Data Loading...
Bassma BOUANANI Rekombinant DNA Teknolojisi Derleme makalesi (1) Flipbook PDF
Bassma BOUANANI Rekombinant DNA Teknolojisi Derleme makalesi (1)
151 Views
39 Downloads
FLIP PDF 634.34KB
Derleme Makalesi / Article Review
Rekombinant DNA Teknolojisi ve Gelecekteki Bilim Recombinant DNA technology and future science
Bassma BOUANANI1 Özet: İlk keşfedildiği yıllardan beri Rekombinant DNA Teknolojisi uygulamaları özellikle genetik mühendisliği ve biyoteknolojide çok önemli gelişmeler sağlamıştır. Bu teknoloji sayesinde pek çok protein ve hormon üretimi kolaylaşmış ve etkileri arttırılmıştır. Ayrıca zamanla, aşı çalışmaları ve özellikle gen tedavisi çalışmalarında da kullanımı yaygınlaşmış ve yeni terapötik stratejiler geliştirilerek hastalıkların tanı/ tedavi süreçlerinde önemli bir yere sahip olmuştur. Bu derlemede, ilerleyen bilimsel çalışmaların ışığı altında, rekombinant DNA teknolojisinin tanımı ve hızlı gelişimini ele alınmıştır. Anahtar Kelimeler: DNA, Rekombinant, klonlama, biyoteknoloji Abstract: Since its first discovery, recombinant DNA technology applications have provided some very important developments, especially in genetic engineering and biotechnology. Thanks to this technology, the production of many proteins and hormones has become easier and their effects have been increased. Moreover, over time, its use in vaccine studies and especially in gene therapy studies has become widespread and has gained an important place in the diagnosis / treatment processes of diseases by developing new therapeutic strategies. In this review, the definition and development of recombinant DNA technology is discussed in the light of progressive scientific studies. Keywords: DNA, recombinant, cloning, biotechnology
1
Bassma BOUANANI (180401820) Niğde Ömer Halisdemir Üniversitesi, Fen Edebiyat Fakültesi, Biyoloji Bölümü, Niğde -2021
Rekombinant DNA Teknolojisi ve Gelecekteki Bilim Bassma Bouanani
GİRİŞ rDNA teknolojisi, genetik rekombinasyon olaylarının yapay bir şekilde gerçekleştirilmesi esasına dayanmaktadır. Teknoloji, çeşitli kaynaklardan elde edilen ve istenilen bir gen sekansına sahip DNA parçalarının uygun bir vektör aracılığıyla başka bir konağa (ekspresyon sistemleri) aktarılmasını içerir. Multidisipliner uygulamalara sahip olan bu teknoloji, aynı zamanda yaşamla ilgili olarak sağlığın iyileştirilmesi, gıda kaynaklarının artırılması ve farklı çevresel olumsuz etkilere karşı direnç gibi önemli konulara çözüm getirme potansiyeline de sahiptir (Sezener et al., 2018). Rekombinant DNA teknolojisi ilk olarak 1970’lerde ortaya çıkmasına rağmen, rekombinasyonun temel prensibi yıllar önce keşfedilmiştir. 1928’de Londra’da bir zatürre salgınından sorumlu bakterileri inceleyen Frederick Griffith, canlı hücrelerin, diğer hücrelerden salınan genetik materyali alarak fenotipik olarak transforme olduğunu göstermiştir. Böylece, genetik materyalin hücreler arasında iletilip yeni bir genetik bilgi olarak dönüştürülmesi olayın genetik transformasyon olarak adlandırmıştır (Kıyan and Yaylım, 2020). Rekombinant farmasötiklerin günümüzde güvenle kullanılmasının yanında bu teknoloji, gen terapisi ve genetik modifikasyonlar ile birlikte biyosağaltım ve önemli hastalıklara müdahalede kullanılmaktadır (Sezener et al., 2018). Hastalıkların diagnozunda biyoteknolojik ürünlerin geliştirilmesi ile hayal bile edilemeyen bir seri tanıya yönelik birçok araç geliştirilmiş; aynı zamanda var olan
2
testlerin de hassasiyeti (Altıntaş et al., 2017).
arttırılmıştır
Rekombinant DNA Teknolojisinin Prensipleri Nelerdir, Nasıl Çalışır ? Rekombinant DNA teknolojisi, hedeflenen bir genin büyük miktarlarda üretimini veya hedeflenen bir geni ifade etmeyen bir hücrenin, o hedeflenen geni ifade edebilmesini (bir diğer deyişle hedeflenen RNA’yı ya da proteini üretebilmesini) amaçlamaktadır. Rekombinant DNA iki ana parçadan oluşur; vektör plasmidi ve hedeflenen geni içeren DNA parçası. Plasmidler hücrelerin kromozomal DNA’larından ayrı, halkasal ve çift zincirli DNA molekülleridir. Plasmidler bakterilerde, mayalarda ve bazı ökaryotik canlılarda hali hazırda bulunmaktadırlar (Soydemir and Aksoy, 2017). Bu plasmidler ise genetik mühendisliği sayesinde vektör olmak üzere tasarlanmaktadırlar. Bakteriyel plasmidler dışında da tasarlanan vektörler bulunmaktadır. Başlıca, çalışılması istenen genin ve vektörün büyüklüğüne göre sırasıyla (küçükten büyüğe) şöyledir; fajlar, kosmidler, bakteriyel yapay kromozom (bacterial artificial chromosome) ve maya yapay kromozom (yeast artificial chromosome, YAC) (Soydemir and Aksoy, 2017). Plasmidler bu vektörler arasında en küçükleridir. Klonlama vektörleri, içerdikleri elementlere göre shuttle vektörleri, ifade vektörleri, gen knockdown vektörleri, reporter plasmidler ve viral plasmidler olmak üzere bir kaç türde farklılaşır. Klonlama plasmidleri, belirli DNA bölgelerinin hücrenin içerisinde çoğaltılmasında kullanılır.
Rekombinant DNA Teknolojisi ve Gelecekteki Bilim Bassma Bouanani
Shuttle vektörleri birden fazla hücre türünde kullanılabilmek için tasarlanmaktayken, ifade vektörleri ise belirli bir genin ifade edilmesi için tasarlanılmaktadır. Gen knockdown vektörleri, bir hücrenin ifade ettiği belli bir genin ifadesini azaltmak için tasarlanmaktadır. Reporter plasmidler ise başka genleri çalışmak için kullanılmaktadır, bu plasmidler içerisinde reporter geni adı verilen başka genlerin ifadesi ile etkileşimegirebilen DNA bölgesi bulunmaktadır, bu sayede başka genlerin ifadesi incelenebilmektedir. Viral plasmidler ise hedefleme çalışmaları için, ilaçların hedeflenmesinde kullanılabilen viral kapsidlerin üretiminde kullanılabilmektedir. Vektör yapısında temel birkaç tane element vardır. Sayılan vektörlerin ortak içerdiği temel elementler antibiyotik direnç geni, replikasyon orijini bölgesi (“origin of replication”) ve hedeflenen DNA bölgesinin eklenebileceği vektör bölgesidir (Şekil 1). Antibiyotik direnç genleri konakçı olarak kullanılan bakterilerin kültür içerisinden seçimi için kullanılmaktadırlar. Rekombinant DNA vektörünün verildiği bakteri kültürlerine verildiğinde sadece vektörün çalıştığı bakteriler antibiyotik muamelesinde hayatta kalabilmektedirler. Antibiyotik direnç geni hücre seçilimini sadece bakteriler arasında gerçekleştirebilmektedir, buna ek olarak farklı hücre kültürlerinde seçilimi kolaylaştırması için antibiyotik direnç geni yerine seçilebilir belirteçler (“selectable marker”) kullanılmaktadır. Bu belirteçler belli maddeler ile hücre kültürleri muamele edildiğinde çalışmakta ve vektörü içeren hücrelerin kolayca seçilebilmesini
3
sağlamaktadır. Replikasyon orijini ise, plasmid replikasyonunun hücre içerisinde başlayabilmesi için, ökaryotik kromozomal DNA üzerinde de birden fazla olarak bulunan DNA bölgesidir. Ana görevi replikasyonun başlaması için gerekli proteinleri bağlamasıdır. Hedeflenen gen bölgesinde çoklu klonlama bölgesi (“multiple cloning site”) denilen belirlenmiş restriksiyon bölgeleri (“restriction site”) olan bölge bulunmaktadır. Bu bölgenin amacı vektör ile birleştirilecek olan DNA parçasının kolayca DNA ligaz tarafından birleştirilmesi ya da daha sonra kolayca belirli “restriksiyon endonükleaz” enzimlerini (EcoRI, HindIII vb.) kullanarak kesmektir. Promotör bölgesi (“promoter region”) ise ifade vektörlerinin olmazsa olmaz parçasıdır. Promotör bölgeleri, DNA üzerinde kendisinden sonra gelen genin ifade edilmesinin başlangıcı için gerekli olan transkripsiyon faktörleri ve RNA polimeraz gibi enzimlerin bağlanmasını sağlayan bölgedir. Restriksiyon bölgesine ek olarak “3’ ve 5’ primer bölgeleri” de vektör yapısına eklenebilir, bu bölgeler sayesinde daha sonraki bir klonlama ya da dizileme çalışması için vektörler hazır hale getirilir. Kullanılan vektör ve DNA parçası DNA ligaz enzimi ile birleştirildikten sonra rekombinant DNA bir hücreye verilmek için hazır hale gelir. Rekombinant DNA hücrelere kimyasal ya da fiziksel yollarla verilebilmektedir. Bu olaya transformasyon adı verilmektedir, eğer konakçı hücre ökaryot ise transfeksiyon adı verilmektedir. Rekombinant DNA’nın hücreye girişi eğer virüsler tarafından sağlanıyorsa, buna da transdüksiyon denmektedir. Transfeksiyon,
Rekombinant DNA Teknolojisi ve Gelecekteki Bilim Bassma Bouanani
transformasyon ya da transdüksiyon uygulanmış hücrelere transgenik hücreler adı verilmektedir. Transgenik hücreler içerdiği rekombinant DNA’yı vektörün tipine göre klonlamaya, ifade etmeye ya da diğer rekombinant DNA özelliklerini (gen knockdown vektörleri, reporter vektörler vb.) göstermeye başlar, bu da rekombinant DNA teknolojisinin işlevselliğini ortaya koymaktadır. (Soydemir and Aksoy, 2017).
düşürülmesinde; hava, toprak ve suda çevresel kirliliğin azaltılmasında; gıda katkı maddesi üretimi ve gıda kalitesinin arttırılmasında; çeşitli hastalıklara yönelik gen tedavisinde ve biyolojik ürünlerin hızlı, güvenilir yollarla üretiminde kullanılır. (Katartaş, 2011; Kiper, 2013; Ulutin, 2017). İmmünoloji alanındaki gelişmeler ile moleküler düzeyde yeni teknolojilerin gelişmesi, aşı teknolojisine çok önemli katkılarda bulunmuştur. Günümüzde aşılar sadece koruyucu amaçla değil, aynı zamanda enfeksiyonlara karşı tedavi amacıyla da kullanılmaya başlanmıştır. Bu alanda son zamanlarda gelişen yeni yaklaşımda; aşı olarak mikroorganizmanın tümü yerine, spesifik immün yanıt oluşturan yapının canlıya uygulanmasıdır. Diğer taraftan alerji, otoimmün ve metabolik hastalıklara karşı da aşı geliştirme çalışmaları hız kazanmıştır (Şahin, 2013).
Şekil 1. Plazmit icine DNA klonlama
Rekombinant DNA Teknolojisinin farklı alanlarda önemi ve geleceği İlerleyen bilim sayesinde rekombinant DNA teknolojisi gün geçtikçe gelişmekte ve geliştirilmektedir (Soydemir and Aksoy, 2017). Günümüzde rekombinant DNA teknolojisi; birçok hastalığın (ailesel hiperkolesterolemi, orak hücre anemisi, talessemi, kistik fibroz, müsküler distrofi gibi) moleküler temelinin anlaşılması ve tedavisinde; protein, farmasötik ürün, antibiyotik ve aşı üretiminde; tarım alanında verimin arttırılması ve maliyetin
4
Şekil 2. Rekombinant DNA Teknolojisinin Geniş Uygulama Alanları
Temel moleküler biyoloji araştırmalarında da rekombinant DNA teknolojisi yoğunlukla kullanılmaktadır.
Rekombinant DNA Teknolojisi ve Gelecekteki Bilim Bassma Bouanani
Örneğin 2015 yılında yapılan bir çalışmada insan insülin benzeri büyüme faktörü bağlayan proteinleri (IGFBPs) rekombinant teknoloji ile HEK293 (embriyonik böbrek hücre kültürü) hücre hattında ifade edilmiştir. Bu çalışma sayesinde bu proteinlerin yapısal ve işlevsel görevinin daha kolayca ve hızlı bir şekilde çalışılabileceğine, dolayısıyla bu proteini hedefleyen yeni ilaçların çalışılmasına yol göstereceğine inanılmaktadır (Soydemir and Aksoy, 2017).
KAYNAKLAR Sezener M., Çiftci A, Fındık A., 2018. Rekombinant DNA Teknolojisinin Veteriner Aşılarda Kullanımı: Etlik Vet Mikrobiyol Derg; 29 (2): 162-166 Kıyan F., Yaylım İ., 2020. ÜCD Güncelleme Serileri “Moleküler Tıp” Özel Sayısı ∙ Nisan Cilt: 9 Sayı: 2 s: 67-74 Altıntaş L., Enver H.,Tutun H., 2017. Rekombinant DNA Teknolojisi ve Veteriner İlaç Geliştirmede Kullanımı, MAKÜ Sag. Bil. Enst. Derg., 5(2): 193-204
Sonuç Hastalıkların tedavisinde en çok tercih edilen yöntemler ilaç kullanımı ve cerrahi müdahalelerdir. Rekombinant DNA teknolojisi sayesinde ise hastalığın prognozu iyileştirilerek yaşam süresi ve kalitesi arttırılmaktadır. Moleküler yaklaşımlarla hastalığa yol açan etkenler belirlenerek, hedefe yönelik tedavi süreci izlenmektedir. Kullanılan vektörlerle istediğimiz onarıcı geni istediğimiz yere yerleştirerek çoğalmasını sağlayabiliyoruz. Aynı zamanda istenilmeyen özellikler de kesip çıkartılabiliyor. Bir nevi rekombinant DNA teknolojisine moleküler cerrahi de diyebiliriz. Günümüze kadar pek çok çalışmada, rekombinant DNA teknolojisi kullanılmış ve bu sayede farklı ve etkili terapötik stratejiler geliştirilmiştir. Hastalıkların tanı ve tedavisinde hayati bir role sahip olan bu teknoloji kümülatif bir gelişim göstermektedir. Pek çok hormonun, ilacın ve aşının üretiminde kullanılan rekombinant DNA teknolojisi, gün geçtikçe daha efektif bir yöntem olma yolunda sağlam adımlarla ilerlemektedir.
5
Soydemir E., Aksoy Z., 2017. Rekombinant DNA Teknolojisi ve Günümüzdeki Kullanımı, guncel gastroenteroloji 21/1: 14:17 Katartaş Z. 2011. Rekombinant DNA teknolojisi ile ilaç üretimi. Bitirme Ödevi, Erciyes Üniversitesi Eczacılık Fakültesi Farmasötik Biyoteknoloji, Kayseri. Kiper M. 2013. Biyoteknoloji sektörle inovasyon sistemi kavramlar dünyadan örnekler türkiye’de durum ve çıkarımlar, Baskı Afşar Matbaacılık. Yayın no: TTGV-T/2013/001. Ankara. Ulutin. 2017. Rekombinant DNA teknolojisi. Erişim Adresi: http://194.27.141.99/dosya depo/ders-notlari/turgut-ulutin/rec-DNA-t.pdf. Erişim Tarihi: 24.05.2017. Şahin O. 2013. Rekombinant DNA teknolojisinin eczalıktaki uygulamaları. Bitirme Ödevi, Erciyes Üniversitesi Eczacılık Fakültesi, Kayseri.