DNA, Genler ve Kalıtım Nasıl Çalışır: Kalıtımın Temelleri Açıklanıyor

ABD Ulusal Genel Tıp Bilimleri Enstitüsü'ne (NIGMS) göre genetik, genlerin ve kalıtımın incelenmesidir; yani özelliklerin DNA aracılığıyla ebeveynlerden çocuklara nasıl aktarıldığının bilimidir. ABD Ulusal Tıp Kütüphanesi tarafından yürütülen bir kaynak olan MedlinePlus Genetics'e göre DNA, yani deoksiribonükleik asit, insan vücudundaki hemen hemen her hücrede bulunan kalıtsal maddedir.

DNA gerçekte neye benzer

MedlinePlus'ın açıkladığına göre DNA, adenin (A), timin (T), guanin (G) ve sitozin (C) olmak üzere dört kimyasal bazdan oluşur; bu bazlar (A ile T, C ile G) eşleşerek çift sarmal adı verilen burmalı, merdiven benzeri bir yapıda basamakları oluşturur. İnsan DNA'sı yaklaşık 3 milyar bu tür baz çifti içerir ve bunların yüzde 99'undan fazlası her bireyde aynıdır; geriye kalan kısım ise bireysel farklılıkları oluşturur, diye belirtiyor MedlinePlus.

DNA'nın çoğu hücre çekirdeğinde bulunur ve buna nükleer DNA denir. MedlinePlus'a göre, besinleri kullanılabilir enerjiye dönüştüren hücre yapıları olan mitokondrilerin içinde de az miktarda DNA bulunur; buna mitokondriyal DNA veya mtDNA denir.

Genler: kalıtımın birimleri

MedlinePlus, bir geni "kalıtımın temel fiziksel ve işlevsel birimi" olarak tanımlar. Genler DNA'dan oluşur ve genellikle vücudun işlev görmesi için gerekli proteinlerin yapımına ilişkin talimatlar taşır; bazı genler ise bunun yerine diğer genleri düzenler. MedlinePlus'a göre insan genleri, uzunluk olarak birkaç yüz DNA baz çiftinden 2 milyondan fazla baz çiftine kadar değişir. Toplam protein kodlayan gen sayısına ilişkin tahminler zaman içinde değişmiştir: İnsan Genom Projesi (1990-2003) başlangıçta 20.000 ila 25.000 arasında böyle bir gen olduğunu tahmin etmişti, daha yakın tarihli tahminler ise MedlinePlus'a göre bu rakamı yaklaşık 19.900 olarak veriyor; NIGMS ise yaklaşık 20.000 rakamını kullanıyor.

NIGMS'e göre genler, insan DNA'sının yalnızca yaklaşık yüzde 1'ini oluşturur; geri kalanı ise genlerin ne zaman ve nasıl açılıp kapanacağını düzenleyen bölgeler dahil olmak üzere diğer dizilerden oluşur.

Kromozomlar ve özelliklerin nesiller arasında aktarılması

NIGMS'e göre genler kromozomlar üzerinde taşınır ve insanlarda genellikle 23 çift kromozom bulunur. Her çiftteki bir kromozom anneden, bir kromozom ise babadan gelir; bu da MedlinePlus'ın belirttiği üzere bir kişinin genellikle her genin iki kopyasını -her bir ebeveynden birer tane- miras aldığı anlamına gelir. Kromozom çiftleri hafifçe farklılık gösterebilen eşleşen genler taşıdığından, çocukların ebeveynlerine benzeyip onlarla tamamen aynı olmamasının altında yatan temel mekanizma budur.

Bir genin varyantına alel denir. MedlinePlus ve NIGMS'e göre genlerin yüzde 1'inden azı bireyler arasında farklılık gösterir, ancak bu varyantlar göz veya saç rengi gibi fiziksel özelliklerdeki farklılıklardan ve bazı durumlarda kalıtsal hastalık riskinden sorumludur.

Baskın, çekinik ve diğer kalıtım kalıpları

Bir genin iki farklı aleli olduğunda, bir özelliğin nasıl ortaya çıkacağı kalıtım kalıbına bağlıdır. Otozomal baskın kalıtımda, bir özelliğin veya durumun ortaya çıkması için bir ebeveynden gelen tek bir değişmiş kopya yeterlidir; MedlinePlus, klinik genetikte kullanılan standart risk değerlendirme rakamlarına atıfta bulunarak, böyle bir varyanta sahip bir kişinin bu varyantı her bir çocuğuna aktarma olasılığının yüzde 50 olduğunu belirtiyor.

Otozomal çekinik kalıtımda, bir özellik yalnızca her iki gen kopyası da varyantı taşıdığında ortaya çıkar. Yalnızca bir kopyaya sahip kişiler taşıyıcıdır ve genellikle etkilenmezler. MedlinePlus'a göre her iki ebeveyn de taşıyıcıysa, her hamilelikte çocuğun etkilenme olasılığı yüzde 25, etkilenmeyen bir taşıyıcı olma olasılığı yüzde 50 ve ne etkilenmemiş ne de taşıyıcı olmama olasılığı yüzde 25'tir.

X'e bağlı kalıtım cinsiyet kromozomlarına bağlıdır. MedlinePlus'a göre, etkilenmiş bir baba X'e bağlı bir varyantı tüm kızlarına aktarır ancak hiçbir oğluna aktarmaz, çünkü oğullar bunun yerine babalarının Y kromozomunu alır. Y'ye bağlı durumlar ise buna karşılık yalnızca erkekleri etkileyebilir ve etkilenmiş bir baba bu durumu tüm oğullarına aktarır.

Utah Üniversitesi Genetik Bilim Öğrenme Merkezi'ndeki araştırmacılar, "baskın ve çekinik allellerin etki ettiği evrensel bir mekanizma yoktur" uyarısında bulunuyor ve bu iki terimin tek bir sabit biyolojik süreci değil, sonuçları tanımladığını belirtiyor. Örnek olarak orak hücre hastalığını gösteriyorlar: orak hücre alelinin iki kopyası hastalığa neden olur, ancak tek kopyaya sahip taşıyıcıların bir kısım orak hücresi vardır ve belirli koşullar altında sıtmaya karşı direnç kazanırlar; bu da basit bir baskın/çekinik etiketine uymayan bir kalıptır.

Basit kalıpların ötesinde

Her özellik net bir baskın veya çekinik kurala uymaz. NIGMS, birçok durumun birden fazla gen ve çevresel faktörü içerdiğini ve bunun kalıtımı tek gene bağlı özelliklere göre öngörmeyi zorlaştırdığını belirtiyor. MedlinePlus, bu tür durumlar için aile öyküsü ve genetik test sonuçlarının, bir özelliğin aktarılma olasılığını bazen netleştirebileceğini -ama tam olarak belirleyemeyeceğini- ekliyor.

Epigenetik başka bir katman daha ekler: DNA'ya veya DNA'nın sarıldığı proteinlere eklenen kimyasal etiketler, altta yatan DNA dizisini değiştirmeden genleri açıp kapatabilir. NIGMS, sigara içmeyi bu tür değişiklikleri tetikleyebilecek bir çevresel faktör örneği olarak gösteriyor.