Bu blog yazısında, bir virüsün genetik materyali, mutasyonları ve bağışıklık sistemi arasındaki ilişkiyi inceleyerek pandemilerin neden tekrar tekrar yayıldığını araştıracağız ve bilimin ve teknolojinin bunları önleme potansiyeline bakacağız.
2015 yılında Güney Kore'yi bir başka "salgın fırtınası" vurdu. Orta Doğu Solunum Sendromu (MERS), Güney Kore'de 186 doğrulanmış vakaya yol açtı ve bunlardan 38'i hayatını kaybetti. O dönemde MERS salgını Güney Kore toplumunda şok etkisi yarattı ve bulaşıcı hastalıklar konusunda kamuoyunun farkındalığını artırmak için bir katalizör görevi gördü.
Sıklıkla söylenir ki, bilim ilerledikçe insan yaşamı daha müreffeh hale gelir. Bir zamanlar tedavi edilemez veya çözümsüz kabul edilen birçok hastalık (kanser de dahil olmak üzere) artık tedavi edilebiliyor. Ancak, 2003'teki SARS salgınından 2015'teki MERS'e kadar, bulaşıcı bir hastalık nüfusu her vurduğunda insan toplumu ağır darbeler almıştır. Peki, bu "mikro fırtınalar" her vurduğunda insanlar neden her zaman zarar görüyor? Bulaşıcı hastalıklar sadece kaçınılmaz bir doğal felaket mi?
Bulaşıcı hastalıkların salgınını yalnızca insan çabasıyla tamamen önlemek kolay değildir. Bunun nedeni, Güney Kore'yi vuran salgınların başlıca sebebinin virüsler olmasıdır. Elbette, bulaşıcı hastalıkların ortaya çıkışı ve yayılması, hastalığın türüne, bulaşma şekline ve hastalık kontrol önlemlerinin düzeyine bağlı olarak büyük ölçüde değişir ve enfeksiyonları önlemek ve hasarı en aza indirmek gerçekten mümkündür. Bununla birlikte, virüslerin doğası gereği, mutasyon olasılığını ve yeni bulaşıcı hastalıkların ortaya çıkmasını tamamen ortadan kaldırmak zordur.
Virüslerin bu “mikroskobik doğal felaketin” nedeni olabileceğini anlamak için öncelikle insan vücudunda proteinlerin nasıl üretildiğini incelememiz gerekiyor. İnsan vücudu hem işlevsel hem de yapısal olarak proteinlere bağımlıdır. Örneğin, motor protein miyozin kas hareketinde hayati bir rol oynarken, saçta, deride ve tırnaklarda bulunan keratin proteini vücudu korumaya yardımcı olur.
Hücreler bu proteinleri üretirken DNA'yı bir şablon olarak kullanırlar. RNA, DNA'daki genetik bilgiye dayanarak sentezlenir ve proteinler RNA'daki bilgiler kullanılarak sentezlenir. Peki neden protein üretmek için DNA ve RNA'nın iki aşamalı sürecinden geçiyoruz? Bunun bir nedeni, DNA'yı genetik bilginin kararlı bir deposu olarak korurken, protein sentezinde kullanılmak üzere yalnızca gerekli bilgiyi RNA'ya kopyalamaktır. DNA genetik bilgiyi nispeten kararlı bir şekilde korurken, RNA -türüne bağlı olarak- hücrelerde uzun süre kalmaz ve kolayca parçalanır. Özellikle, doğrudan protein sentezinde kullanılan haberci RNA (mRNA), DNA'dan ribozomlara bilgi iletmek için kullanılır. Hücreler gerekli genetik bilgiyi mRNA'ya aktarır, protein üretmek için kullanır ve daha sonra artık ihtiyaç duyulmadığında mRNA'yı parçalayarak protein üretim seviyelerini düzenler. Ayrıca, RNA kimyasal olarak DNA'dan daha az kararlıdır ve RNA virüsleri durumunda, genom replikasyonu sırasında hatalar meydana gelme eğilimindedir ve bu da mutasyonların birikmesine yol açar. Özetle, insanlar DNA'da depolanan genetik bilgiyi RNA'ya aktarır ve bunu protein üretmek için kullanır; RNA'nın DNA'ya göre nispeten daha az kararlı olduğunu ve kolayca parçalanabileceğini belirtmek önemlidir.
Virüsler konusuna geri dönelim. Virüsler, konakçı hücrelerine (insan vücuduna) aktardıkları genetik materyale sahiptir. Virüsün türüne bağlı olarak, genetik materyal olarak DNA veya RNA kullanılır ve virüsün genetik bilgisi, virüs için gerekli proteinleri üretmek üzere konakçı hücrenin protein sentez sistemini kullanır. Bu şekilde sentezlenen viral proteinler ve genetik materyal daha sonra yeni virüsler oluşturmak üzere yeniden bir araya getirilir. Başka bir deyişle, viral genetik materyal hücrelerimize girdikten sonra, hücrelerimiz viral çoğalma için kullanılır; zaman geçtikçe ve çok sayıda virüs üretildikçe, konakçı hücreler hasar görür veya yok olur ve yeni virüslerin çevredeki hücrelere yayılmasına izin verir.
İnsan vücudu bu virüsleri algılar ve antikor üretimi veya enfekte hücrelerin yok edilmesi gibi çeşitli bağışıklık tepkilerini tetikler. Bağışıklık hücrelerinin virüsleri algılamasının en önemli yollarından biri, virüsün yüzeyinde bulunan proteinleri tanımaktır. Bağışıklık sistemi, viral yüzey proteinleri gibi antijenleri tanır ve virüsü etkisiz hale getirmek veya bağışıklık hücrelerinin virüsü ve enfekte hücreleri yok etmesini sağlamak için karşılık gelen antikorları üretir.
Şimdi, genetik materyal olarak RNA kullanan virüsleri ele alalım. Çok sayıda RNA virüsü, genomlarının kopyalanması sürecinde nispeten yüksek sıklıkta mutasyon meydana geldiği için çok çeşitli varyantlar üretebilir. Bu mutasyonlar arasında, viral yüzey proteininin yapısını veya antijenitesini değiştiren bir varyant ortaya çıkarsa, mevcut bağışıklık sistemi tarafından kısmen tanınmaktan kaçınabilir. Bu gibi durumlarda, vücudun bağışıklık tepkisi virüsü tamamen ortadan kaldıramayabilir ve virüsün çoğalmaya ve yeni varyantlar üretmeye devam etmesine izin verebilir. Bu, virüslerin neden olduğu bulaşıcı hastalıkların yayılmasını önlemenin zor olmasının nedenlerinden biridir ve aynı zamanda gripin neden mevsimden mevsimine tekrarladığıyla da ilgilidir. Bununla birlikte, tüm RNA virüsleri aynı derecede mutasyona uğramaz; mutasyonların oluşumu ve bağışıklık sisteminden kaçınma yeteneği, virüsün türüne, çoğalma mekanizmasına ve seçici baskılara bağlı olarak değişir.
Örneğin, influenza virüsleri, hemaglutinin (HA) ve nöraminidaz (NA) gibi yüzey proteinlerinde değişikliklerin biriktiği antijenik alt varyasyona ve farklı influenza A virüslerinin genomlarının yeniden düzenlenmesiyle yeni alt tiplerin ortaya çıktığı antijenik büyük varyasyona uğrar. Antijenik sürüklenme, nispeten küçük genetik değişikliklerin birikmesini içeren bir süreçtir; mevcut bağışıklığı kısmen atlatarak mevsimsel salgınların tekrarlanmasında önemli bir rol oynar. Buna karşılık, antijenik kayma, farklı influenza A virüslerinin aynı anda tek bir hücreyi enfekte etmesiyle genetik parçaların yeniden düzenlenmesi olan genetik yeniden düzenleme yoluyla meydana gelebilir ve potansiyel olarak büyük ölçekli bir salgına veya pandemiye yol açabilecek yeni bir viral alt tipin ortaya çıkmasına neden olabilir. 1918 İspanyol gribi, 1957 Asya gribi ve 1968 Hong Kong gribi, grip pandemilerinin temsili örnekleridir ve 2009'da yeni bir influenza A (H1N1) virüsünün neden olduğu bir pandemi de yaşanmıştır. Bu nedenle, antijenik değişimlerin düzenli aralıklarla meydana geldiğini varsaymak yerine, yeni bir pandemik gripin ne zaman ortaya çıkacağını doğru bir şekilde tahmin etmenin zor olduğunu da göz önünde bulundurmalıyız.
İnsanlar kaçınılmaz doğal afetlere hazırlık olarak hasarı azaltmanın yollarını araştırırken, bu "mikro fırtınaların" üstesinden gelmek için de araştırmalar devam etmektedir. Geçmişte, Kore Bilim ve Teknoloji Bilgi Enstitüsü (KISTI), süper bilgisayarlar kullanarak influenza virüslerinin mutasyon modellerini analiz etmek ve mutasyon olasılığını tahmin etmek için araştırmalar yürütmüştür ve o zamandan beri, süper bilgisayarlar, yapay zeka ve büyük veri kullanılarak virüsler ve bulaşıcı hastalıklar üzerine araştırmalar devam etmektedir. Ayrıca, viral RNA veya proteinleri hedef alan antiviral ilaçlar, enfekte hücreleri ve genetik materyali hedef alan terapötik teknolojiler ve nanoteknoloji kullanan virüs teşhis ve tedavi teknolojileri de dahil olmak üzere çeşitli alanlarda araştırmalar devam etmektedir. Bulaşıcı hastalıkları tamamen ortadan kaldırmak kolay bir iş olmasa da, virüslerin özelliklerini anlayarak, onları erken tespit ederek, etkili bir şekilde tedavi ederek ve yayılmalarını önleyecek teknolojiler geliştirerek salgınların neden olduğu hasarı önemli ölçüde azaltabiliriz.
MERS gibi trajedilerin tekrar yaşanmasını önlemek için bu fırtınayı dindirmek, yaşam bilimleri, tıp ve halk sağlığı alanlarının bugün bile birlikte ele alması gereken kritik bir zorluk olmaya devam etmektedir.
