GEN TRANSFERİNDE SİHİRLİ BİLEŞİKLER

GEN TRANSFERİNDE SİHİRLİ BİLEŞİKLER:

PLAZMİDLER

Prof.Dr. Sabahattin ÖĞÜN*

978 yılında Bochum Üniversitesi’nde Karl Esser ve arkadaşları, doğada çok sık rastlanan belli türdeki bir man­tar hücresinin (Podospora anserina) neden ve nasıl yaşlandı­ğını araştırırlarken, hiç beklenmedik bir olayla karşılaştılar. Genç mantar hücrelerinde ortaya çıkmayan, yaşlanmaya yüz tutmuş hücrelerde saptadıkları yeni bir bileşiğin varlığı, araş­tırıcıları hayretler içinde bıraktı. Çünkü olay biyoteknolojide gen aşılaması yönteminin daha geniş alanlarda, yeni yeni ufuk­ların ortaya çıkmasını müjdeliyordu (ŞekiH).

Üzerinde çalışılan mantar hücreleri, çekirdekli hücreler­di (eukaryotik hücreler). Gerçi 19601ı yılların sonlarına doğru, yine çekirdekli ve sadece bir hücreden oluşan ekmek maya­sı hücresinde (Saccharomyces cerevisiae), iki mikron büyüklü­ğünde benzer bir bileşiğin varlığının ortaya çıkarılması o za­man bilim dünyasında büyük bir yankı yapmıştı ama, daha sonraları benzer bileşiklere hiç bir çekirdekli hücrede rast­lanmadığından, olay bir istisna olarak geçiştirilmişti. Ortaya çıkarılan bu yeni bileşik, PLAZMİD denilen hücredeki ana DNA’lardan kopmuş,kapalı bir şekle dönüşmüş küçük bir DNA parçacığıydı. Yani yapısında bazlar vardı (A,T,G,C). Ayrıca genetik bilgileri taşıyan genler ve parçalanmış genler mev­cuttu.

Bu buluşla, plazmidlerin sadece çekirdeksiz hücrelere (Prokaryotik hücreler) özgü bileşikler olduğu inancı sarsılmaya başladı. Plazmidler tüm çekirdeksiz hücrelerde bulunur diye bir kural yoktu; ama genelde bakteri ve virüs hücrelerinde bu bileşiklere çok sık rastlanırdı.

Çekirdekli hücrede plazmidin ortaya çıkarılmasından son­ra, araştırmalar bu alanda yoğunluk kazanmış ve günümüze değin birçok bitkisel ve hayvansal kökenli hücrelerde, gene­tik bilgi taşıyan genlerin yer aldığı, çok değişik şekil ve bü­yüklükte plazmitler bulunmuştur, işte bu olaylar, gelecek için gen aşılama yöntemine büyük ümitler bağlamanın nedenini oluşturmaktadır.

İLK GEN AŞILAMA ^ÖWYEWk\

BAKTERİ VE VİRÜSLERDE vne\)LAND\

Genetik bilgilerin depolandığı DNA’ların yapısı aydınlan­dıkça insanoğlu, canlı bir sistemden diğer canlı bir sisteme genetik bilgi aktarma (gen aşılama ya da gen transfer etme) fikrini iyice benimsemeğe başladı ve bu konuda yoğun araştır­maları devreye soktu. Başlangıçta bu gibi çalışmalar, sade­ce bazı bakteri ve virüslerle yapıldı. Bu hücreler çekirdeksiz hücrelerdi ve taşıdıkları tüm genetik bilgiler, sitoplazma için­deki DNA’lar üzerindeydi. Bu DNA’lar kromozomal bir kılıfla kaplı değillerdi, dolayısıyla bunları izole etmek, yapılarını öğ­renmeye çalışmak ve içerdikleri genlerin baz dizilişlerini bul­mak çok zor bir olay değildi. Bütün bu işler için geliştirilen çok pahallı yeni teknolojilerle insanoğlu, bir bakteri veya vi­rüs hücresinden istediği plazmiti rahatlıkla alıyor, bunu belli enzimlerle belli yerlerinden açıyor; açılan yere, aynı türdeki bir bakteri hücresinden alınmış herhangi bir geni ekliyordu. Gen aşılaması, çoğu zaman değişik türdeki bakteriler veya virüsler arasında yapılıyordu. Örneğin, herhangi bir antibi­yotiğe dayanıklı olan bir bakteri hücresinden, bu dayanıklılı­ğı sağlayan gen alınıyor, bu geni taşımayan; yani bu antibi­yotiğe karşı duyarlı olan diğer bir bakteri hücresine aşılanı­yor ve sonuçta bu bakteri hücresi de sözü edilen antibiyotiğe karşı direnç kazanıyordu. Bakteri ve virüsler arasında yapılan gen aşılaması ile elde edilen sonuçlar, hep bu örnekte olduğu gibi dar bir alan içerisinde kalıyordu. Sonuçların uygulama ■iV-KOTida. ekonomik olma açrantonVftty’Mf.tts öcvemi yoktu; çalışmalar salt temel biYım

rağmen elde edilen sonuçlar biraz da abarttarak, uygu\ay\c\\ar tarafından sermaye olarak değerlendirildi ve ticari alanda çok sayıda gen firmaları ortaya çıktı. Aslında bu aşamada gen aşılaması ile elde edilen sonuçlar, çok daha ucuz, klasik genetik yöntemler ile elde edilebilirdi. Her halde, biyoteknoloji kavramına duyulan ürkütücü hayranlık duyguları, ticari alanda biraz istismar ediliyordu. Ama bilimsel çalışmaların yoğunluğu da, blyoteknolojinin gelecek günlerinin çok değişik sürprizlerle dolu olacağına dair bazı önemli sonuçlar veriyordu.

Çekirdekli hücrelerin genetik bilgileri, DNA’lar üzerinde­ki genlerde depolanmıştır. Bu durum, aynen çekirdeksiz hüc­relerdeki gibidir. Başlangıçta, tüm DNA’ların hücre çekirde­ği içerisinde bloke edildiği fikri vardı. Çekirdekteki DNA’lar ince bir protein tabakası ile sarılı olduğundan, bunlara ulaş­mak, gen aşılama yöntemini uygulamak mümkün değildi. Bu nedenle, tüm çalışmalar çıplak bakteri ve virüs DNA’ları İle yürütüldü. Ancak moleküler biyoloji alanında yeni yeni bilgi­ler ortaya çıkınca, çekirdekli hücrelerin mitokondiri adı veri­len hücre organellerinin de kendine özgü DNA’lara sahip ol­duğu; hatta bu DNA’lardaki bilgileri değerlendirip kendine özgü proteinleri sentezleyen özel ribozomları yapısında taşı­dığı ortaya çıktı. Sonuçta, çekirdekli hücrelerin mitokondri- lerl ile bakteri hücrelerinin büyük bir benzerlik içinde olduğu anlaşıldı.

Şekil 4. Mitokondiriyal DNA ve melez plaz- mitlerle gen aşılama.

Birçok araştırıcı eskiden beri bu görüşü bir teori olarak ileri sürer ve mitokondri onganellerinin, çekirdekli hücrelerin evrimleşmesi aşamasında hücreye girip, orada yerleşen bak­teriler tarafından oluşturulduğunu söylerdi. Bugünkü bilgile­re göre, bakteri hücresi İle mitokondri organellerinin biyo­kimyasal ve fizyolojik işlevleri bakımından birbirine çok ben­zemesi, bu teoriyi doğrulamaktadır.

ÇEKİRDEKLİ HÜCRELERLE ÇEKİRDEKSİZ HÜCRELER ARASI GEN AŞILAMA

Mitokondrilerin yapısında da kendine özgü DNA ve de­ğişik şekil ve büyüklüklerde ortaya çıkan plazmidlerin bulun­masıyla, gen aşılama yöntemi daha geniş bir uygulama ala­nı buldu. Ancak burada araştırıcıların karşısına çıkan sorun­lar, pek de öyle kolayca üstesinden gelinecek boyutlarda de­ğildi.

Örneğin çekirdekli bir hücreden alınan plazmid çekirdeksiz hücre içine sokulduğunda, konuk plazmidin ev sahibi hücre içinde fizyolojik etkisini gösteremediği görüldü. Ancak daha sonra aynı plazmid bir bakteri plazmitine aşılandığında (baş­ka bir deyişle, bir bakteri plazmiti taşıyıcı olarak kullanıldı­ğında) oluşan bu melez plazmidin hem çekirdeksiz bakteri hücresinde (E.Coli) hem de çekirdekli mantar hücrelerinde (Padospora anserina) çoğalma yeteneğine kavuştuğunu ve fiz­yolojik etkinliklerini gösterdiğini görürüz (Şekil 3).

Demek ki; çekirdekli bir hücreden alman herhangi bir gen, yalnız başına çekirdeksiz bir hücrenin plazmitine aşılanıp bak­teri hücresine sokulduğunda, hücre bu aşıyı kabul etmemek-

Aşı Tuttu Çoğalma Başladı tedir. Hücrenin aşıyı kabul etmesi için, aşılanacak genle bir­likte, o genin alındığı plazmitin kendine özgü çoğalma böl­gesini de birlikte eklemek gerekir. Kısaca, değişik türdeki hüc­reler arası başarılı bir gen aşısının yapılabilmesi için, çoğal­ma bölgelerinin de birlikte olması zorunludur (siyah renkli böl­geler).

Çoğalma bölgeleri plazmidler içinde bulunabildiği gibi, mitokondriyal DNA’lar içinde de bulunur. Eğer biz bu DNA’- ların çoğalma bölgelerinin nerelerde yer aldığını bilirsek, ora­dan çıkartılan bu parçayı, eklemek istediğimiz genle birlikte yine kendi hücresine verdiğimizde, bu aşı tutmuş olur. Ya­pısında hem mitokondiriyal çoğalma bölgesi, hem de bakte­ri çoğalma bölgesi bulunan melez plazmidler, kendisine ek-