Genetik MühendisliM. hendisliği BYM613. Mutasyonlar ve Doğal Gen Transfer Mekanizmaları. MUTASYON bir canl. Hacettepe Üniversitesi

Transkript

1 BYM613 Genetik MühendisliM hendisliği Mutasyonlar ve Doğal Gen Transfer Mekanizmaları Hacettepe Üniversitesi Biyomühendislik BölümüB Güz G z DönemiD Dr. Eda Çelik-AKDUR edacelik@hacettepe.edu.tr MUTASYON bir canl bir canlının genomu içindeki indeki DNA ya da RNA diziliminde meydana gelen kalıcı değişimlerdir. imlerdir. Mutasyonlar geri dönüşümsd msüzdür. Spontane veya uyarılm lmış olabilir Mutasyona sahip bir organizma mutant olarak adlandırılır. r. 2 1

2 Sessiz mutasyon fenotipte etkisi olmayan Yanlış anlamlı veya anlamsız (dur kodonu oluşur) ur) mutasyonlar kodlanan proteinin amino asit dizisinde değişiklikler iklikler oluşur, ur, ölüme bile neden olabilir. Oksitlenme, alkilleyeci ajanlar gibi DNA da meydana gelen hasarlar hariç Biyoteknolojik yöntemlerle y mutasyonlar oluşturulabilir ve mutant suşlar elde edilebilir 3 Mutasyonlar Nasıl l Gerçekle ekleşir? Nokta Mutasyonları = Tek baz değişimi imi Bir bazın n (A, T, G, C) başka bir bazla yer değiştirmesi Zincire bir ya da daha çok bazın n eklenmesi Zincirdeki bazların eksilmesi Replikasyon hatası Ör: E. coli deki spontan mutasyon oranı, replikasyon sırasında zincire eklenen10 10 bazda yaklaşık bir bazdır. 4 2

3 Çerçeve eve Kayması Mutasyonları Çerçeve eve kayması mutasyonu bir genin protein kodlayan kısmk smında ya birkaç baz çiftinin girmesi ya da çıkması ile oluşan mutasyon çeşididir. Bu girme ya da çıkma noktasından ndan itibaren kodonların n doğru okuma çerçevesinde evesinde bir kayma olur, protein farklı kodlanır. 5 Geri Mutasyon - Reversiyon Mutantlar, kendi DNA'larında oluşan bazı mutasyonlar sonucu tekrar orijinal (parental) veya doğal formlarını kazanabilirler (geri mutasyon). Bu olguda, değişen en amino asit tripleti, geri mutasyonla tekrar orijinal amino asiti kodlayan triplet haline gelebilir. Canlılar lar tekrar orijinal fenotipik karakterlerine kavuşabilir. abilir. Böyle B durumlara, aynı gende oluşan supresör r mutasyonlar (intragenik) veya kromozom üzerinde başka gende meydana gelen mutasyonlar (ekstragenik supresörler) rler) yol açabilirler. a abilirler. 6 3

4 İndüklenmiş ve/veya Yapay Mutasyonlar Eğer hücreler h mutajenik ajanlara (kimyasal, fiziksel, biyolojik, vs.) maruz kalırsa (doğada veya labda), mutantlar meydana gelebilir. Mutajenler spesifik değildir. 7 Mutajenler Sıcaklık, manyetik ve elektriksel alan, UV, proton, nötron ışınlamaları gibi etkenler genellikle baz çifti değişimlerine yol açarlar. Sıcaklığın her 100 C yükseltilmesiyle organizmalarda mutasyon oranı ~ 5 kat artar. X ve γ ışınları gibi iyonlaştırıcı ışınlar kuvvetli fiziksel mutagenlerdir. Çoğunlukla büyük, bazen de nokta mutasyonlar meydana getirirler. Bazı kimyasal maddeler, hücrenin yaşam çevriminin herhangi bir evresinde, DNA yı doğrudan etkileyerek bazların kimyasal yapısını değiştirebilirler. 8 4

5 Spontan Mutasyonlar Belirli bir dış etki olmaksızın, normal hücresel etkinlikler ya da ortamla gelişi güzel etkileşimlerin sonucunda ortaya çıkan mutasyonlar. Mutasyonların kendiliğinden meydana gelme olasılığı çok düşük. Genelde, tek bir gende kendiliğinden mutasyon olasılığı her dölde (her replikasyon sırasında) hücre başına ~ Uyarılm lmış Mutasyonlar Mutajen adı verilen kimyasal veya fiziksel etkenlerle meydana gelen mutasyonlardır. Mutajenlerin kullanılması mutasyon meydana gelme olasılığını çok artırır. DNA da bazı bölgelerde (sıcak bölge) mutasyon oranı daha yüksek olabilir. Bir mutajenin etkinliği, arka planın üzerine, mutasyon derecesini ne kadar yükselttiğiyle değerlendirilir. Mutajenler genellikle genler üzerinde fark gözetmeden etkili genelde genlerin yapay mutasyona uğrama şansları eşittir. 9 Mutantlar hücre fizyolojisinin anlaşı şılabilmesi için i in araç endüstriyel organizmalar kadar değerli erli - kapasite üstü üretim için i in kullanılma lma şansına na sahip Mutasyonun uyarılmas lması ve mutant seçimi bioproses uygulamaları için in önemlidir Ölümcül l mutasyon => mutantı inceleyemeyebiliriz 10 5

6 Örnek Cynthia Kenyon, Seçilebilir Mutasyon Mutant hücrelerin h yaşayabilece ayabileceği önceden belirlenmiş çevre koşullar ulları vardır. r. Mutant suş,, bu koşullarda yaşamay amayı başar arırken rken doğal suş ölür; bu sayede mutant seçimi yapılm lmış olur. Seçilemeyen Mutasyon Doğal ve mutant suşlar ların ayırt edilebileceği i bir kültür r ortamı hazırlanamaz. Mutant hücreler h hücre h hücre denenerek tespit edilir. High-throughput screening?! 12 6

7 Direk veya Dolaylı Seçim Ör: Antibiyotik resistansı -> > direk Lizin oksotrof (auxotroph) -> > dolaylı Sıcaklığa a duyarlı -> > koşullu 13 Replicate Plating Belli bir suş soyunun, belli bir metabolit için i in oksotrof olup olmadığı ığını anlamaya yarayan hızlh zlı bir görüntg ntüleme tekniğidir. idir. 14 7

8 Replicate Plating 15 Site-Directed Mutagenesis Bölgesel YönlendirilmiY nlendirilmiş Mutasyon Labda mutant yaratmak için kullanılan yöntemin temeli => Hazır kitleri mevcut 16 8

9 BAKTERİLER LERİN N DOĞAL GEN TRANSFER MEKANİZMALARI 1. Genetik Rekombinasyon 2. Transformasyon 3. Transdüksiyon 4. Epizomlar ve Konjugasyon 5. Transpozonlar: İç Gen Aktarımı 17 1.Genetik Rekombinasyon DNA molekülüne ait parçaların (DNA dizilerinin) birbirlerine göre yerleşimlerinin çeşitli yollarla değişmesiyle meydana gelen yeni yerleşim düzenlemelerine rekombinasyon denir. Günümüzdeki tüm organizmaların DNA ları rekombinanttır. Genomda şifrelenen ve aktiviteleri düzenlenen enzimler tarafından katalizlenen temel bir süreçtir. Homolog rekombinasyon gen aktarımında kullanılan bir tekniktir. 18 9

10 Homolog Rekombinasyon Bir bireyin sahip olduğu DNA moleküllerinin veya aynı türe (ya da yakın türlere) ait bireylerin DNA larının homoloji (benzerlik) gösteren bölgeleri arasında parça hareketleridir. Ökaryotlarda crossing-over yoluyla, bakterilerde transformasyonla gerçekleşir Transformasyon Bakterilerde transformasyon, hücre veya proteinlerle beraber olmayan DNA'nın alınması sonucu meydana gelen istikrarlı kalıtsal değişiklik olarak ifade edilebilir. Bakterinin ortamdan yabancı DNA'yı içine alabilme özelliğine yetkinlik (competence) adı verilir. Yetkinliğin iki tipini ayırd etmek gerekir: Doğal Yetkinlik: Bu türler, DNA'nın hücre zarı içinden içeri taşınmasını sağlayan mekanizmalar için gereken genlere sahiptir. Yapay Yetkinlik: Yapay yetkinlik için gerekli proteinler hücrenin genleri tarafında kodlanmaz. Laboratuvar işlemleri ile, yani doğada normalde rastlanmayan şartlar altında, hücre zarı 'nın DNA'ya geçirgen olması sağlanır

11 3. Transdüksiyon Bir bakteriden (verici) diğerine (alıcı) ) bir bakteriyofaj aracılığı ığıyla DNA molekülü parças ası taşı şınması olayıdır. İkiye ayrılır; r; 1. Genel (kısıtl tlı olmayan) transdüksiyon : Virüs s DNA sı kromozoma entegre olmaz 2. Özel (kısıtl tlı ) transdüksiyon: Virüs s DNA sı kromozoma entegre olur

12 4. Epizomlar ve Konjugasyon Epizom, konak organizmanın kromozom DNA sı ile bütünleşebilen bir plazmiddir (Ör: F plasmid). Bu yüzden uzun süre bütünlüğünü koruyabilir, her hücre bölünmesinde kopyalanır ve genetik yapının bir parçası olarak varlığını sürdürür. Konjugasyon, bakteriler arasında direk temas ve köprk prü oluşmas ması suretiyle verici DNA segmentlerinin alıcı hücrelere geçmesidir Transpozonlar Transpozonlar bakteri DNA sı, plazmidleri ve bakteriofajları arasında yer değiştiren DNA parçacıklarıdır. Yer değiştirdikleri için bunlara aynı zamanda sıçrayıcı genler de denir. Bakterilerde genelde antibiyotik resistansını kodlarlar. Insanlarda da mevcuttur. Tranpozonların kimi kendini kopyalayarak, kimi kendini çevreleyen DNA'dan kesip çıkarak hareket eder. Bu özelliklerinden dolayı, bilim adamları transpozonları canlılardaki DNA'yı değiştirmek için bir araç olarak kullanırlar