KEMİK NEDİR?

Organizmaya şekil veren ve destek görevi gören kemik; doku, hücreler, ara madde (matriks) ve kollajen liflerlerden oluşmuştur. Kemik ara maddesi kalsiyum karbonat ve kalsiyum fosfat mineral tuzları içermektedir. Bu minerallerin depolanması da kemiğin vücuttaki en sert doku olmasını sağlamıştır. Kemik ara maddesi (matriks) organik ve inorganik bileşenlerden oluşmaktadır. Organik matriksin % 90-95’i kollajen tip 1, geri kalan kısım ise glikozaminoglikanlar (kondroitin sülfat, keratan sülfat ve hiyaluronik asit), glikoproteinler (osteokalsin, osteonektin, osteopontin), proteoglikonlar ve proteinlerden (sialoprotein) oluşur. İnorganik ara madde ise; %85 kalsiyum fosfat, %10 kalsiyum karbonat, kalsiyum florid, magnezyum florid, hidroksit ve sülfat bileşiklerinden oluşur. İnorganik bölüm, kemik dokusunun %70’ini oluşturmaktadır.  (İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ-ANTİK DNA ÖRNEKLERİNDE TİCARİ STR KİTLERİNİN KARŞILAŞTIRILMASI-Fulya Eylem YEDİAY)

HİDROKSİAPATİT NEDİR?

• Kemik yapısındaki kalsiyum fosfor, hidroksiapatit kristallerini oluşturur. Hidroksiapatit kristalleri, kemikte kollajenlerle beraber kemik sertliğini ve dayanıklılığını sağlamaktadır. Kolajen ve hidroksiapatit birbirine güçlü bir şekilde bağlıdır, bu nedenle yumuşak doku kaybolduktan uzun süre sonra bile kemik varlığını sürdürür. Kemik yıkımı veya diyajenez, kolajenazların (enzimlerin) kolajene saldırması, onu amino asitlere indirgemesi ve protein-mineral bağını zayıflatmasıyla başlar. Mineraller çevreye sızmaya karşı hassastır ve bu süreç su ve mikroorganizmalar tarafından daha da kötüleştirilir. Bu durum kemik en sonunda parçalanana kadar devam eder. (İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ-ANTİK DNA ÖRNEKLERİNDE TİCARİ STR KİTLERİNİN KARŞILAŞTIRILMASI-Fulya Eylem YEDİAY)
• Kalsiyumun kemikteki kaybı fosfordaki artış ile dengelenir. Ca dış ortama verilirken P dış ortamdaki başka bir element ile yer değiştirir. Bu kimyasal bozulma yetişkin-altı bireylere ait iskeletlerde yetişkin bireylere göre daha fazla gerçekleşmektedir. pH’ın düşük olduğu ortamlarda mikrobiyal aktiviteler sonucunda hidroksiapatit sulu asidik kalsiyum fosfat minerallerine dönüşür. Bu nedenle kazıdan toprak örneği alınarak pH değeri belirlenir ve hasarın etkeninin toprak olup olmadığı değerlendirilir. Hidroksiapatitin en kararlı hali pH 7,8’de dir. pH 6-7 arasında hidroksiapatit oktakalsiyum fosfata dönüşür. Çevrede bulunan su, hidroksiapatitin parçalanmasında en büyük etkendir. Asidik topraklarda kemiğin yapısında bulunan kalsiyum fosfat çözülerek hidroksiapatit parçalanır. Kireç taşı ve çömlek gibi alkali yapılar kemikte bulunan hidroksiapatit, asitin degradatif etkilerine karşı korur.(Hacettepe Üniversitesi Sosyal Bilimler Enstitüsü Antropoloji Anabilim Dalı ÇİNE-TEPECİK İNSAN İSKELET KALINTILARININ ARKEOGENOMİK ANALİZİ-2019)

• Hidroksiapatit ve kollajen yapının tespiti DNA varlığıyla ilişkilendirilmiştir. Antik DNA’nın varlığının hidroksiapatit artışı ile ters, kolajen miktarı ile doğru orantılı olduğu bildirilmiştir. Kemiklerdeki DNA’nın varlığı hidroksiapatit ve kollajen tespitiyle belirlenebilir. Hidroksiapatit, kemik ve dişin en önemli birleşenlerinden biridir. Kemik dokusu, kollajen ve inorganik mineral olarak adlandırılan hidroksiapatitten oluşmuştur. (Ankara Üniversitesi- BAZI ANADOLU ANTİK KENTLERİNDEKİ KAZILARDAN ÇIKARILAN KEMİKLERİN DNA ANALİZİ – Evrim TEKELİ- 2017)
• Hidroksiapatitteki kristalleşme DNA varlığı ile ters orantılıdır. Kristalleşme arttıkça DNA miktarında azalma görülmektedir. (Hacettepe Üniversitesi Sosyal Bilimler Enstitüsü Antropoloji Anabilim Dalı ÇİNE-TEPECİK İNSAN İSKELET KALINTILARININ ARKEOGENOMİK ANALİZİ-2019)

HİDROKSİAPATİT NEDEN DNA’DAN UZAKLAŞTIRILMALIDIR?

DNA’ya bağlanan hidroksiapatit DNA degredasyonunu yavaşlatır. Bu yüzden antik DNA çalışmalarında kemik doku kullanılmaktadır. Ancak iskeletler organik ve inorganik materyal içerdiği için kemikten yapılacak olan DNA çalışmalarında hidroksiapatitin DNA’dan uzaklaştırılması gerekir. Bunun için kemik örnekleri EDTA solüsyonu ile dekalsifiye edilir ve hidroksiapatitin DNA’dan uzaklaştırılması sağlanır. (Ankara Üniversitesi- BAZI ANADOLU ANTİK KENTLERİNDEKİ KAZILARDAN ÇIKARILAN KEMİKLERİN DNA ANALİZİ – Evrim TEKELİ- 2017) Fakat EDTA aynı zamanda bir PCR inhibitörüdür, bu nedenle sonraki işlemlerden önce kalsiyum ve kollajen ile birlikte çıkarılması gerekir. (Investigative Genetics 2013-Targeted sampling of cementum for recovery of nuclear DNA from human teeth and the impact of common decontamination measures)

Arkeolojik kemiklerde DNA varlığı ile kolajen miktarı arasında ilişki bulunmaktadır. Yüksek miktardaki kolajen kaybı, mikroorganizmalardan kaynaklıdır. Bu kayba yol açan mikroorganizma ise genellikle Clostridium histolyticum olarak bilinmektedir. Bu mikroorganizma kollajeni parçalayan kolajenaz enzimini üretir ve kemikteki kolajenin histolojik yapısını bozar. (Hacettepe Üniversitesi Sosyal Bilimler Enstitüsü Antropoloji Anabilim Dalı ÇİNE-TEPECİK İNSAN İSKELET KALINTILARININ ARKEOGENOMİK ANALİZİ-2019)

•Arkeolojik örneklerde DNA hasarı sıcaklık, yükselti, toprak yapısı, biyokimyasal reaksiyonlara bağlı olarak değişmektedir. Tip 1 kolajene DNA’nın bağlanması veya hidroksiapatite DNA’nın tutunması DNA’yı stabil yapabilmektedir. Bununla birlikte, ortamın sıcaklığı, su ve oksijene yakınlığı, pH’ı, tuz içeriği, radyasyona maruz kalma gibi çeşitli çevre koşulları DNA’nın bozunmasını artırmaktadır. DNA’nın kuru ve soğuk ortamlarda daha iyi korunduğu, DNA hasarının az olduğu bildirilmiştir. Örneğin kutuplara yakın yerlerden (tiyal tabakası) alınan örneklerden elde edilen DNA’nın kalitesi sıcak (tropik) bölgelerden daha iyidir. Ancak bu her zaman geçerli olmayabilir. Bazen, aynı bölgelerden elde edilen örnekler arasında DNA elde etmedeki başarı oranı şaşırtıcı bir şekilde farklı olabilmektedir. Bu durumun, aynı bölgelerden alınan örneğin fosilleşme süreci ve kazı sonrası süreci ile açıklanabileceği bildirilmiştir. Bu yönde yapılan çalışmalar sonucunda, yeni kazılarak çıkarılmış kemiklerden, müzede bekletilenlere göre altı kat daha fazla DNA elde edildiği ve iki kat daha fazla DNA dizini elde edildiği belirlenmiştir. Özellikle, sıcaklığın antik DNA molekülünün uzun ömürlü olmasında kilit rol oynadığı düşünülmektedir. (İSTANBUL ÜNİVERSİTESİ-ANTİK DNA ÖRNEKLERİNDE TİCARİ STR KİTLERİNİN KARŞILAŞTIRILMASI-Fulya Eylem YEDİAY)

•Biyolojik materyalin bozunması, bir dizi kimyasal reaksiyonun sonucu olarak meydana gelir ve otoliz, 34°C–40°C’de maksimum kimyasal aktivite gösterir. Sıcaklık, biyolojik ayrışmayla ilişkili mikrobiyal aktiviteyi etkiler ve daha yüksek sıcaklıklar mikrobiyal büyümeyi teşvik eder. Bu nedenle, daha düşük sıcaklıklar genel olarak DNA’nın korunmasını destekleyecektir. Bununla birlikte, araştırmalar, kemiği kırılgan hale getirdiği ve saflaştırma işlemi sırasında DNA’yı daha iyi serbest bırakabildiği için sert dokulardan DNA verimini artırmak için hafif ısıtmanın faydalı olabileceği bazı durumlar olduğunu düşündürmektedir. (DNA recovery and analysis from skeletal material in modern forensic contexts – Krista E. Latham and Jessica J. Miller – 2019)

•Ortamındaki nemin varlığı biyolojik ayrışmayı etkileyebilir. Su molekülleri, DNA moleküllerini parçalamak ve değiştirmek için hareket eden hidrolitik reaksiyonlara katılır. Genel olarak, ortamda ne kadar fazla yeraltı suyu veya nem varsa, DNA hasarı olasılığı o kadar yüksektir. Bununla birlikte, belirli su ortamlarının diğer çevresel değişkenlerin moleküler korumayı etkileyebileceği durumlar vardır. Örneğin, bir turba bataklığına gömmek aslında DNA’nın korunması için faydalı olabilir çünkü düşük oksijenli bir ortam yaratır ve tuzlu suya gömmek mikrobiyal aktivite seviyelerini azaltarak DNA bozulmasını yavaşlatabilir. Öte yandan, yeraltı suyu kemik bozulmasına katkıda bulunur ve bu da DNA kaybına katkıda bulunur. (DNA recovery and analysis from skeletal material in modern forensic contexts – Krista E. Latham and Jessica J. Miller – 2019)

•Oksijen molekülleri, DNA bazlarını değiştiren ve DNA zincirlerinde lezyonlar oluşturan oksidatif reaksiyonlara katılır. Bu süreç, daha sonraki genetik analizleri karmaşıklaştırabilecek sarmal bir bozulmaya yol açar. Ek olarak, oksijen seviyeleri mikrobiyal ayrışmanın hızını ve kapsamını etkiler. Bu nedenle, oksijen açısından zengin ortamlar daha fazla DNA bozulmasına yol açacaktır. (DNA recovery and analysis from skeletal material in modern forensic contexts – Krista E. Latham and Jessica J. Miller – 2019)

•Hem endojen hem de eksojen mikroorganizmalar biyolojik ayrışmaya katkıda bulunur. Mikroplar DNA’yı doğrudan sindirmezler, bunun yerine kemiğin protein bileşenini sindirerek iskelet DNA’sını hasara daha yatkın hale getirirler. Ayrıca biyolojik ayrışmaya katılan mikroorganizmalar, DNA moleküllerini parçalayan enzimler üretir.  Genel olarak, daha fazla mikrobiyal erişim, daha fazla DNA bozulması ile sonuçlanır. (DNA recovery and analysis from skeletal material in modern forensic contexts – Krista E. Latham and Jessica J. Miller – 2019)

• Toprağın kimyasal bileşimi, iskelet DNA molekülleri üzerinde daha sonra yapılacak genetik analizleri karmaşıklaştırabilir. Tanenler ve hümik asitler gibi toprak çözünen maddeleri, ekstraksiyon işlemi sırasında DNA ile birlikte saflaştırılabilir ve sonraki bazı genetik analizleri inhibe edebilir. (DNA recovery and analysis from skeletal material in modern forensic contexts – Krista E. Latham and Jessica J. Miller – 2019)
• Biyolojik ayrışma, asidik ve alkali (nötr yerine) ortamlarda daha hızlı gerçekleşir. Hidroksiapatit ve DNA’daki kimyasal modifikasyonlar, çökelme ortamının pH’ından etkilenir. Mikrobiyal ayrışma hızı, çökelme ortamının pH’ından da etkilenir. Böylece DNA, nötr veya nötre yakın ortamlarda hasara daha az eğilimlidir. (DNA recovery and analysis from skeletal material in modern forensic contexts – Krista E. Latham and Jessica J. Miller – 2019)

Kullanılan Kaynaklar

Bu metinde kullanılan bütün kaynaklar aşağıda yer almaktadır. Makaleleri pdf şeklinde görmek için üzerine tıklayabilirsiniz.