Gen klonlama işleminin basamakları, bitkilerde ve hayvanlarda klonlama işlemi

Seçilmiş bir genin bir vektör (plazmit veya virüs) içerisine eklenerek bir bakteriye aktarılması ve sonra bu bakteri aracılığı ile pek çok kopyasının üretilmesi işlemine gen klonlaması adı verilir. Bitkilerde ve hayvanlarda gen klonlama işleminin aşamaları nelerdir?

GEN KLONLAMA

Seçilmiş bir genin bir vektör (plazmit veya virüs) içerisine eklenerek bir bakteriye aktarılması ve sonra bu bakteri aracılığı ile pek çok kopyasının üretilmesi işlemine gen klonlaması adı verilir. Genlerin ya da DNA parçalarının klonlanabilmesi için plazmitler kullanılır. Plazmitler, bakterilerde kromozom dışında bulunan ve kendi kendine bölünebilen halkasal yapıdaki küçük DNA'lardır.

Plazmit DNA'lar bir bakteriden diğerine aktarılabilir.

Aşağıda bakterilerin kullanıldığı gen klonlaması işleminin basamakları detaylı olarak verilmiştir.

1. İstenilen geni taşıyan DNA molekülü ile vektör olarak kullanılacak olan bakteri plazmidi saf olarak elde edilir.

2. DNA molekülü üzerinde klonlanacak (istenen) gen belirlenir. Vektör olarak kullanılacak plazmit ve klonlanacak olan gen aynı “restriksiyon enzimleri” ile kesilir.

3. Aynı restriksiyon enzimleri ile kesilen klonlanacak gen ve plazmitte oluşan yapışkan uçlar “DNA ligaz” enzimi yardımıyla birleştirilerek rekombinant DNA molekülü elde edilir. Böylece klonlanacak gen vektör olarak kullanılan plazmidin içine yerleşmiş olur.

4. Rekombinant DNA bir bakteri hücresine aktarılarak rekombinant bakteri hücresi oluşturulur.

5. Bakterilerin üremesi ile klonlar oluşturulur ve bunların arasından istenilen klonlar (rekombinant DNA içerenler) seçilir. Seçilen klonlar ile istenilen amaca yönelik değişik uygulamalar yapılabilir.

Rekombinant DNA teknolojisinden sanayi, tarım ve ilaç üretimi gibi birçok alanda yararlanılmaktadır. Aşağıda bu teknolojinin kullanımına ait bazı örnekler verilmiştir.

• Bitkilere aktarılan bir gen, bu bitkilerin zararlı organizmalara karşı direnç kazanmasını sağlar.
• Bu yolla elde edilen bakteriler toksik yapıdaki atık maddelerin temizlenmesinde kullanılır.
• Bu yöntemle üretilen insülin hormonu şeker hastalarında kullanılır.
• Bu teknoloji ile üretilen enzimler; deterjan, şeker ve peynir üretiminde kullanılır.

1. Bitkilerde Klonlama

Rekombinant DNA teknolojisinin tarımda farklı kullanım alanları bulunur. Bu yöntemle bitkinin tohum verimliliği, ürün miktarı ve kalitesi artırılabilir. Bu teknoloji kullanılarak böcek ilaçlarına, kuraklığa, soğuğa, tuza ve hastalıklara karşı dirençli bitki türleri elde edilmektedir. Bitki hücrelerine yeni genlerin aktarılmasında taşıyıcı (vektör) olarak Agrobacterium
tumefaciens bakterisinden elde edilen bir plazmit kullanılır.

Agrobacterium tumefaciens bakterisinde iki farklı plazmit DNAʼsı bulunur (A ve B plazmitleri). Bu bakteri sahip olduğu plazmitini, doğal olarak bitki hücresine aktarabilme özelliğine sahiptir.

Aşağıda bu bakterilerin kullanılması ile böceğe karşı direnç geninin bitkilere aktarılması özetlenmiştir.

• Agrobacterium'un A plazmitine rekombinant DNA tekniği ile antibiyotik direnç geni ile böceklere karşı direnç geni aktarılır.
• Bitki yaprağı kesilerek yaralanma bölgesine Agrobacterium bulaştırılır.
• Yaralı bitki dokularından salgılanan bir madde B plazmitini aktif hale geçirir ve B plazmiti rekombinant A plazmitinin bitki hücresine aktarılmasına sağlar. Böylece istenilen gen bitkiye aktarılmış olur.
• Bitki hücrelerinin bulunduğu kültür ortamına antibiyotik ve büyüme hormonu ilave edilir. Genetiği değişmemiş hücreler antibiyotik sebebiyle ölürken, genetiği değiştirilerek direnç kazanmış hücreler çoğalır ve yeni bitkiler oluşturur.
• Bu yöntemle oluşan bitkiler hem antibiyotiğe hem de böceklere karşı dirençli olur

2. Hayvanlarda Klonlama

Hayvan hücrelerinde genetik yapının değiştirilmesi ile hayvanlara yeni özellikler kazandırılır. Hayvan hücrelerine rekombinant DNA'nın aktarımı sonucu yeni özelliklerin kazanılmasına ait bazı örnekler aşağıda verilmiştir.

• İnsanlardan izole edilen büyüme hormonu geninin fare embriyolarına aktarımı sonucu normale göre daha iri fareler elde edilmiştir.
• Bir sığır ırkından fazla kas üretimine neden olan bir geni izole ederek farklı ırktaki sığırlara hatta koyunlara aktarmış ve daha fazla et üreten transgenik organizmalar elde etmişlerdir.

Klonlama yöntemi ile bitki ve hayvanlarda ata canlı ile aynı genetik özelliklere sahip canlılar da elde edebiliriz. Memeli canlılardaki ilk klonlama 1997 yılında gerçekleştirilmiştir. Klonlama sonucu oluşan ilk memeli olan Dolly, DNA'sını aldığı koyunun genetik olarak ikizidir. Aşağıda Dolly'nin klonlanmasının basamakları verilmiştir.

1. Ergin bir koyunun (A) memesinden bir hücre alınır. Bu somatik hücre genetik olarak bir koyunun oluşması için gerekli bütün genleri içermektedir. Fakat bu genlerden sadece bir kısmı aktif durumdadır.

2. Meme hücresi besin bakımından fakir bir ortama alınarak hücre döngüsü durdurulur. G0 evresine giren hücrenin bütün genleri aktifleşmiş durumdayken çekirdeği çıkarılır.

3. Başka bir koyundan (B) alınan yumurta hücresinin çekirdeği çıkarılır.

4. İlk koyundan (A) alınan meme hücresinin çekirdeği, boşaltılmış yumurta hücresinin içine yerleştirilip, elektrik akımı yardımıyla kaynaştırılır.

5. Elektrik akımı aynı zamanda yumurta hücresinin bölünmeye başlamasını uyarır. Mitoz bölünmeler sonucunda altı günlük olan erken embriyo oluşur.

6. Erken embriyo taşıyıcı anne görevini yapacak olan üçüncü bir koyunun (C) rahmine yerleştirilir.

7. Embriyonik gelişimin tamamlanması ile bir kuzu (Dolly) dünyaya gelir. Bu kuzu genetik olarak meme hücresinin çekirdeği alınan koyunla (A) özdeştir.

Gen mühendisleri kök hücreler üzerinde de çeşitli çalışmalar yapmaktadır. Kök hücreler, kendini yenileme özelliğine sahip olan farklılaşmamış hücrelerdir. Bu hücreler gerek vücut içinde gerekse laboratuvar ortamında bölünerek farklı hücre tiplerine dönüşebilirler.

İnsanlardaki temel kök hücreleri üç çeşittir.

• Yetişkin kök hücreleri, vücutta birçok doku ve organda bulunur. Bulundukları dokuda hasar olması durumunda bölünerek hasarı onarırlar.
• Embriyonik kök hücreleri, embriyonun erken dönemlerinde elde edilen hücreler olup zamana bağlı olmaksızın çoğalırlar. Sürekli kendini yenileme ve tüm hücrelere dönüşebilme yetenekleri vardır.
• Kordon kanından elde edilen kök hücreleri, uygun ortamlarda bekletilir. Bireyin ilerleyen yaşamında ortaya çıkabilecek sağlık sorunlarının tedavisinde kullanılırlar.