YENİ, BULAŞICILIĞI YÜKSEK BİR GRİP türü ortaya çıkıyor. Pestisitlere dirençli bir böcek, ekinlerin büyük bir bölümünü yok eder. Bir hasta, mevcut antibiyotiklerin hiçbirine yanıt vermeyen bir bakteri türüyle acil servise başvurur. Bu senaryolardan herhangi biri patojenler veya zararlılar arasındaki doğal evrimsel değişimler nedeniyle gerçekleşebilir. Ancak genetik mühendisliği ucuzladıkça ve kolaylaştıkça, bunların bir gün kasıtlı bir manipülasyonun ürünü olabileceği giderek daha akla yatkın hale geliyor. Peki İnsan Yapımı Biyotehdit Nasıl Tespit Edilir?
ABD hükümeti, bu potansiyel tehditlere karşı korunmak amacıyla, tehlikeli biyomühendislik ürünü organizmaları önemli zararlara yol açmadan önce tespit edecek testlerin geliştirilmesini finanse ediyor. Bu çaba 2017 yılında Ulusal İstihbarat Direktörü Ofisi bünyesindeki İstihbarat İleri Araştırma Projeleri Faaliyeti ya da Iarpa tarafından duyuruldu. Ekim ayında canlı yayınlanan bir güncellemede Iarpa program yöneticisi David Markowitz, program kapsamında geliştirilen iki platformun da biyomühendisliğin varlığını tespit etmede yüzde 70 oranında doğru sonuç verdiğini duyurdu. Markowitz basın brifinginde şunları söyledi: “Bir devlet laboratuarının kapısından hangi örneğin gireceğini asla bilemeyiz ve her şeye hazırlıklı olmamız gerekir.“
Cambridge, Massachusetts merkezli kar amacı gütmeyen Draper tarafından oluşturulan platformlardan biri, tasarlanmış genetik materyali tespit etmek için küçük bir çip kullanan hızlı, elde taşınabilir bir test cihazıdır. Diğeri ise Boston biyoteknoloji şirketi Ginkgo Bioworks tarafından geliştirilen ve örnek organizmalardan elde edilen genomik verilerdeki mühendisliği tanımlamak için makine öğrenimini kullanan bir yazılım. (Şirketler sonuçlarını henüz hakemli bir dergide yayınlamadı ve platformları hala geliştirme aşamasında).
Mahsuller ve hayvan yemleri, doğada bulunmayan veya geleneksel ıslah yoluyla yaratılamayan genetik özelliklerin varlığını belirlemek için zaten yaygın olarak taranmaktadır. Bilim insanları, biyomühendislik ürünü DNA’nın mevcut olup olmadığını ve ne miktarda olduğunu belirlemek için PCR veya polimeraz zincir reaksiyonu adı verilen bir test kullanmaktadır. Gıda etiketlemesi söz konusu olduğunda, bilim insanları genellikle hangi genetik değişikliği aradıklarını bilirler. Ancak bakterilerde, virüslerde veya herhangi bir bağlamda ortaya çıkabilecek diğer organizmalarda tasarlanmış genetik materyali tespit etmek için genel amaçlı bir araç mevcut değildir.
Şimdiye kadar, biyomühendisliğin varlığını tespit etmek, emek yoğun ve yavaş olan manuel analize dayanıyordu. Dizileme adı verilen bir süreç sayesinde araştırmacılar, bir organizmanın tüm genetik kodunun bir okumasını oluşturabilir: yaşamın yapı taşlarını oluşturan bir dizi As, Cs, Gs ve Ts veya baz. Her mikrop, bitki, hayvan ve insan bu harflerin benzersiz bir konfigürasyonuna sahiptir.
Bir organizmanın genetik koduyla oynanıp oynanmadığını belirlemek için, bilim insanlarının o organizmanın ve yakın akrabalarının genomunun normalde nasıl göründüğünü bilmeleri gerekir. Daha sonra sıra dışı görünen alanları arayabilirler.
DNA en az yarım düzine işlemle manipüle edilebilir. Geleneksel bir yöntem, genellikle biyomühendislik mahsulleri için bir türden diğerine bir gen eklemeyi içerir. DNA parçaları ayrıca bir organizmanın genomunun bir bölümünden başka bir bölümüne de taşınabilir, bu da translokasyon adı verilen bir değişiklik türüdür. İnsanlardaki hastalıkları tedavi etmenin ve insan tüketimi için yetiştirilen bitki ve hayvanları geliştirmenin bir yolu olarak araştırılan Crispr gen düzenlemesi, DNA parçalarını silebilir. Çinko parmak nükleazlar ve Talens gibi daha eski düzenleme teknikleri de bu amaçlar için kullanılmış ancak Crispr kadar başarılı olamamıştır.
Bu süreçlerden herhangi biri geride biyomühendislik imzaları bırakabilir. Örneğin, bilim insanları bir organizmanın genomunu referans bir örnekle karşılaştırarak bir genin eklenip eklenmediğini veya yerinin değiştirilip değiştirilmediğini anlayabilir. Crispr kullanıldığında, bazen genomun hedeflenen bölüme benzeyen ancak öyle olmayan diğer kısımlarında silmeler ortaya çıkar. Talenler ve çinko parmak nükleazlar da bu “hedef dışı” etkileri üretme eğilimindedir. Radyasyonun kasıtlı kullanımı da izlenebilir DNA mutasyonları üretebilir.
Draper ve Ginkgo’nun teknolojileri bu yaygın mühendislik imzalarını tespit etmek üzere tasarlanmıştır. Ginkgo’nun yazılımı ayrıca analiz edilen genomu büyük bir veri tabanındakilerle karşılaştırarak mühendislik ürünü mü yoksa doğal mı olduğunu belirleyen algoritmalara dayanıyor. Draper’ın cihazı sahada tek numuneler üzerinde hızlı bir şekilde kullanılmak üzere tasarlanırken, Ginkgo’nun cihazı çok sayıda numunenin büyük ölçekli analizini yapmak üzere tasarlanmıştır.
Draper’da baş bilim insanı olan Laura Seaman canlı yayın sırasında “Genetik mühendisliği bir süredir yapılıyor ve bunu yapmak giderek daha kolay hale geliyor. Bu araçların nasıl kullanıldığını anlamak ve bilinmeyen bir durumda bunları tespit etmek önemlidir.” dedi.
Iarpa bu çalışmaları ortaya çıkaran Felix programını (Finding Engineering-Linked Indicators’ın kısaltması) başlattığında, ajans mühendisliğin varlığını tespit etmede yüzde 90 etkili olacak teknolojiler geliştirmek gibi iddialı bir hedef belirlemişti. Bu bağlamda, Iarpa ödül sahiplerinin yapmaları gereken bazı iyileştirmeler var.
Iarpa’nın bu bahar gerçekleştirdiği ve 17 Ekim’de duyurduğu bir testte, hükümet bilim insanları teknolojiyi toprak, fare dışkısı ve bir ineğin midesi gibi çeşitli yerlerden alınan hem tasarlanmış hem de doğal organizmalardan oluşan 100 örnek üzerinde değerlendirdi. Bunların arasında 73 adet biyomühendislik ürünü organizma örneği vardı ve bunların çoğu mühendislik ürünü olmayan diğer organizmalarla karıştırılmıştı. Markowitz, “Bu partilerin biyogüvenlik topluluğunun her gün karşılaştığı gerçek dünya zorluklarını temsil etmesini sağlamaya çalıştık” diyor.
Bu test platformları yalnızca biyotehdit tespit etmekle kalmayacak
Markowitz’e göre, Draper ve Ginkgo ekipleri yüzde 70’inin biyomühendislik ürünü olduğunu doğru tespit etti. Draper hiç yanlış pozitif sonuç vermezken, Ginkgo’da biyomühendisliğin aslında mevcut olmadığı halde tespit edildiğini belirten bir sonuç vardı. Her iki ekip için de daha büyük bir sorun, yanlış negatiflerin oranı ya da biyomühendislik gerçekten mevcut olduğunda tespit edilememesiydi. Öncelikle, platformlar, yer değiştiren tek bir A veya T gibi çok ince genetik modifikasyonlar içeren örneklerde iyi performans göstermedi. Bu tür değişiklikler, klasik Crispr düzenlemenin yaptığı gibi tüm genleri veya gen parçalarını kesmek yerine tek bir baz harfi değişikliği yapan baz düzenleme adı verilen nispeten yeni bir teknikle yapılabilir.
Markowitz’e göre, platformlar ayrıca büyük genomlu organizmalardan alınan örneklerde mühendislik kanıtlarını tespit etmekte daha zorlandı. Markowitz, “Organizmanın genomu ne kadar büyükse, istatistiksel bir model elde etmek için o kadar fazla eğitim verisine ihtiyaç duyarsınız ve mühendislik imzalarını bulmak için o kadar fazla eleme yapmanız gerekir” diyor.
Teknolojiyi daha doğru hale getirmek için daha büyük, daha çeşitli bir veri seti ve çevremizdeki organizmaların daha fazla referans genomu gerekecektir. Ginkgo’nun tasarım müdürü Joshua Dunn, “Etrafımızdaki her şeyi dizilemeli ve orada ne olduğunu izlemeliyiz. Bu, neyin normal olduğunu anlamamıza yardımcı olacak, böylece bundan herhangi bir sapma görürsek numunenin en ilginç kısımlarına odaklanabileceğiz.” diyor.
(Iarpa, programın diğer dört katılımcısı tarafından geliştirilen teknolojilere ilişkin performans verilerini yayınlamadı: MIT ve Harvard Broad Enstitüsü, Harvard Üniversitesi Wyss Enstitüsü, Noblis ve Raytheon).
Ancak platformların doğruluğu artsa bile, bilim insanlarının daha önce hiç görmediği tamamen yeni bir organizmayı tespit edip edemeyeceklerini bilmek zor. Rutgers Üniversitesi’nde moleküler biyolog olan Richard Ebright, herhangi bir teknolojinin biyomühendislik ürünü bir organizmayı kesin olarak tanımlayabileceğine şüpheyle yaklaşıyor. “Tasarlanmış bir genom dizisi ile doğal bir genom dizisini kapsamlı ve güvenilir bir şekilde ayırt edebilecek hiçbir teknoloji yok ve hiçbir zaman da olmayacak” diyor. “Manipülasyon izleri bırakmadan bir genomu manipüle etmenin çok fazla yolu var.”
Buna on yıldan daha uzun bir süre önce geliştirilen ve DNA parçalarını birleştirmek için bakteriyel enzimler kullanan, nükleik asitlerin kesintisiz ligasyonu veya Slice adı verilen bir teknik de dahildir. Seçici yetiştirme ya da seri geçiş gibi eski yöntemlerin de (virüs ya da bakterilerin zaman içinde yeni ortamlarda tekrar tekrar yetiştirilmesi) mühendislik izleri bırakma olasılığının düşük olduğunu söylüyor.
Johns Hopkins Bloomberg Halk Sağlığı Okulu’nda biyogüvenlik konusuna odaklanan kıdemli bir akademisyen olan Gigi Gronvall, yeni bir patojenin genetik diziliminin, bir biyotehdidin tasarlanıp tasarlanmadığını belirlerken dikkate alınması gereken tek faktör olmadığını söylüyor. “Eğer kasıtlı bir kötüye kullanım şüphesi varsa, bunu belirli bir aktöre atfetmek birçok kanıta dayanacaktır” diyor. Yeni bir patojenin nerede ortaya çıktığı, ilk olarak kime bulaştığı ve nasıl yayıldığı gibi faktörlerin dikkate alınması gerekir. “Biyomühendisliğe işaret eden bu imzaları tanımlayabilmek önemli ve umarım bu konuda daha iyi olmaya devam ederiz. Ancak bu hiçbir zaman resmin yüzde 100’ünü oluşturmayacak” diyor.
Elbette mühendislik ürünü organizmaların hepsi tehlikeli değildir. Şirketler bakterileri, virüsleri, bitkileri, hayvanları ve insan hücrelerini hastalıkların tedavisine ya da yeni gıdaların yaratılmasına yardımcı olabilecek faydalar sağlayacak şekilde tasarlıyor. Markowitz, biyomühendislik tespitinin bu şirketlerin fikri mülkiyetlerini korumalarına yardımcı olabileceğini söylüyor.
Ancak teknolojinin ana kullanıcıları muhtemelen hükümetler olacak. Markowitz, Iarpa’nın platformları halihazırda diğer ABD devlet kurumlarının kullanımına sunduğunu söylüyor. (“Bu araçların şu anda nasıl kullanıldığı konusunda konuşamam, ancak birkaç aydır hem yerel hem de uluslararası çok sayıda ortağın elinde olduklarını söyleyebilirim” diyor).
Ve Covid-19 pandemisinin başlarında Iarpa’nın SARS-CoV-2 virüsünün biyomühendislik ürünü olmadığını belirlemek için Felix programının teknolojisini kullandığını doğruladı. SARS-CoV-2’nin bir laboratuvarda tasarlandığı fikri o zamandan beri tamamen gözden düştü, ancak o zamanlar bazı bilim insanları, virüsün yüksek enfektivitesinden sorumlu olan furin bölünme bölgesi adı verilen bir kısmının mühendislik kanıtı olup olmadığını sorgulamıştı, çünkü virüsün en yakın akrabalarından bazıları bu özelliğe sahip değil.
Gronvall, teorinin kısmen bilim insanlarının koronavirüsler hakkındaki sınırlı bilgisi nedeniyle geliştiğini söylüyor. Diğer koronavirüslerin de bu bölgelere sahip olduğu ortaya çıktı. “Koronavirüs ailesine daha fazla bakana ve n’mizin gerçekten düşük olduğunu fark edene kadar sadece şüpheli görünüyordu. Dışarıda olanların sadece çok küçük bir kısmını örnekliyorduk” diyor. “Artık bilgi alanımız daha geniş olduğu için, bu artık o kadar da olağandışı değil.”
Nihayetinde, bu test platformları yalnızca gelecekteki tasarlanmış biyotehditleri tespit etmekle kalmayıp, laboratuvarları bunları ilk etapta yaratmaktan caydırmaya da yardımcı olabilir. Markowitz, “Kötü niyetli herhangi bir aktör, yapmaya çalıştıkları şeyi hızla tespit edecek araçların var olduğunu bildiği için iki kez düşünebilir” diyor.
