Susumu Tonegawa Kimdir?

Antikorların ne kadar önemli olduğunu biyoloji ve Tıp ile ilgilenen herkes bilir. İşte bugün Antikor üretim mekanizmasını keşfeden bir Japon dâhiyi tanıtacağız. Gelin bakalım Susumu Tonegawa kimdir?

Vücudumuzun milyonlarca farklı antikor üretebilme mekanizmasını keşfeden, bu çalışmasıyla 1987 yılında tek başına Nobel Fizyoloji veya Tıp Ödülü’nü kazanan Japon moleküler biyologdur. Onun buluşu, bağışıklık sistemimizin nasıl olup da karşılaştığı hemen her yabancı maddeye özel bir “silah” üretebildiğini açıklamış; bu sayede genetik ile immünoloji arasında güçlü bir köprü kurmuştur.

Tonegawa’nın hikayesi aslında tam bir “ikinci perde” hikayesidir. Nobel Ödülü’nü kazandıktan sonra, kendisine dünyanın her yerinden sayısız teklif yağarken o, köklü bir değişim yaparak alan değiştirmiş ve kendini tamamen beyin araştırmalarına, özellikle de öğrenme ve hafızanın moleküler temellerini anlamaya adamıştır. Bu cesur geçiş, onu sadece bir Nobel ödüllü olmaktan çıkarıp, modern sinir biliminin de kurucu isimlerinden biri haline getirmiştir. Bugün, laboratuvarında farelerin beyinlerindeki “anı hücrelerini” (engram) ışıkla yakıp söndürerek, adeta bir bilim kurgu filminin içinde yaşamaktadır.

Susumu Tonegawa Biyografi

Susumu Tonegawa, 5 Eylül 1939 tarihinde Japonya’nın Nagoya şehrinde dünyaya gelmiştir. Bir tekstil şirketinde mühendis olarak çalışan bir babanın üç oğlundan ikincisidir. Babasının işi nedeniyle aile sık sık taşınmış, Tonegawa ve kardeşleri çocukluklarının büyük bir kısmını Japonya’nın küçük taşra kasabalarında, doğanın ve kırsalın geniş özgürlüğü içinde geçirmiştir. Bu taşınma hayatı, onun erken yaşlardan itibaren farklı ortamlara uyum sağlama becerisini geliştirmiştir.

Ergenlik dönemine geldiklerinde, ailesi ona daha iyi bir eğitim fırsatı sunmak için Tokyo’daki amcasının yanına göndermiş ve burada dönemin seçkin okullarından Hibiya Lisesi’ne devam etmiştir. Lise yıllarında kimyaya özel bir ilgi duymaya başlamıştır. Bu ilgiyle, Japonya’nın en köklü üniversitelerinden biri olan Kyoto Üniversitesi’nin Kimya Bölümü’ne girmeye karar vermiş; ilk denemesinde başarısız olsa da, azmi sayesinde 1959 yılında bu bölüme kabul edilmiştir.

Eğitim Hayatı ve Bilimle Tanışması

Tonegawa’nın Kyoto Üniversitesi yılları, Japonya’nın siyasi olarak oldukça çalkantılı bir dönemine denk gelmiştir. Dönemin en radikal solcu öğrenci gruplarının merkezi olan bu okulda, ABD-Japonya Güvenlik Antlaşması’nın yenilenmesine karşı protestolar ve tartışmalar nedeniyle dersler sık sık iptal edilmekteydi. Tonegawa, bu siyasi karmaşanın içinde pasif bir gözlemci olmaktan öteye gidememiş ve sınıf arkadaşlarının çoğu gibi antlaşmanın uzatılmasını büyük bir yenilgi olarak hissetmiştir. İşte bu deneyim, onun asıl hedefi olan kimya mühendisliğinden vazgeçerek akademik hayata yönelmesinde önemli bir rol oynamıştır.

Dönüm noktası, üniversitenin son yılında, ünlü Fransız bilim insanları François Jacob ve Jacques Monod’un “operon teorisi” üzerine yazdığı makaleleri okumasıyla yaşanmıştır. Bu makaleler, onu o dönemde filizlenmekte olan moleküler biyoloji bilimine derin bir hayranlık duymaya itmiştir. Kyoto Üniversitesi Viroloji Enstitüsü’nden Profesör Itaru Watanabe’nin laboratuvarında yüksek lisansa başlamış, ancak sadece iki ay sonra Watanabe ona çok kritik bir tavsiyede bulunmuştur: Japonya’daki moleküler biyoloji eğitiminin yetersiz olduğunu söylemiş ve doktorasını Amerika Birleşik Devletleri’nde yapmasını önermiştir.

Tonegawa bu tavsiyeyi heyecanla kabul etmiş ve 1963 yılında, güzel Kaliforniya’da yeni kurulmuş olan San Diego’daki California Üniversitesi’ne (UCSD) giderek Profesör Masaki Hayashi’nin laboratuvarında lambda fajının transkripsiyonel kontrolü üzerine çalışmış ve 1968 yılında doktora derecesini almıştır.

Doktorasının ardından bir süre aynı laboratuvarda kalan Tonegawa, daha sonra, virüs araştırmalarıyla ünlü, ileride Nobel Ödülü alacak olan Renato Dulbecco’nun Salk Enstitüsü’ndeki laboratuvarına post-doktora araştırmacısı olarak katılmıştır. Dulbecco’nun laboratuvarı, prokaryotlardan (basit hücreliler) ökaryotlara (karmaşık hücreliler) geçiş yapmak isteyen, dünyanın dört bir yanından gelen birinci sınıf bilim insanlarıyla doluydu. Bu ortam, Tonegawa’ya bilimsel araştırmanın en ön saflarında olmanın heyecanını yaşatmıştır.

Ancak, Fulbright bursuyla ABD’de bulunan Tonegawa’nın vizesi 1970 yılında sona erecekti. Yeniden vize alabilmek için ülkeyi terk etmesi gerekiyordu. Dulbecco’nun tavsiyesi üzerine, İsviçre’nin Basel kentinde yeni kurulmuş olan Basel İmmünoloji Enstitüsü’ne başvurmuş ve Nobel Ödüllü efsanevi direktör Niels Kaj Jerne’den iki yıllık bir sözleşme teklifi almıştır. O dönemde immünoloji hakkında neredeyse hiçbir şey bilmeyen Tonegawa, bu yeni maceraya atılmaya karar vermiştir.

1971 yılında Basel’e gelen Tonegawa, çalıştığı laboratuvar ortamına uyum sağlamakta zorlanmıştır. Ancak enstitüdeki immünologların ve genetikçilerin yardımıyla kısa sürede, immünolojinin o dönemdeki en büyük tartışma konusu olan “antikor çeşitliliğinin genetik kökeni” sorusuna odaklanmıştır.

Antikor Çeşitliliğinin Sırrı

Tonegawa’nın Nobel ödülü kazandıran çalışmasının özü aslında biyolojinin en temel sorularından birine cevap vermekti. İnsan vücudu, milyonlarca farklı virüs, bakteri ve yabancı maddeyle savaşabilmek için milyonlarca farklı antikor üretebilir. Oysa ki tüm genetik şifremiz sadece yaklaşık 20.000-25.000 gen içermektedir. Her antikor için ayrı bir gen olsaydı, bu genlerin tüm DNA’mızı kaplaması gerekirdi. Peki, bu kadar az genle, bu kadar çok farklı antikoru nasıl üretebiliyoruz?

Tonegawa, 1976 yılında bu bulmacayı çözmüştür. Fareler üzerinde yaptığı deneylerde, embriyonik (gelişmemiş) farelerdeki DNA ile yetişkin farelerdeki antikor üreten B-lenfosit hücrelerinin DNA’sını karşılaştırdığında, çarpıcı bir fark gözlemledi:

• Embriyonik hücrelerde:Antikor üretiminden sorumlu genler, parçalanmış bir halde, birbirinden ayrılmış olarak bulunuyordu.
• Yetişkin B-lenfositlerde:Bu parçalanmış gen parçalarının, bir araya gelerek birleştiğini ve işlevsel bir gen oluşturduğunu gördü.

Bu süreç, V(D)J rekombinasyonu (Rekombinasyon: Gen parçalarının birbiriyle yer değiştirmesi) olarak adlandırılmaktadır. Tonegawa’nın keşfettiği şey şuydu: Vücudumuz, antikor üreten hücrelerimiz (B-lenfositler) olgunlaşırken, DNA’mızdaki bu gen parçalarını adeta bir oyun hamuru gibi yoğurarak, farklı parçaları bir araya getirerek rastgele yeni ve benzersiz genler oluşturur. Her bir B-lenfositi, kendine özgü bir antikor üretmek üzere bu genetik “lego”yu kendi tarzında birleştirir. Bu sayede, sınırlı sayıda gen parçasıyla sınırsıza yakın bir antikor çeşitliliği elde edilir.

Bu keşif, yüzyılı aşkın bir süredir immünolojinin en büyük gizemini çözmüş ve Tonegawa’ya 1987 yılında Nobel Fizyoloji veya Tıp Ödülü’nü kazandırmıştır. Bu ödülü kazanan ilk ve tek Japon bilim insanı olmak gibi bir unvanı da bulunmaktadır.

Nobel’den Sonra Sinir Bilimine Geçiş

Çoğu bilim insanı Nobel Ödülü’nü kazandığı alanda çalışmalarına devam ederken, Tonegawa çok farklı bir yol izledi. 1981 yılında MIT’deki (Massachusetts Teknoloji Enstitüsü) görevine başladıktan sonra, yavaş yavaş immünolojiden uzaklaşarak kendini tamamen yeni bir alana, beynin sırlarını çözmeye adadı.

Bu geçişin ardında yatan nedenlerden biri, immünolojideki büyük sorunun çözülmüş olmasıydı. Tonegawa, kendini bildi bileli hayatının en büyük merak konusu olan “öğrenme ve hafıza”nın moleküler temelini anlamak istiyordu. 1994 yılında MIT’de Öğrenme ve Hafıza Merkezi’ni kurmuş, daha sonra bu merkez onun onuruna Picower Öğrenme ve Hafıza Enstitüsü adını almıştır. Ayrıca, Japonya’nın en büyük araştırma kurumu olan RIKEN’in Beyin Bilimi Enstitüsü’nün de direktörlüğünü yapmıştır.

Beyindeki “Anı Hücreleri”nin (Engram) Peşinde

Tonegawa’nın sinir bilimindeki en büyük katkısı, beynimizde anılarımızın nerede ve nasıl depolandığını gösteren “engram hücreleri” (anı hücreleri) üzerine yaptığı çığır açıcı çalışmalardır.

1900’lerin başında Richard Semon adlı bir bilim insanı, anıların beyinde fiziksel bir iz bıraktığını ve bu izin depolandığı hücre topluluklarına “engram” adını vermişti. Ancak neredeyse bir asır boyunca kimse bu hücreleri bulamamıştı. Tonegawa ve ekibi, transgenik fare teknolojisi ve optogenetik gibi devrim niteliğindeki yöntemleri kullanarak, 2012 yılında bu teorik kavramı somut bir şekilde kanıtlamışlardır. Tonegawa’nın laboratuvarı, farelerin hipokampus bölgesindeki belirli bir hücre grubunu (engram hücrelerini) ışıkla kontrol edilebilir hale getirmiştir.

Deneyler, bir farenin beyninde bir “korku anısı” oluştuğunda hangi hücrelerin aktif olduğunu etiketlemiş ve daha sonra bu hücreleri hiçbir korku uyaranı olmadan sadece ışıkla uyardıklarında, farenin o anıyı hatırlayarak donup kaldığını gözlemlemişlerdir. Bu, bir anının beyindeki fiziksel bir hücre topluluğu olduğunu göstermenin yanı sıra, anıların manipüle edilebileceğinin de ilk kanıtı olmuştur.

Daha da ilginci, aynı ekip 2013 yılında farelere “sahte anı” (false memory) oluşturmayı da başarmıştır. Hiç gitmediği bir ortamla ilgili korku anısını, beynindeki farklı anı hücrelerini oynatarak fareye “hatırlatmışlardır”. Bu çalışmalar, Alzheimer hastalığı travma sonrası stres bozukluğu (TSSB) ve depresyon gibi hafıza bozukluklarının tedavisi için tamamen yeni yaklaşımların önünü açmıştır.

Tonegawa halen MIT’de Picower Biyoloji ve Sinir Bilimi Profesörü olarak görev yapmakta, Howard Hughes Tıp Enstitüsü’nde araştırmacı ve RIKEN-MIT Sinir Devresi Genetiği Merkezi’nin direktörlüğünü yürütmektedir. Laboratuvarı bugün hala anı biliminin en ön saflarında yer almakta ve şu konular üzerinde yoğunlaşmaktadır:

• Anı Birleştirme ve Sıkıştırma (Chunking):Beynimizin, birbirini takip eden ayrı olayları nasıl birleştirerek tek bir “episodik anı” haline getirdiğini araştırmaktadır. Bu süreci “chunking” (parçalama) kodu olarak adlandırmaktadır.
• Beyin Haritalaması:Tek bir anının beynin farklı bölgelerine nasıl dağıldığını ve bu bölgeler arasındaki iletişimi incelemektedir.
• Alzheimer ve Depresyon:Alzheimer hastalığında geriye dönük amnezi (eski anıları hatırlayamama) mekanizmalarını ve depresyonun altında yatan beyin devrelerini araştırmaktadır.

Susumu Tonegawa, modern bilimin belki de en sıradışı kariyerlerinden birine sahiptir. Moleküler biyolojide başlayan, immünolojide Nobel ile zirveye ulaşan ve sonunda sinir biliminin en gizemli sorularına ışık tutan bu yolculuk, onun sınırsız merakını, cesaretini ve bilimsel dehasını kanıtlamaktadır.

 

Bilgi	Detay
Gerçek Adı	Susumu Tonegawa
Doğum Tarihi	5 Eylül 1939
Doğum Yeri	Nagoya, Japonya
Boyu	Bilinmiyor
Kilosu	Bilinmiyor
Burcu	Başak
Medeni Hali	Evli
Eğitimi	Kyoto Üniversitesi (Lisans); University of California, San Diego (PhD, 1968)
İnsanlığa Kattığı Şeyler	Antikor çeşitliliğinin genetik temelinin (V(D)J rekombinasyonu) keşfi, Nobel Ödülü, anı engram hücrelerinin tanımlanması, sahte anı oluşturma deneyleri, MIT Picower Enstitüsü’nün kurulması

Kaynakça

• Nobel Vakfı. (1987). Susumu Tonegawa – Biographical. org.
• MIT Department of Biology. (tarih yok). Susumu Tonegawa – Faculty Profile. Cambridge, MA: MIT.
• Tonegawa Lab. (tarih yok). Susumu Tonegawa – Short Biography. Cambridge, MA: MIT.
• RIKEN-MIT Laboratory for Neural Circuit Genetics. (2019). Neuroscience of Learning and Memory – Lecture Abstract.
• (2024). Susumu Tonegawa.
• Oxford Reference. (tarih yok). Susumu Tonegawa – Overview. Oxford University Press.