Genlerin Klonlanması ve Gen Terapisi

Genlerin Klonlanması

Belirli bir ökaryotik genin büyük miktarda ve tam bir kopyasını ya da klonunu oluşturmak için gereken en önemli şey gen ürününü imal etmeye özelleşmiş hücreleri tespit etmektir. Yani eğer elde edilmesi istenen ürün insülin ise pankreas hücrelerini kullanmak gibi. Bu tip hücrelerin sitoplazmalarında özel ürünlerini kodlayan çok sayıda mRNA molekülü bulunur. Bu mRNA’lar tabiki çekirdekte intronları ayrılmış halde bulunurlar. Ağırlık gibi fiziksel karakterler kullanılarak belirli mRNA parçacıklarını ayırmakta yararlanılan teknikler vardır ve böylece özelleşme hücrede inanılmaz yoğunlukta bulunan mRNA’lar izole edilebilmektedir. Yine yalnızca nadiren transkripte edilen genlerin mRNA’larını da ayırmak için bazı teknikler varır.

Uygun mRNA izole edildikten sonra ikinci aşama bir retrovirüsten gelen ters transkriptaz kullanılarak bundan tek iplikçikli DNA elde etmektir. Daha sonra DNA ipliğini tam baz çiftleri halinde replike etmek için DNA polimerazlar kullanılır. Bu işlem sonucunda transkriptin ikili sarmal yapısının ikinci iplikçiği meydana gelir. Plazmitler içerisine yabancı DNA sokabilmek için uygulanan ve daha önce bahsedilen işlemler yapıldıktan sonra bir restriksiyon endonük leaz plazmiti kesip açar, böylece bir çift yapışkan uç meydana gelir. Yapışkan uçları olan klonlanan DNA normal retrovirüsler tarafından oluşturulan cDNA’ya eşdeğer olarak eklenir ve plazmit DNA ile cDNA birbirine kaynaşır; DNA iskeletindeki bağlar bir ligaz tarafından yenilenir; ve plazmit konak bir bakteriye girer. Bu işlemin iki önemli avantajı vardır; birincisi uygun cDNA kullanıldığından istenen geni içeren bakteriyi bulmak için kullanılan pahalı yönteme gerek duyulmaz ve ikincisi prokaryotlar tarafından uzaklaştırılamayan intronlar daha mRNA oluşumu sırasında elemine edilmiştir. Transforme olan bakteri hücreleri hızla büyür ve bölünerek istenen ürünü sentezleme yeteneğine sahip yüzlerce yeni hücre meydana gelir.
İnsülin dışında bu teknik, özellikle sentezlenmesi zor olan çok sayıda hormon (büyüme hormonları daha öncelikli olarak) elde etmek için kullanılmaktadır. Rekombinant inek büyüme hormonu ile süt üretimi % 10-40’lık bir oranda arttırılmıştır ve sentetik bir insan büyüme hormonu kullanılarak hormon eksikliği nedeniyle cücelik görülen çocukların tedavisinde kullanılmaktadır. Doğal olarak üretilen ancak yapısı ve fonksiyonları hakkında çok az bilgiye sahip olduğumuz bir ajan olan ve immün sistemi düzenleyerek çeşitli hastalıkların tedavisinde büyük yararları bulunan interferonun rekombinant DNA teknolojisi ile araştırma ve tıbbi müdahalelerde kullanımı giderek artmaktadır.

Rekombinant teknikler, aşılarda çok sayıda yeni gelişmelerin oluşmasını da sağlamıştır. Bunlar arasında grip virüsünün konak hücredeki bir membran proteininin belirli bir kısmına bağlanma ve yerleşme ihtiyacını kullanarak bir mücadele yöntemi geliştirmesi sayılabilir. Araştırmacılar hedef proteinin hücre dışındaki kısmını kodlayan geni klonlayabilmekte ve sonra da bu parçacığı büyük miktarlarda elde edebilmektedirler. Potansiyel bir hastanın vücudu bu moleküler zayıflatıcılar ile sarılırsa virüsler kendilerini serbest dolaşan hedef hücrelere yapıştırırlar ve zararsız hale dönebilirler. Ancak bu tip çalışmaların yaygın olarak kullanılabilmesi için daha pek çok testin yapılması gerekmektedir.

Klonlama, konak hücrelerin tıbbi ya da tarımsal önemi olan ürünleri oluşturan kimya fabrikaları haline getirmesinin yanısıra ökaryotik hücrelerdeki genlerin sekans ve aktivitesinin de anlaşılmasını sağlamıştır. Rekombinant DNA teknolojisi kullanılarak elde edilen en büyük gelişmelerden birisi de bu yolla büyük öneme sahip olan gen haritalarının çıkartılmasıdır. Tek iplikçikli DNA’nın bir parçasından 32P radyoaktif izotopunu içeren bir kültürde bulunan ve fonksiyonu bilinen bir mRNA transkripte edilmiştir. Bu cDNA daha sonra kromozomu çift sarmal yapısından tek iplikçik haline ayırmak için özelleşmiş bir kromozom takımı ile karıştırılmıştır. Baz çiftleri yeniden oluştuğunda cDNA hızlı bir şekilde kromozomdaki komplementeri ile eşleşmiştir. cDNA’da radyoaktif bir işaret bulunduğundan genin kromozom üzerindeki tam yeri anlaşılabilmektedir.

Bilim adamları insan genomunun tam bir haritasını çıkartmaya başlamışlardır. Bu tip çalışmalar 50.000 ya da daha fazla gende cDNA’nın lokalizasyonu ile başlar ve tüm genomun baz çiftlerinin tanımlanması ile devam eder. Ancak bu konu ile ilgili çok sayıda tartışma bulunmaktadır. Örneğin çok daha acil bazı çalışmalar için yeterli kaynak bulunamazken milyarlarca dolar harcanarak tüm dizinin ortaya çıkartılmasına uğraşmak birçok kişiye göre diğer genetik mühendisliği çalışmalarının geleceğini tehlikeye atmaktadır. Ancak diğer taraftan da böylesi bir çalışma ile insan genomu projesi tamamlanırsa pek çok hastalığın tedavisi mümkün olacak ve kromozomal organizasyon ile ilgili hala karanlık olan bir çok bulgu günışığına çıkacaktır.

Rekombinant DNA araştırmalarında kullanılan diğer teknikler arasında DNA’daki nükleotit dizisinin anlaşılması, genlerin ve onun bileşenlerinin yeniden düzenlenerek bunlar arasındaki ilişkilerin incelenmesi ve genlerin spesifik bir bölgesinde özgül mutasyonlar oluşturmak için kullanılan sistemler sayılabilir. Bu en sonuncu teknik ile araştırmacılar DNA ve mRNA arasındaki sinyal dizisini çözmeye ve böylece enzim fonksiyonlarını anlamaya başlamışlardır.

Gelecekte bazı araştırmacılar cDNA teknolojisini kullanarak optimal büyüme koşullarında daha fazla ürün sağlayabilmek için normalde C3 fotosentezine bağlı olan ürünlere C4 fotosentezi yapabilmeyi sağlayacak genleri transfer etmeye çalışmaktadırlar. Diğer bazı araştırmacılar da kültür bitkilerihin atmosferik azotu fikse edebilmesini sağlayacak genler üzerinde çalışmaktadırlar. Daha mütevazi çalışmalar ise çoğunlukla insan besini için son derece önemli olan ancak tahıl ya da fasülyede az miktarda bulunan bazı amino asitleri üretecek genler üzerinedir. Böylece şişmanlatmayan ve ucuz olan aynı zamanda da et kadar besleyici değere sahip bitkisel ürünlerin üretimi gerçekleşebilecektir.

Klasik aşı tekniklerinin işe yaramadığı bir çok virüse karşı yeni aşılar geliştirmek mümkün olabilecektir. Örneğin eğer virüsün kendisi kültürde büyük oranlarda üretilmezse immün cevabın oluşmasını tetikleyecek olan kılıf proteini kodlayan gen klonlanabilir ve bu gen ürünü virüsün kendisi yerine kullanılabilir.

Gen Terapisi

Bir genin kopyalarını mutant allellerle birlikte organizmalara eklemek mümkündür ve bu deneysel olarak Drosophila ve insanlarda yapılmıştır. Örneğin retrovirüsler ya da lipozomlar (hücre zarı ile kaynaşıp içeriğini verebilen) tedavi edici genleri hedef hücrelere taşımak için kullanılabilir ve böylece alıcı hücredeki kromozomal bağlantının bir yerindeki herhangi bir gen genellikle bu giriş olayı sırasında tahrip edilir ve yalnızca olgun hücredeki genlerin küçük bir parçası aktif halde olur. Hücreye verilecek genlerin mikroskobik altın parçacıkları ile sarılıp hücre içine atılması daha yeni bir yöntemdir. Sistik fibroziz denilen ve sindirim ve ter bezlerini bloke ederek acı veren ve tehlikeli sistlerin oluşmasına neden olan kalıtsal hastalığın tedavisi laboratuvarlardaki kültürlerde mümkün olmaya başlamıştır. Bu gelişme daha pek çok başka hastalığın tedavisi için bir umut ışığı olmuştur.

Evcil hayvanlara gen transferi de mümkündür. Üreme döngüsü bir retrovirüs ya da yukarıda anlatılan bir mikroenjeksiyon prosesi ile yumurtadaki gelişimi etkileyerek değiştirilebilmektedir. Büyüme hormonları için başka bazı genlerin eklenmesi de bu yolla mümkün olabilir.

Rekombinant DNA teknolojisinde istenmeyen yan etkilerin ortaya çıkabilmesi riski bu teknolojinin kullanım alanlarını daraltmaktadır. Bu tip çalışmaların yapıldığı laboratuvarlarda tıpkı tehlikeli patojenlerin çalışıldığı mikrobiyoloji laboratuvarlarında olduğu gibi hijyen ve güvenliğe çok dikkat edilmelidir. Buna ek olarak, rekombinant DNA araştırmalarında kullanılan mikroorganizmaların patojen hale gelebilme ya da bazı tehlikeli mutantların oluşma riski olduğu asla akıldan çıkartılmamalıdır.

Kaynakça:
Khan Academy

Yazar: Taner Tunç