilde ortaya çıkabilir.

Tıpkı doğal seleksiyonun; insanların, bitkilerin ve gezegendeki tüm canlıların evrimini şekillendirdiği gibi, doğal seleksiyon da virüsleri şekillendirir. Virüsler teknik olarak yaşamasa da, üremek için bir ev sahibi organizmaya ihtiyaçları vardır. RNA virüsleri, özellikle hızlı evrime izin veren yüksek mutasyon oranlarına sahiptir. Buna, HIV’deki ilaç direncinin evrimi, iyi bir örnektir.

Her yıl neden farklı bir grip virüsü türünün ortaya çıktığını hiç merak ettiniz mi? Veya AIDS’e neden olan virüs olan HIV nasıl ilaca dirençli hale gelebilir?

Bu soruların kısa cevabı virüslerin evrimleşmesidir. Yani, bir virüs popülasyonunun “gen havuzu” zamanla değişebilir. Bazı durumlarda, bir popülasyondaki virüsler – bir coğrafi bölgedeki tüm grip virüsleri veya bir hastanın vücudundaki tüm farklı HIV partikülleri gibi – doğal seleksiyon ile evrimleşebilir. Doğal seleksiyon, canlıların yaşam mücadeleleri sırasında, koşullara bağlı olarak, genetik yapıları değişmeden, farklılaşmalarıdır. Bir virüsün çoğalmasına yardımcı olan kalıtsal özellikler, (grip için yüksek enfektivite veya HIV için ilaç direnci gibi) virüs popülasyonunda zamanla daha yaygın hale gelme eğilimi gösterecektir.

Virüsler, bulundukları ortamdan daha hızlı evrimleşme eğilimindedirler. Bu sebeple, virüs evrimi çok önemli bir konudur; sadece virüsleri inceleyen biyologlar için değil, aynı zamanda doktorlar, hemşireler ve halk sağlığı çalışanları ve ayrıca bir virüse maruz kalabilecek herkes için çok önemlidir.

Virüslerde değişiklik

Virüslerde doğal seleksiyon ancak genetik varyasyon olduğunda gerçekleşebilir. Genetik varyasyon, bir popülasyonda bazı genetik (kalıtsal) farklılıklar olduğu anlamına gelir. Virüslerde, varyasyon iki ana kaynaktan gelir;

Rekombinasyon: İki ayrı DNA molekülünün birleşerek yeni DNA molekülleri oluşturması. Virüslerin genetik materyal (DNA veya RNA) parçalarını değiştirmesidir.

Rastgele mutasyon (Random): Virüslerin DNA veya RNA dizisinde rastgele değişiklikler meydana gelmesidir.

Her yıl ortaya çıkan yeni grip türlerinde virüslerin varlığını ve evrimini görebiliriz.

Özellikle gribe bakmadan önce, virüslerin ‘Rekombinasyon’ adı verilen bir süreçte DNA ve RNA’yı nasıl değiştirdiğini inceleyelim.

Rekombinasyon genellikle iki ayrı virüs aynı hücreyi, aynı anda enfekte ettiğinde meydana gelir. Her iki virüs de, hücreyi, daha fazla virüs partikülleri üretmek için kullandığından, hücrenin etrafında birçok virüs parçacıkları dolaşmaya başlar. Bunlara yeni genomlar da dahildir.

Bu koşullar altında, rekombinasyon iki farklı şekilde olabilir. İlk olarak, virüslerin sebep olduğu genomlar, benzer bölgeleri DNA’yı veya RNA’yı fiziksel olarak kırarak ve yeniden bağlayarak parçaları eşleştirebilir ve değiştirebilir. Genom, bir organizmadaki genetik şifrelerin tamamından oluşan bir DNA kümesidir. Yaklaşık 3 milyar harfle kodlanmış genetik bilgi anlamına gelmektedir.

İkincisi; farklı özelliklere sahip virüsler (küçük kromozomlar gibi) bu özelliklerden bazılarını değiştirebilir, bu da yeniden sıralama olarak adlandırılan bir süreçtir.

Rekombinasyon ve grip

İnfluenza (‘grip’) virüsleri, yeniden sınıflandırmanın ustalarıdır. Her biri bir veya birkaç gen taşıyan sekiz RNA bölümüne sahiptirler.

İki influenza virüsü aynı hücreyi aynı anda enfekte ettiğinde, hücrenin içinde oluşan yeni virüsler, çok daha farklı olabilir. Yeni koronavirüs, diğer tüm virüsler gibi, mutasyon geçirebilir veya genomunda küçük değişiklikler meydana gelebilir. Yakın zamanda yayınlanan bir çalışma, yeni koronavirüs olan SARS-CoV-2’nin daha önce de mutasyona uğradığını ileri sürmüştür.

Virüsler neden mutasyona uğrar?

Hayatta kalmak için! Bitkilerin, hayvanların ve diğer organizmaların aksine, bir virüsün üremesi; yerleştiği hücreye; yüzey proteinlerini, hücrenin zarına yapıştırarak ve genetik materyalini hücreye enjekte ederek gerçekleşir. Bu genetik materyaller yani, DNA veya RNA, daha sonra, daha fazla virüs yapmak için hücreyi kodlar. Oluşan yeni virüsler daha sonra hücreyi terk eder ve yerleştikleri organizmanın diğer kısımlarına yayılır.

Ancak virüsün yerleşmiş olduğu organizmalar, bu süreçte pasif değildir ve zamanla bir insanın veya herhangi bir hayvanın bağışıklık sistemi bu karşılaşmalardan çok şey öğrenebilir ve yeniden enfeksiyonu önlemek için stratejiler geliştirebilir. Aynı virüs, daha önce gelmiş olduğu bir hücreye yeniden geldiğinde, artık hücrenin yüzey zarına yapışamayacaktır. Bu sebeple, hayatta kalmak için virüsler, adapte olmalı veya evrimleşmelidirler. Yüzey proteinlerini değiştirerek, tekrar geldikleri hücreyi kandırabilir ve bağlanabilirler.

Grip virüsü, genomunda sekiz farklı segmente sahiptir, bu da kuş gribi, domuz gribi ve değişik grip unsurlarını içerebilen yeni kombinasyonlar oluşturma yeteneğini arttırır. Bu virüsün yeni versiyonları, yeni bir organizmaya geçme ve yayılma potansiyeline sahiptir.

Yerleştiği kişiyi veya hayvanı hızla öldüren bir virüsün, diğer virüslerden daha fazla rekabet edebileceği yoğun nüfuslu bölgelerde gelişmesi daha muhtemeldir. Ayrıca yavaş yavaş yayılan bir virüsün göçmen kuşlar gibi hayvanlarda gelişmesi daha olasıdır.

Tarım uygulamalarının mutasyona etkisi nedir?

İnsan nüfusu son birkaç yüzyılda büyüdü ve son yıllarda domuz ve tavuk talebi arttı. Bu, binlerce hayvanla birlikte büyük, yoğun çiftliklerin çoğalmasına yol açtı. Guelph Üniversitesi’nden Profesör Waltner-Toews, bunların grip gibi virüslerin bulaşmasını artıran bir dizi faktöre neden olduğunu söyledi:

Genetik benzerlikleri hayvanlar tek bir yerde tutulduğunda aynı hastalıklara karşı duyarlı hale gelirler. Bu hayvanların kalabalık halinde yaşaması, enfekte olanların öksürme ve hapşırma gibi hastalığın yayılmasına yardımcı olan hastalık belirtilerini gösterme riskini artırır. Hayvanların tüm dünyaya sevk edilmesi ve ucuz tarım işçiliği için başka ülkelerden getirilen göçmen tarım işçileri de dahil olmak üzere, tüm dünyayı dolaşmaları, enfeksiyonların yayılmasını hızlandırır ve kolaylaştırır.

Waltner-Toews, iki unsurun yeni grip virüslerinin yayılmasını azaltacağını öngörüyor;

1) Az sayıda büyük çiftlikler yerine daha çok sayıda küçük çiftlikler kurmak.

2) Tarımın küresel ticarete bağımlılığının azaltılması.

https://www.khanacademy.org/science/biology/biology-of-viruses/virus-biology/a/evolution-of-viruses

https://ghr.nlm.nih.gov/primer/hgp/genome

https://www.cbc.ca/news/

https://www.historyofvaccines.org/