Virüsler: Minik Varlıklar, Büyük Tartışmalar

Hippokrates’ten bu yana tıptaki en büyük devrim, hastalık yapıcı mikropların (patojen) keşfidir. Hippokrates, hastalığın teşhisi ve tedavisi konusunda inanılmaz başarılı tespitlerde bulunmuş, bulaşıcı hastalıklarda yüksek ateşin bariz bir gösterge olduğunu keşfetmiştir.

Ömer MIZRAK, [email protected]

İlkokul sıralarında hemen herkesin karşılaştığı ve kolaylıkla cevapladığı sorulardan biri de canlı-cansız ayrımıdır. Öğretmen tahtaya taş, sinek, insan, masa gibi sözcükler yazarak bunları canlı ve cansız başlıkları altında sıralamamızı ister. Belki sadece söz konusu bitkiler olduğunda biraz afallamışızdır ama onların da büyüdüğünü hatırladığımızda problem kolaylıkla çözülür. Fakat yıllarca eğitim almış bir mikrobiyolog için bu soru (canlı-cansız ayrımı), henüz tatmin edici bir cevabı olmayan inanılmaz çetrefilli bir sorudur. Sebebi ise virüsler…

Covid-19 pandemisiyle birlikte giderek daha fazla gündelik konuşmalarımıza dahil olan bu minik varlıklar hakkında ne yazık ki çok fazla yanlış bilgiye maruz kalıyoruz. Özellikle komplo teorilerini dinlersek virüs denilen bu varlıklar, bazen 5G teknolojisi ile ilişkilendirilmiş bazen yağmur bulutları ile bırakıldıkları düşünülmüş bazense dünyayı yönettiği farz edilen kişiler tarafından bilinçli biçimde üretildiği öne sürülmüştür. Elbette buna bağlı olarak aşı karşıtlığı geliştirilmiş ve benzer spekülasyonlar aşı konusunda da yürütülmüştür.

Genelde bilim karşıtları ve sözde-bilimcilerin hem kendilerinin mahrum oldukları hem de etkiledikleri insanlarda eksik olan şey, bir alanın temel düzeydeki bilgileridir. Söz konusu virüsler olduğunda da komplo teorileriyle baş etmenin en etkili yolu, temel tartışmalara dönmektir. Fakat bu temel bilgileri ele alırken kadim ve güncel tartışmaları gözden çıkarmamıza gerek yok. Bu nedenle çocuklar için kolay, mikrobiyologlar için epey zor olan sorumuzu yazının merkezi kabul ederek ilerleyelim. Tabii ki sorunun zorluğunu anlamadan önce, ilkin başka bir soruyu cevaplamamız gerekiyor: Virüsler hangi aşamalardan sonra keşfedildi ve bu varlıklar nasıl bir yapıya sahip?

Mikroskobik Canlılar ve Virüslerin Keşfi

Hippokrates’ten bu yana tıptaki en büyük devrim, hastalık yapıcı mikropların (patojen) keşfidir. Hippokrates, hastalığın teşhisi ve tedavisi konusunda inanılmaz başarılı tespitlerde bulunmuş, bulaşıcı hastalıklarda yüksek ateşin bariz bir gösterge olduğunu keşfetmiştir. Hatta daha da ileri giderek bulaşıcı hastalıkları, solunan kötü hava ile ilişkilendirmiştir. Fakat elde kalan metinlerden anladığımıza göre bizi hasta edebilecek küçük canlılar olduğu fikri Hippokrates’in aklına dahi gelmemiştir.

Eski Yunan’da görülen kolera ve veba gibi salgın hastalıklarda, hastalığın çürümüş şeylerden gelen kötü koku, buhar veya sisle yayıldığı düşünülüyordu. Bu nedenle bulaşıcı hastalıkların sebebi olarak kirlilik anlamına gelen miasma (μίασμα) ifadesi kullanılıyordu. Hippokrates’in ortaya attığı bu görüş zamanla tüm Avrupa’da ve Çin’de kabul görmüş, hatta İtalya’da sivrisineklerin sebep olduğu sıtmaya da “kötü hava” anlamına gelen malaria (mala aria) ismi verilmiştir. Dolayısıyla hekimlerin büyük çoğunluğu için bulaşıcı hastalığın sebebi kötü hava ve kirliliktir. Bunlardan kurtulmanın yolu da bataklık vb. alanları kurutarak kişisel temizliğe özen göstermektir. Öte taraftan gözle görülemeyecek kadar küçük canlıların hastalığa sebep olduğunu düşünen ancak yeterince ciddiye alınmayan bir ekol de vardır. Örneğin birçok tespiti günümüzde doğrulanan Romalı şair Lucretius, De Rerum Natura (Şeylerin Doğası Üzerine) adlı eserinde doğada bazı tohumlar (semina) olduğunu ve bunların yutulması veya solunması durumunda hasta olunabileceğini söylemiştir.

Mikroskobun keşfine kadar miasma teorisinin baskın olduğu bilimsel camiada, ancak Antonie van Leeuwenhoek’un 1674 yılında ilk defa yaşayan mikroskobik canlıları gözlemlemesi sonucu farklı görüşler yeşermeye başlamıştır. Henüz bakterilerin bilinmediği bu dönemde Leeuwenhoek, gördüğü canlıları küçük hayvancıklar (animalcule) olarak tanımlamış, aynı dönemde yaşayan Athanasius Kircher ise bu canlıların kana girdiğini ve hastalığa sebep olabileceğini öne sürmüştür. Çok daha sonra Christian Gottfried Ehrenberg, mikroskop altında incelediği canlıların hayvan olmadığını gözlemlemiş, küçük değnekçiklere benzettiği bu canlılara Eski Yunanca’da değnek anlamına gelen bakteri (βακτήριον) ismini vermiştir.

Birkaç yüzyıl geçip 19. yüzyılın ortalarına gelindiğinde miasma teorisini eleştiren “hastalık-yapıcı mikroorganizmalar” teorisi giderek güçlenmişti. Fransa’da Louis Pasteur, Almanya’da ise Robert Koch yaptığı çalışmalar sonucunda bulaşıcı hastalıklara mikropların sebep olduğunu kanıtlamıştı. Bilim insanları bununla da yetinmemiş, mikropları teşhis ve tespit etme yöntemleri geliştirerek onlardan nasıl kurtulabileceğimizi de (sterilizasyon ve pastörizasyon) ortaya koymuştu. Elbette bu çalışmaların bir sonucu olarak miasma teorisi bilim dünyasındaki saygınlığını giderek yitirdi. Fakat bu sefer de ortada çözülmemiş başka bir sorun vardı: Mikroskopla dahi görülmeyen, hastalık yapıcı varlıklar.

Pasteur, 1880’lerde kuduz vakaları ile ilgilenmeye başladı. Lakin ne kadar çabalasa da kuduza sebep olan bir bakteri tespit edemiyordu. Hastalığın bulaşma şekli ve ortaya çıkan semptomlar, bakteri benzeri bir canlıya işaret ediyordu ama bunu gözlemlemek mümkün değildi. Aynı yıllarda, bakteriden bile küçük gözeneklere sahip olduğu düşünülen filtreler kullanan Dmitriy Ivanovskiy, tüm bakterileri süzdükten sonra bile hastalık yapıcı bazı varlıkların yaşamaya devam ettiğini gözlemledi. Durum kafa karıştırıcıydı. Öyle ki Hollandalı botanikçi Martinus Beijerinck, hastalık yayanın “sıvının kendi” olduğunu ileri sürdü. Beijerinck’i hor görmemek gerek, zira ortada gerçekten de canlıların tespit edilemediği fakat bulaştığı dokuya enfeksiyon bulaştıran bir sıvı vardı. Tüm bu karışıklık ancak elektron mikroskobunun icadıyla tatmin edici bir sonuca ulaştı. 1935 yılında tütün bitkisini enfekte eden “bulaşıcı sıvıyı” inceleyen Wendell Meredith Stanley, elektron mikroskobu yardımıyla virüsleri net olarak gözlemledi. Bu varlıklar, bakterilerden tamamen farklı bir dış görünüşe ve hücresel olmayan bir yapıya sahipti. Fakat bilim dünyası bu sefer de ilk başta sorduğumuz soruyu gündeme almak zorunda kaldı: Virüsler canlı mı cansız mı?

Canlılık Tartışmaları

Virüsler yapı olarak basit canlılardır. Bir virüs genel olarak, yönetici molekül olarak DNA veya RNA, kapsit adı verilen protein kılıf ve onu saran yağ yapılı bir kılıftan oluşur. Yani virüslerin bakteriler ya da diğer hücreler gibi yaşamsal faaliyetleri gerçekleştiren organelleri ve bu organelleri barındıran sitoplazması yoktur. Bu nedenle çoğu virüs çoğalmak ve diğer yaşamsal faaliyetleri gerçekleştirmek için başka bir canlıya (konak) ihtiyaç duyar ki bu da onları kendi başına yaşayamayan, zorunlu hücre içi parazit varlıklara dönüştürür.

Virüsün yüzeyinde bulunan reseptörler, onların hangi hücreleri konak olarak kullanabileceğini de belirler. Bazen virüsün bir türü etkilerken diğerini etkileyememesi ya da aynı tür içinden bazı bireyleri enfekte ederken diğerlerine etki edememesi bu reseptörlerin konak hücreyle uyumuna bağlıdır. Reseptör işlediğinde, yani anahtar kilide uyduğundavirüs, genetik malzemesini (DNA veya RNA) hücre içerisine bırakır ve hücrenin iç yapısını kullanarak ihtiyaç duyduğu protein ve genetik malzemesini üreterek çoğalır. Bu çoğalma işlemi çoğu durumda konak hücreye, dolayısıyla canlıya zarar verir. Zaten bu nedenle isim olarak Latincede “zehir” anlamına gelen virus kelimesi tercih edilmiştir.

Görüldüğü üzere virüsler, başka bir canlı olmaksızın protein ve enerji üretemeyen, metabolik süreçleri yönetemeyen parazit varlıklardır. Parazit olmaları canlı olmalarına engel değildir ama yaygın biçimde kabul edilen canlılık tanımına da uymaz. Zira canlılar, büyüyebilir, çoğalabilir, içsel bir dengeyi koruyabilir, uyaranlara yanıt verebilir ve çeşitli metabolik süreçleri gerçekleştirebilirler. Bu katı tanımı kriter olarak aldığımızda virüsleri kesinlikle canlı olarak kabul edemeyiz. Öte taraftan virüsler uygun şartları bulduğunda -başka bir canlı aracılığıyla da olsa- çoğalabilir ve diğer canlılarda görülmeyen bir hız ve çeşitlilikte evrimleşebilir. İşte tartışmanın sonuçlanmamasının sebebi de budur çünkü onları iki tarafa da dahil etmemize sebep olacak özelliklere sahipler. Bu nedenle André Lwoff, 1957’de yayımlanan makalesinde, paradoksal bir bakış açısını savunacağını ifade ederek şöyle demiştir: “Virüsler virüstür”.

Bize herhangi bir şey söylemediğini düşündüğümüz bu tanım, şüphesiz, virüslerin tamamen kendine özgü varlıklar olduğunu belirtmenin daha kibar bir yolu. Kriterlerimizi altüst eden bu özgün varlıkları bir sınıfa dahil etme arayışı, bilim insanlarını -ister istemez- virüslerin nereden geldiğini ve evrim ağacında nereye tekabül ettiğini araştırmaya itmiştir. Zira bu varlıkların ne olduğunu anlamanın bir yolu da nasıl oluştuğunu açıklamak ve canlılar sınıflandırmamızın dallarına olan uzaklığını ölçmekle mümkündür.

Virüsler Nasıl Evrimleşti?

Virüslerin nasıl evrimleştiğine dair yakın zamana kadar kabul gören üç hipotez vardır: İlerleyici, gerileyici ve virüs-öncelikli hipotez. İlerleyici (progressive) hipotez virüslerin, bir hücreden diğerine geçebilen genetik materyalin protein ile kaplanması sonucu oluştuğunu savunur. Yani ilerleyici hipoteze göre önce hücreler vardır. Virüsler ise bu hücrelerden beklenmedik sıçramalarla türemiş, kopyalanma özellikleri olan çıktılardır. Bu hipotezi savunan bilim insanlarının sıklıkla öne sürdükleri kanıt, RNA yapılı retrovirüslerdir. Normal şartlarda hücrede RNA molekülü, DNA tarafından kopyalanırken retrovirüslerde durum tam tersine işler. Virüsün RNA’sı aracılığıyla DNA üretilir ve bu DNA, hücrenin genetik materyaline entegre olur. HIV virüsü bunun en açık örneğidir.

Retrovirüsler genellikle vücut hücrelerinde aktive olur. Fakat bazen bir retrovirüs, üreme hücrelerinden birini (yumurta veya sperm) enfekte eder ve bu durumda değişen gen yapısı yavruya da geçerek kalıtsal hale gelir. Virüsler tarafından yamalanarak değiştirilen bu genler, insan genomunun da %8’ini oluşturur. Şaşırtıcı gelebilir ama memeli hayvanların vücudunda gebeliği sağlayan plasentanın oluşumu tam da böyle bir gen olan syncytin-2 sayesinde mümkün olmuştur. Daha açık söylersek, memeli hayvanlar olarak doğmamış yavrularımızı yumurtada değil, rahmimizde taşıyor olmamızı virüslere borçluyuz. Fakat retrovirüslerin de dahil olduğu bu kolay evrimleşen RNA’lı virüsler, söz konusu hastalıklar olduğunda, onları en tehlikeli virüs grubuna dönüştürür. Çünkü çift zincirli DNA’ya kıyasla tek zincirli RNA’da değişiklik (mutasyon) gerçekleşmesi daha kolaydır ve dolayısıyla bu tarz virüsler daha hızlı evrimleşir. Örneğin ebola, kuduz, kızamık, grip ve koronavirüsler bu virüs grubuna dahildir. İlerleyici hipotez her ne kadar açıklayıcı olsa da tam karşısında duran gerileyici (regressive) veya indirgemeci hipotezin de kendince güçlü kanıtları vardır.

Bu hipotezi savunan bilim insanlarına göre, virüsler başlangıçta daha karmaşık olan simbiyotik (ortakyaşam) canlılardan birinin giderek diğerine daha bağımlı hale gelmesiyle oluşmuştur. Bu durumda bağımlı olan canlı, konakçının sağladığı faydaları üreten kendi genlerini -kısmen veya tamamen- kaybetmiş ve zorunlu bir hücre içi parazit (yani virüs) haline dönüşmüştür. Çiçek virüsü (Variola virus) bu hipotez için bilindik bir örnek olsa da aşağıda değineceğimiz dev virüslerin keşfi, gerileyici hipotezi daha da güçlendirmiştir. Hem çapı hem de gen sayısı Carsonella ruddii gibi küçük bakterilerden daha büyük olan bu dev virüsler, diğer virüslerde görülmeyen ve o zamana dek hücresel olduğuna inanılan genlere sahiptir. Üstelik bu genler, parazit olarak yaşayan virüsler için çoğunlukla gereksizdir. Dolayısıyla gerileyici hipoteze göre virüsler, hâlâ hücresel yaşamlarından arta kalan özellikleri barındıran, baskılanmış yeni bir formdur.

Hem ilerleyici hem de gerileyici hipotez, virüslerin en azından ilkel hücrelerden sonra evrimleştiğini öne sürer. Fakat bunlar dışında virüslerin tüm canlılardan önce var olduğunu savunan ve gittikçe güçlenen başka bir hipotez de vardır: Virüs öncelikli (thevirus-first) hipotez. Bu hipotezi savunan bilim insanları, virüslerin, henüz hücreler oluşmadan önce, genetik materyal, aminoasitler ve yağlardan oluşan “yaşam çorbası” içinde kendini çoğaltan birimler olarak var olduklarını düşünüyor. Örneğin Philip Bell, gelişmiş hücrelerde bulunan çekirdeğin, DNA virüslerinden evrimleştiğini öne sürüyor. Virüs öncelikli hipoteze göre, basit yapılarından dolayı daha kolay biçimde oluşan virüsler, gittikçe daha karmaşık ve organize hale gelerek hücreleri oluşturmuş olabilir. Fakat virüs öncelikli teorinin esas kanıtı, günümüzde özellikle iklim tartışmalarıyla gündeme gelen dev virüslerdir ve bu, gerçekten de ayrı bir başlık açmaya değer bir sınıftır.

Dev Virüsler

İlk defa 2003 yılında keşfedilen dev virüsler -tıpkı sıradan virüslerde olduğu gibi- başlangıçta hiçbir sınıfa uymamaları nedeniyle epey kafa karıştırmıştır. İngiltere’de bir amipten izole edilen ilk örnekteki canlı, bilim insanları tarafından uzun süre tanımlanamamış daha sonra ise bakterileri boyayan bir boyaya (gram +) boyandığı için bakteri olarak sınıflandırılmıştır.Fakat yıllar sonra bakteriler konusunda uzmanlaşmış mikrobiyolog Didier Raoult, canlıyı elektron mikroskobu altında incelediğinde tıpkı virüsler gibi zar benzeri kenarlı bir protein kılıfa sahip olduğunu görmüş ve bu canlıya, bakterileri taklit eden anlamında “mimivirüs” ismini vermiştir.

Yaklaşık 10 yıl sonra karı-koca virolog bilim insanları Jean-Michel Claverie ve Chantal Abergel tarafından keşfedilen yeni bir dev virüs ise bambaşka tartışmaların kapısını araladı. Zira bulunan virüsün genlerinin %90’ı bilinen canlılardan tamamen farklıydı ve tıpkı diğer dev virüsler gibi bazıları gerekli olmayan bazıları da tıpkı hücreler gibi yaşamsal faaliyetlerinin sürdürmesine yardımcı olacak enzimlere sahipti. Virüsün yaratacağı gündemi önceden sezen Abergel, canlılık konusunda “Pandora’nın kutusunu” açtıklarını düşünerek bu dev virüsü “pandoravirüs” olarak adlandırdı. Dev virüsleri bulma konusunda uzmanlaşan Claverie ve Abergel çifti, kısa bir süre sonra, donmuş Sibirya topraklarında 30.000 yıldan daha eski bir virüs keşfetti. Pithovirüs olarak adlandırdıkları bu virüs, şimdiye kadar bilinen en büyük virüs ve tıpkı diğer dev virüsler gibi alışılmadık genetik özelliklere sahip.

Dev virüslerin bilinen tüm canlılardan farklı olan genleri, bilim insanlarını, virüslerin tüm canlıların kökeni olduğunu ya da tüm canlılığın kökenini oluşturan atasal hücrelerle yaşıt olduğunu düşünmeye itiyor. Zira virüslerin tüm diğer canlılarla karşılaştırıldığında gözlemlenen muazzam çeşitliliği, onların bilindik hücrelerden türemediğinin kanıtı. Tıpkı Afrika’da görülen genetik çeşitliliğin tüm insanların Afrika kıtasından yayıldığı teorisinin kanıtlarından biri olması gibi. Ancak bazı bilim insanları da %10’luk benzerlik üzerinde durmuş ve virüslerin her ne kadar yine yaşamın başlarında olsa da atasal hücrelerden daha sonra oluştuğunu ileri sürmüştür.

Dev virüslerin alevlendirdiği bir diğer tartışma yazının en başında bahsettiğimiz canlılık tartışmasıdır. Henüz virüslerin hangi kategoriye dahil olduğu netleşmemişken ortaya çıkan ve virüsler ile bakteriler arasında bir yerde konumlanan dev virüsler, konuyu daha da zor bir noktaya taşıyor. Nobel ödüllü biyokimyacı Jack Szostak, sıradan virüslerin çoğalmak için hücresel makinelere ihtiyaç duyduğunu ve bunlar olmadan çoğalamayacakları için canlı olarak değerlendirilemeyeceğini belirtiyor. Zira Szostak için sıradan virüsler kendilerini hızla çoğaltan parazit kopyalardan ibaret. Fakat söz konusu dev virüsler olduğunda artık bu kopyalama mantığı dışında yaşamsal enzimler üretebilen yapılardan bahsediyoruz. Dolayısıyla sıradan virüsleri cansız kabul etsek bile bu defa dev virüsler önümüzde bir sorun olarak beliriyor.

Tüm bu tartışmalardan hareketle bazı bilim insanları, dev virüsleri yaşam ağacının ayrı bir dalı olarak tanımlamamız gerektiğini öne sürüyor. Mevcut kabul edilen yaşam ağacı, arkeler, bakteriler ve ökaryot hücreler olmak üzere üç üst aleme dayanıyor. Dev virüslerin tamamen kendine özgün yapısı onları ayrı bir üst alem olarak değerlendirmek için yeterli bir gerekçe olabilir. Üstelik günden güne keşiflerin devam ettiğini ve sayılarının hızla arttığını göz önünde bulundurursak.

Sonuç

Yazının beklenen netlikte cevaplar sunmadığının farkındayım. Fakat asıl amacımın virüslerin ne kadar karmaşık ve cevaplanması zor sorulara yol açtığını göstermek olduğunu düşündüğümde yukarıdaki satırların işlevini yerine getirdiğinden eminim. Toparlayacak olursak, “Virüsler canlı mıdır” sorusunun bizi, “Canlılık nedir” sorusuna taşıdığını gördük. Bu belki de biyologlardan ziyade felsefecilerin cevaplaması gereken bir soru. Zira unutulmamalı ki her bilimin dayandığı temel kavram ve konseptler deneysel olarak değil, varsayımsal-uzlaşımsal olarak belirlenir fakat deneyle doğrulandıkça pekişirken yanlışlandıkça çürütülür. Bilim insanları bize virüsleri tanıttılar. Bu ilginç varlıklar, bildiğimiz canlı-cansız ayrımınauymuyorsa şüphesiz ki tanımlarımızı gözden geçirmemiz gerekiyor.

Bir diğer tartışmamız, virüslerin nereden geldiği üzerineydi. Bu konuda rahatlıkla şunu söyleyebiliriz ki her üç hipotezin de açıkladığı fenomenler ve tarif ettikleri mekanizmaya uyan virüsler mevcut. Zaten muazzam bir genetik çeşitlilik barındıran virüsleri tek bir hipotezle açıklamak da oldukça zor. Fakat yine de belirtmeliyiz ki virüs-öncelikli hipotez, diğerlerine kıyasla daha temel tartışmalara giriyor ve artan kanıtlarla beraber ufkumuzu hızla genişletiyor. Özellikle yeni keşfedilen dev virüsler, bize yaşamanın hayal ettiğimizden daha büyük bir çeşitlilik barındırdığını ve mevcut yaşam ağacımızın olası senaryolardan yalnızca biri olduğunu gösteriyor.

Lakin dev virüslerin dikkatimizi çektiği başka bir nokta daha var: Küresel ısınma çağında, sadece 30.000 yıllık bir buz altı toprak parçasının çözülmesiyle pithovirüsler yeniden aktive olabiliyor. Evet, bilinen pithovirüsler insanları etkilemiyor ama Kuzey Kutbu’nun endüstriyel sömürüsü ile ortaya çıkacak daha derin katmanlardaki diğer virüslerin bizi enfekte etmemesi veya enfekte edecek biçimde evrimleşmemesi için hiçbir sebep yok. Üstelik 300.000 yıllık insanlık tarihine kıyasla karşımızda 1 milyon yıllık geçmişe dayanan virüsler var ve bağışıklık sistemimiz muhtemelen bu virüslerin varyantlarıyla dahi tanışmadı. Dolayısıyla endüstriyel kirlenme, Antarktika kıtasının şirketlerce sömürülmesi ve küresel ısınma bu şekilde devam ederse muhtemelen bizi SARS-CoV-2 virüsünden çok daha tehlikeli virüsler bekliyor olacak.

Sonuçta gördük ki virüsler gerçekten de ilginç varlıklar. Hatta onlar hakkında öne sürülen komplo teorilerinden çok daha ilgi çekici ve şaşırtıcı özelliklere sahip. Bunun yanı sıra belki de gezegenimizin asıl sahipleri onlar. Zira dünyanın hemen hemen her koşuluna uyum sağlıyor ve sayıları muazzam derecede fazla. En makul hesaplamalara göre dünyada yaklaşık 10 üzeri 31 (10000000000000000000000000000000) virüs var ve bunları uç uca ekleme şansımız olsaydı Samanyolu Galaksisi’ni bir uçtan diğer uca 1 milyon defa gidip gelecek bir yol oluştururdu. Dolayısıyla ilkin, bu minik varlıklarla -karşıt ya da ortak- bir arada yaşamayı başarmamız, bunun için de virüsleri komplo teorilerinden değil, bilim insanlarından öğrenmemiz gerekiyor.

Bu yazı, ekoIQ’nun 114. sayısında yayımlanmıştır. Dergiye buradan ulaşabilirsiniz.