GEN TRANSFERİNDE SİHİRLİ BİLEŞİKLER:
PLAZMİDLER
Prof.Dr. Sabahattin ÖĞÜN*
1 |
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.
* Trakya Üniversitesi Öğretim Üyesi, TÜBİTAK VHAG Grup Y’ür. Kom. Üyesi.
Şekil 1. Petri kutusunda kültüre alınmış Podospora anserina mantar hücreleri (solda genç plazmid taşımayan, sağda yaşlı, plazmid taşıyan hücreler). |
Şekil 2. Yaşlı Podospora anserina hücrelerinden elde edilen 2539 baz çiftinden oluşmuş kapalı şekilli plazmitin elektromik- roskoptaki görünüşü. |
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-
Aşılama
|
Saccharomyces cerevisiae
|
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-