Gen Klonlaması Nedir? Canlı Klonlama Nedir? Model Organizma Seçilirken Nelere Dikkat Edilir?

Gen klonlaması, bir genin kopyasını oluşturmak için kullanılan yöntem ve tekniklerin tamamıdır. Bir hücreden çoğaltılan ve genetik yapısı tamamen aynı olan hücrelere klon adı verilir.

Gen klonlaması için Escherichia coli (Eşherşiya koli) gibi kolay yetiştirilebilen, hızlı çoğalabilen ve genetik yapısı basit olan model organizmalar kullanılır. E. coli bağırsakta yaşayan bir bakteri çeşididir. Yaşam döngüsünün çok kısa olması yönüyle tercih edilir (Görsel 1.33).

Görsel 1.33 Escherichia coli bakterisi
Görsel 1.33 Escherichia coli bakterisi

Deney ve araştırmalarda kullanılmaya uygun özellikleri taşıyan canlılara model organizma denir. Model organizmalar sayesinde bir canlıdan diğerine kolaylıkla gen aktarımı yapılmaktadır. Model organizmalar, insanlarda oluşan hastalıkların sebepleri ve bunların tedavileri için yapılacak deneylerin insanlar üzerinde gerçekleştirilemediği ve etik olmadığı durumlarda yaygın olarak kullanılır.

Biyoteknoloji, genetik, moleküler biyoloji gibi biyolojinin pek çok dalında farklı özelliklere sahip model organizmalar kullanılmaktadır. Peki, model organizmalar hangi özelliklere sahiptir? Neden bilimsel çalışmalarda belirli organizmalar tercih edilir?

Model organizma seçiminde göz önünde bulundurulan faktörler aşağıdaki şekilde sıralanabilir.

1) Deneysel Uygulamalar İçin Elverişli Olma: Genomunda kolay değişiklik yapılan canlılar, özellikle moleküler biyoloji ve genetik alanlarındaki araştırmalar için çok Drosophila melanogaster (Drosofila melanogaster) bir çeşit meyve sineği türüdür. Günümüzde en sık kullanılan model organizmalardan biridir (Görsel 1.34).

Görsel 1.34 Drosophila melanogaster (meyve sineği)
Görsel 1.34 Drosophila melanogaster (meyve sineği)

2) Kısa Yaşam Döngüsüne Sahip Olma: Deneylerin daha kısa sürede sonuca ulaşması ve daha fazla yeni nesil üzerinde gözlem yapılabilmesi için model organizmalar genellikle kısa yaşam döngüsüne sahip canlılar arasından seçilir.

3) Laboratuvar Ortamında Yetiştirilebilme: Model organizmalar, sıklıkla laboratuvar ortamında kolayca bakımı yapılabilecek canlılar arasından seçilir. Bu seçimde canlının boyutu, beslenme biçimi, yaşadığı sıcaklık gibi faktörler göz önünde

Örneğin fare [Mus musculus (Mus muskulus)] araştırmalarda en sık kullanılan model organizmadır. Yetiştirilmesi ve bakımı kolaydır. Üreme hızı yüksek olduğu için özellikle ilaçların olası yan etkilerini nesiller boyu gözlemlemeye uygundur. Memeliler sınıfına ait bir canlı olduğu için ilaçların insanlar üzerindeki etkisi açısından da ipucu vermektedir (Görsel 1.35).

4) Genom Büyüklüğü: Bazı model organizmalar küçük genoma sahip olmalarından dolayı tercih Örneğin hardal bitkisi [Arabidopsis thaliana (Arabidopsis talina)], bitkisel araştırmalarda en çok kullanılan model organizmadır. Çok küçük bir genoma sahip olması ve genom haritası çıkarılmış ilk bitki olması nedeniyle tercih edilir (Görsel 1.36).

5) Genom Haritasının Çıkarılmış Olması: Genom diziliminin tamamı bilinen canlılar, özellikle genetik alanındaki araştırmalar için çok uygun birer model organizmadır. Bir çeşit nematot olan yuvarlak solucan [Caenorhabditis elegans (Senorabdidis elegans)], genom dizilimi haritalanmış ilk çok hücreli canlı olması bakımından önemlidir (Görsel 37).

6) Ekonomik Koşullar: Model organizma olarak seçilen canlının ucuz ve kolay bulunabilir olması, bakımının masraflı olmaması bilim insanları için tercih edilen bir Örneğin ekmek mayası [Saccharomyces cerevisiae (Sakkaromises serevise)], kolay yetiştirilebilir olduğu için genetik ve mikrobiyoloji alanında sıklıkla kullanılmaktadır.

Görsel 1.35 Görsel 1.36 Görsel 1.37
Görsel 1.35 Görsel 1.36 Görsel 1.37

Gen Klonlama

İnsülin ve büyüme hormonu, geçmiş yıllarda kadavralardan ve çeşitli memeli canlılardan çok az miktarda ve güçlükle elde edilmekteydi. Günümüzde ise bu hormonların sentezinden sorumlu genler, insan DNA’larından izole edilerek çeşitli bakterilere aktarılmaktadır.

İnsülin ve büyüme hormonu daha kolay ve ucuza üretilebilmektedir. Klonlamada vektör olarak genellikle bakterinin sitoplazmasında bulunan ve plazmit adı verilen DNA parçaları kullanılır (Görsel 1.38).

Görsel 1.38 Bakterinin yapısı
Görsel 1.38 Bakterinin yapısı

Bu uygulamada öncelikli olarak geni klonlanmak istenen canlıya ait DNA ve vektör olarak kullanılacak bakteri DNA’sı (plazmit) özel yöntemlerle saf olarak izole edilir. İzole edilen DNA’daki istenilen gen ve bakteri plazmiti aynı restriksiyon enzimi ile kesilir. Kesilen gen ve plazmit, uygun koşullarda DNA ligaz enzimi ile birleştirilir.

Bu işlem sonucunda elde edilen DNA, rekombinant DNA olarak isimlendirilir. Yeni özelliğe sahip plazmit tekrar bakteri hücresine aktarılır.

Rekombinant bakteriler, uygun kültür ortamında çoğaltılır ve böylece istenen gen de klonlanmış olur (Görsel 1.39).

Rekombinant DNA teknolojisi, günümüzde çeşitli hastalıkların tedavisi için hormon, antibiyotik ve antikor üretme amacıyla sıklıkla kullanılmaktadır.

Özellikle rekombinant DNA teknolojisi kullanılarak bitkilerde ürün verimi ve kalitesi artırılabilmektedir. Bu yöntemle bitkilerin soğuğa, kuraklığa, virüslere ve yabani ot mücadelesinde kullanılan ilaçlara (herbisit) karşı dirençli olması sağlanabilmektedir. Ayrıca özellikle kültür bitkilerinde tek bir doku hücresinden olgun bitkiler oluşturulabilmektedir.

Tarımda biyoteknolojik çalışmalar, bitkilerin besin değerini ve kalitesini artırmak için de kullanılmaktadır. Pirinç, buğday, soya fasulyesi ve yonca gibi bitkilere uygun genler aktarılarak besin değerlerinin yüksek olması sağlanmıştır.

Görsel 1.39 Bakteriden gen klonlaması
Görsel 1.39 Bakteriden gen klonlaması
EK BİLGİ
Bitkilere gen aktarımı, ilk defa ateş böceğinden alınan lusiferaz enzimi geninin tütün bitkisine verilmesi ile gerçekleştirilmiştir. Lusiferaz, ateş böceğinin ışık saçmasını sağlayan özel bir enzimdir. Tütün bitkisi, gen aktarımından sonra ateş böceği gibi ışık saçmaya başlamıştır.

Rekombinant DNA teknolojisi ile insanlardan izole edilen büyüme hormonu geninin fare embriyolarına aktarımı sonucu normale göre daha iri fareler elde edilmiştir. Bu bilimsel çalışma, insan embriyolarına da bu tip genlerin aktarılabilmesinde önemli ip uçları oluşturduğu için önemlidir.

Bir sığır ırkında fazla kas üretimine neden olan gen, izole edilerek farklı ırktaki sığırlara hatta koyunlara aktarılmış ve daha fazla et üreten transgenik canlılar elde edilmiştir. Aynı yöntemle süt verimi yüksek koyun, keçi, inek ve yumurta verimi yüksek kümes hayvanları üretilmiştir (Görsel 1.40 a, b, c, ç).

Görsel 1.40 DNA teknolojisi ile verimi artırılabilen hayvan örnekleri
Görsel 1.40 DNA teknolojisi ile verimi artırılabilen hayvan örnekleri

Canlı Klonlama

Klonlama bir canlının genetik ikizinin oluşturulması olarak tanımlanabilir. Hayvan klonlamasında klonlanacak canlının bir vücut hücresinin çekirdeği çıkartılır. Bu çekirdek, aynı tür dişi bireyin çekirdeği çıkarılmış yumurta hücresine özel tekniklerle aktarılır.

Bu hücre, zigot görevi görür ve aynı tür farklı dişi bireyin uterusuna (döl yatağına) yerleştirilir. Gebelik tamamlandıktan sonra doğan yavru, hücre çekirdeği alınan hayvanın kopyası olur.

Bu yöntemle kurbağa, semender gibi birçok canlı kopyalanmıştır. 1996’da İskoç Bilim insanı Dr. Ian Wilmut (İyan Vilmut) ve ekibi, ilk kez memeli bir hayvanı kopyalamışlardır. Bunun için dişi bir koyunun meme hücresinden çıkarılan çekirdek, başka bir koyunun çekirdeği çıkarılmış yumurta hücresine aktarılmıştır.

Zigot özelliğine sahip bu hücrenin mitoz bölünmesi ile elde edilen embriyo; başka bir koyunun döl yatağına aktarılmış, gebelik süresinin sonunda Dolly (Doli) adı verilen kuzu dünyaya gelmiştir (Görsel 1.41).

Dolly, hücre çekirdeği alınan koyun ile genetik ikiz olmuştur. Bu olay bilim dünyasında çok ses getirmiştir. Bu yöntemle verimli hayvan ırklarının özellikleri korunarak çoğaltılabilecektir. Özellikle nesli tükenme tehlikesi altında olan hayvanlar kolaylıkla üretilebilecektir.

Görsel 1.41 Memeli hayvanlardan Dolly’nin klonlama aşamaları
Görsel 1.41 Memeli hayvanlardan Dolly’nin klonlama aşamaları

Yorum yapın