Rekombinant DNA, Klonlama ve kullanımı

Transkript

1 Rekombinant DNA, Klonlama ve kullanımı Betül ÖZTAŞ Gamze ÇALIŞKAN Betül ERÇELİK ÖZET GİRİŞ Günümüzde gen klonlaması çalışmaları; gen izolasyonu, gen bankalarının oluşturulması, genlerin güvenlik altına alınarak onların yapı ve fonksiyonları üzerinde araştırmalar yapılması, klonlanan genlerin üzerinde mutasyonlar yapılarak fonksiyonel bölgelerin belirlenmesi, DNA dizi analizlerinin kolaylaştırılması, DNA aşılarının oluşturulması ve rekombinant proteinlerin açıklatılması gibi amaçlarla yapılmaktadır (1, 5, 22, 36, 37). Bir genin vektöre yerleştirilmesi ve bu vektörün bakteri hücrelerine transformasyonu sonucunda hücrelerin bölünmesi sırasında vektörün de içerdiği genin birçok kopyasını oluşturması işlemine gen klonlaması adı verilmektedir. Klonlamada; virus ve bakteriler, bakteriofajlar, plazmitler, nadiren de kozmid ve mayalar vektör olarak kullanılmaktadır (5, 36, 37). Viral vektörler, genlerin hücrelere aktarılması ve gen ekspresyon çalışmaları için virusların modifikasyonu ile oluşturulmuşlardır. Bakteriofajlar; virus olarak bilinen, bakterileri infekte eden, çoğunlukla DNA nadiren de RNA içeren ve proteinden yapılı kapsit ile çevrilmiş basit yapılardır (5, 37). Kozmitler; cos dizisi ile mid dizisisinin laboratuvar ortamında birleştirilmesiyle oluşturulurken ve 45 kb. lik DNA ların klonlanmasına olanak veren vektörlerdir. Bu amaçla, gen klonlaması, hedef genin seçilmesi, restriksiyon enzimleri ve DNA nın kesilmesi, DNA nın plazmite yerleştirilmesi, rekombinant DNA nın çoğaltılması, klonlanan vektörün hücrelerden seçimi, klonlamanın doğrulanması, plazmitler, gen klonlamada yeni metotlar ve önemli noktalar başlıkları altında konu irdelenmiştir. DNA Hücrelerde meydana gelen metabolik olayların kontrolünde rol alan ve kalıtımı sağlayan moleküllerdir. DNA "Deoksi Ribo Nükleik Asit" isimli bir tür molekül grubunun kısaltılmış ismidir. DNA molekülü, heliks (=sarmal) şeklinde kıvrılmış, iki kollu merdiven şeklindedir. REKOMBİNANT DNA Farklı kaynaklardan gelen moleküllerin birleştirilmesi ile oluşan DNA moleküllerine rekombinant DNA denir. REKOMBİNANT DNA TEKNOLOJİSİ Doğada kendiliğinden oluşması mümkün olmayan, çoğunlukla farklı biyolojik türlerden elde edilen DNA moleküllerinin,genetik mühendislik teknolojisiyle kesilmesine ve elde edilen farklı DNA parçalarının birleştirilmesi işlemlerini kapsayan bir teknolojidir. Bu alanda yapılan işlemler, kısaca genlerin herhangi bir organizmadan alınarak üretilmesi (klonlama) ve üretilen genlerin gerek temel, gerekse uygulamalı araştırmalar için kullanılması olarak özetlenebilir.

2 TARİHÇE: Rekombinant DNA teknolojisine ilişkin deneysel çalışmalar 1944 yılında genetik bilginin nükleik asitlerde depolandığının bulunması ile başlamıştır yılında Nükleik asitlerden biri olan DNA nın çift sarmal ve iki nükleotid dizisinden oluştuğu bulunmuş de genetik kodun işleyişi belirlenmiş da 20 amino asit için tam genetik kodlar bulunmuş de test tüpünde ilk kez bir gen sentezi başarılmıştır yılında ilk kez rekombinant DNA molekülü elde edilmiş da rekombinant DNA teknolojisi ile insülinin biyosentezi gerçekleştirilmiş. Hepatit B viral antijeni klonlanmış ve bu gelişme ile belirli hastalıklara karşı etkili ve koruyucu aşıların yapılabileceği ortaya konmuştur. Rekombinant DNA Teknolojisinde en büyük buluş 1985 yılında, bir ya da iki hücreden elde edilen DNA materyalinin birkaç saat içerisinde çoğaltılarak genetik tanının konmasını sağlayan Polimeraz Zincir Reaksiyonu (Polymerase Chain Reaction PCR) yönteminin uygulamaya konmasıdır. Bu teknoloji bugün temel bilimler, tıp, endüstri, hayvancılık, ziraat, çevre mühendisliği gibi alanlarda yaygın bir biçimde kullanılmaya başlamıştır. Bu teknolojinin bilimsel temeli olan çeşitlenme (rekombinasyon) genetik bir olaydır ve doğada canlılar arasında görülen çeşitliliğin önemli nedenlerinden birini oluşturur. REKOMBİNASYON Farklı genotipteki bireyler arasında eşleşmeler söz konusu olduğunda, ana-babaya ait kalıtsal özelliklerin dölde değişik gruplanmalar halinde bir araya gelmesine yol açan olaylar dizisidir. Bu olay moleküler düzeyde farklı nükleotid dizilerine sahip iki DNA molekülünün kadar, homoloji gösteren bölgeleri arasındaki parça alış- verişi sonucunda meydana gelen yeni gruplamalardır. Bunun için DNA molekülleri arasında kırılmalar meydana gelir ve kırılma bölgelerinde DNA molekülleri arasında parça alışverişi oluşur. onuçta orijinal durumdaki DNA moleküllerine tam olarak benzemeyen ve onlara ait nükleotid dizilerini kısmen taşıyan rekombinant DNA moleküllerioluşur.

3 Homolog çeşitlenme (rekombinasyon), eşeyli üremeyle genelde mayoz bölünmedeki kromozomal parça değişimi sonucunda meydana gelir. Bakterilerde çeşitlenme farklı işleyişlerle, transformasyon konjugasyon ve trandüksiyon olaylarıyla görülür. Bu olayların hepsinin temeli DNA molekülleri arasında homoloji olmasına dayanmaktadır. Bu yüzden doğada çeşitlenme, aynı türe ait bireyler arasında ya da çok yakın türler arasında kısıtlıdır. Farklı türler arasında var olan çeşitli düzeydeki eşleşme engelleri farklı türlere ait bireyler arasında genetik bilgi aktarımına, dolayısıyla da rekombinasyona olanak sağlamamaktadır. Genel olarak ifade edersek; Rekombinant DNA Teknolojisi, bir canlıdan herhangi bir yolla yalıtılan bir genin uygun bir konağın içerisine yerleştirilmesini amaçlayan çalışmalar ait tekniklerin toplamıdır. Rekombinant DNA teknolojisindeki süratli çoklu gelişme gen aktiviteleri ile ilgili çalışmalar yapmak için yeni fırsatlar ortaya çıkarmıştır. Bununla birlikte moleküler biyoloji ve genetik mühendisliği yapılan çalışmalarda, gen aktarım teknolojilerinin önemi gün geçtikçe artmaktadır. Çiftlik hayvanlarına gen transferi; elde edilen yavru sayısı, süt miktarı ve kalitesi,yemden yararlanma kabiliyeti ve hastalıklara direncin yükseltilmesi amacı ile yapılmaktadır. Önemli bir diğer hedef ise transgenik hayvanların organ vericisi haline getirilmesidir Transgenik hayvanlar kendi genomunda başka bir organizmaya ait rekombinant bir geni taşıyan hayvanlar olarak tanımlanmaktadır. TRANSGENİK CANLILAR (GDO) GDO (Genetiği Değiştirlmiş Organizma),bitki ve hayvanların istenilen bir özellik katmak için başka bir canlıdaki genetik özelliği kopyalayarak diğer canlıya aktarılmasına GDO denir. GDO FAYDALARI 1-Besin Kalitesinin ve Sağlığa Yönelik Faydalarının Artırılması 2-Meyve ve Sebzelerin Raf Ömrü ve Kalitelerinin Artırılması 3-Bitkisel ve Hayvansal Ürün Veriminin Arttırılması 4-Yenilebilir Aşı ve İlaç Üretimi 5-İnsan Hastalıklarının Tedavisinde ve Organ Naklinde Kullanılması 6-Bio-fabrikalar ve Endüstriyel Kullanım İçin Ürün Ham Materyali Olarak Kullanımı GDO ZARARLARI 1) Besin Kalitesindeki Değişiklik ve Gıda Güvenliği 2) Allerjik Reaksiyonlar ve Toksik Etkiler 3) Biyolojik ve Genetik Çeşitliliğin Tehdidi

4 4) Çevresel Kaygılar İNSAN GENOM PROJESİ 1990 da başlayıp te sona ermiştir Ana hedef ; bin genin çözümlenmesi insan genomuna 3 milyar baz çiftlik DNA dizisinin çözümlenmesi OLASI FAYDALARI VE RİSKLERİ: Moleküler tıpta teşhisde Hedefe yönlenmiş ilaç tedavileri Gen tedavisi Çevre kirliliğinin azaltılması Biyoarkeoloji ve insan göç yollarının tespiti Genetik Diskriminasyon (ayrımcılık) Ekonomik Sosyal Öjenik Çalışmaların önünü açma riski Ekolojik dengelerin bozulma riski KLONLAMA Klon ifadesi ilk olarak 1903 yılında Webber tarafından, tek bir atadan eşeysiz olarak üreyen organizmaların oluşturduğu kolonileri tanımlamak için kullanılmıştır. Klonlama bugünkü anlamıyla DNA parçalarının, genlerin ve hücrelerin ya da orijinalinin aynısı bireylerin üretimi olarak tanımlanabilmektedir (Lisker 2003). Klonlamanın hedefi sağlıklı, fertil yavrular elde edilebilmesi olduğu için sağlıklı yavruların üretim oranının temel alınması gerekmektedir. KLONLAMA TİPLERİ DNA / Gen düzeyinde klonlama Hücre düzeyinde klonlama Organizma /çekirdek düzeyinde klonlama GEN KLONLANMASI Günümüzde gen klonlaması çalışmaları; gen izolasyonu, gen bankalarının oluşturulması, genlerin güvenlik altına alınarak onların yapı ve fonksiyonları üzerinde araştırmalar yapılması,

5 klonlanan genlerin üzerinde mutasyonlar yapılarak fonksiyonel bölgelerin belirlenmesi, DNA dizi analizlerinin kolaylaştırılması, DNA aşılarının oluşturulması ve rekombinant proteinlerin açıklatılması gibi amaçlarla yapılmaktadır. Bir genin vektöre yerleştirilmesi ve bu vektörün bakteri hücrelerine transformasyonu sonucunda hücrelerin bölünmesi sırasında vektörün de içerdiği genin birçok kopyasını oluşturması işlemine gen klonlaması adı verilmektedir. Klonlamada; virus ve bakteriler, bakteriofajlar, plazmitler, nadiren de kozmid ve mayalar vektör olarak kullanılmaktadır. Klonlama çalışmalarının en önemli basamaklarından biri, hedef genin seçilme aşamasıdır. Yapısal özelliği araştırılacak, DNA ve protein aşısı çalışmalarında kullanılabilecek bir gen klonlama çalışmalarında hedef olarak seçilebilmektedir. Ayrıca elde edilen rekombinant proteinlerin hastalıkların tanısında kullanılabilmesine olanak sağlaması, klonlamada gen seçiminde göz önünde bulundurulan durumlardan biridir. KÖK HÜCRE TEDAVİSİ Kök hücreler, kendilerini yenileme ve farklı hücre tiplerine farklılaşabilme yeteneğine sahip hücrelerdir. Klonlama da DNA parçalarının, genlerin ve hücrelerin ya da orijinalinin aynısı bireylerin üretimi olarak tanımlanabilmektedir. Kök hücrelerin kendilerini yenileme potansiyelleri ve çeşitli hücre tiplerine farklılaşabilmeleri, değişik kök hücre kaynaklarından elde edilebilen bu hücrelerin tedavide kullanılabileceğini düşündürmektedir. Klonlama ve kök hücre teknolojilerinin insan ve hayvan sağlığı açısından önemli araştırma konuları olduğu gayet açıktır. KAYNAKÇA: yal_ pdf 0/6.%20Hafta.pdf

6 Rekombinant DNA, Klonlama ve kullanımı Sorular ve cevapları 1.DNA ve Rekombinant DNA nedir? Hücrelerde meydana gelen metabolik olayların kontrolünde rol alan ve kalıtımı sağlayan moleküle DNA denir. Farklı kaynaklardan gelen moleküllerin birleşmesiyle oluşan DNA moleküllerine Rekombinant DNA denir. 2.Rekombinansı açıklayınız? Genetik çeşitliliğin temelini oluşturur. Farklı genotip bireyler arasında eşleşmeler söz konusu olduğunda ana-babaya(ebeveyne) ait kalıtsal özelliklerin dölde değişik gruplar halinde bir araya gelmesine yol açan olaylar dizisidir. Eşeyli üreme ile genelde mayoz bölünmedeki meydana gelen kromozomal parça değişimi sonucunda meydana gelir. 3. Rekombinant DNA teknolojisini ve kullanım alanlarına yazınız? Bir canlıdan herhangi bir yolla alınan bir genin uygun bir konağın İçerisine yerleştirilmesini amaçlayan çalışmalara ait tekniklerin hepsine Rekombinant DNA Teknolojisi denir. Temel bilimler, tıp, hayvancılık, endüstri, ziraat, çevre mühendisliği gibi bir çok alanda kullanılır.