GENETİK KOPYALAMA

Genetik kopyalama ,DNA(deoksiribonükleik asit)molekülü,hücre veya organizmanın genetik olarak birçok benzerinin üretilmesi işlemidir. Biyolojide klonlama,bazı organizmaların veya hücre tiplerinin eşeysiz üreme yoluyla çoğalmasıdır.

Klonlama, bilimsel araştırmalarda, tıp, veterinerlik ve ziraat gibi alanlarda birçok amaç için kullanılmaktadır. Bilimsel araştırma alanlarında, özellikle genlerin işlevleri, genetik hastalıklar, gen terapisi, kanser, yaşlanma gibi konularda klonlama teknolojisinden yararlanılmaktadır.

Bunların dışında, çeşitli hastalıkların tedavisi; protein, enzim, hormon ve antibiyotiklerin üretimi ile daha kaliteli, hastalıklara dirençli çiftlik hayvanlarının ve bitkilerin üretimi gibi konularda da klonlama teknolojisinden yararlanılmaktadır.

Günümüzde, yanık tedavisinde kullanılan insan deri hücreleri, laboratuar ortamında klonlama teknikleri kullanılarak yapılan hücre üretimine güzel bir örnektir.

Genetik klonlama bölümleri Genetik klonlamayı üç bölümde inceleyebiliriz. Bunlar;moleküler klonlama (DNA klonlama),üreme amaçlı klonlama ve terapötik amaçlı klonlamadır.

Moleküler Klonlama moleküler klonlama, herhangi bir organizmaya ait DNA, DNA parçaları ya da genlerin uygun bir vektör yardımı ile konakçı hücrelerde çoğaltılmasıdır. Bunun için rekombinant DNA teknolojisi adı altında geliştirilen tekniklerden yararlanılmaktadır. Geliştirilen metotlarla DNA’nın izolasyonu,kesilmesi, vektöre yapıştırılması ve konakçı hücreye transfer edilerek klonlanması gibi işlemler kolay bir şekilde yapılmaktadır. DNA’yı klonlamak için yapılması gereken işlemler şu şekilde sıralanabilir.

1)DNA izolasyonu DNA’nın çeşitli yöntemler kullanılarak elde edilmesidir. DNA bitkisel ve hayvansal dokular gibi doğal kaynaklardan saf olarak elde edilir. Öncelikle çekirdek enzimatik olarak hücresel deprisden ayrıştırılır. Daha sonra fenol ve kloroform gibi kimyasallar kullanılarak proteinler ortamdan uzaklaştırılır. En sonunda alkol ve tuz ortamında DNA çöktürülür. DNA, PCR(polimeraz zicir reaksiyonu) tekniği kullanılarak veya transkripsiyon ürünlerinden de (Cdna) elde edilebilir.

2)Uygun klonlama vektörünün(taşıyıcı) seçilmesi Klonlama vektörlerinin plamitler, viral vektörler, kozmid vektörler, Bakteri Yapay Kromozomu ve Maya Yapay Kromozomu olmak üzere birçok tipi vardır. Plazmidler, yabancı bir DNA parçasını taşımak ve kabul etmek açısından ideal vektörlerdir. Plazmidlere 10 kb’den küçük DNA parçaları bağlanabilmektedir. Diğer vektör tipi 20 kb büyüklüğündeki DNA parçalarını taşıyabilen viral kökenli bakteriyofaj vektörleridir.

3)Vektörün ve izole edilen DNA’nınaynı restriksiyon endonükleaz enzimleri ile kesilmesi Restriksiyon endonükleaz enzimleri bakterilerde bulunan ve yabancı organizmadan gelen DNA’yı tanıyıp parçalayan enzimlerdir. Bu enzimler bakterileri yabancı DNA’ların istilasından korumak için evrimleşmişlerdir. Restriksiyon endonükleaz enzimleri tip I, tip II, tip III, olmak üzere üç grupta toplanmaktadırlar. bunlardan sadece tip II restriksiyon endonükleaz enzimleri,DNA’yı tanıma bölgesinin içinden keserler ve bu yüzden klonlama için en uygun enzimlerdir.

4)Ligasyon DNA’nın vektöre ligaz enzimi ile bağlanması aşamasıdır. Ligasyon işleminde, aynı restriksiyon enzimi ile kesilmiş ve yapışkan uç oluşturulmuş DNA ve vektör, DNA ligaz enzimi kullanılarak birleştirilmektedir.

5) Rekombinant DNA’nın konak organizmaya (bakteri veya maya)transfer edilmesi Ligasyon işleminden sonra rekombinant DNA’ların bakteri veya maya gibi konakçı hücrelere aktarılmasında transformasyon, transfeksiyon ve elektroporasyon gibi teknikler kullanılmaktadır. Plazmitlerde transformasyon, bakteriyofajlarda transfeksiyon, BAC’larda ise elektroporasyon (elektrik akımı)ile reombinant DNA’lar aktarılmaktadır.

6)Seleksiyon Rekombinant DNA ürünlerini taşıyan bakteri kolonilerinin seçilmesi aşamasıdır. Rekombinant klonlar ile rekombinant olmayan klonları birbirinden ayırmak için seleksiyon işleminin yapılması gerekmektedir. Seleksiyon işleminde antibiyotik direnç genleri gibi belirteç genlerden yararlanılır. Sonuç olarak belirteç genlerin sayesinde rekombinant plazmitlerden oluşan koloniler diğerlerinden kolaylıkla ayırt edilbilmektedir.

Üreme Amaçlı Klonlama Üreme amaçlı klonlamada, embriyo klonlama şeklinde iki farklı teknik kullanılmaktadır. Embriyo klonlama, döllenmiş embriyodan bir veya daha fazla hücre alınarak genetik olarak benzer canlılar üretme tekniğidir. Memeli hayvanlarda embriyo klonlama çalışmaları 1980’li yıllarda başlamıştır. Araştırıcılar, doğal klonlar olan tek yumurta ikizlerinde görülen olayın laboratuvar ortamında gerçekleştirilebileceğini düşünmüşlerdir.

Embriyo klonlama yöntemi ile 1981yılına ilk defa inek, koyun,, keçi ve domuz gibi çiftlik hayvanları klonlamaya başlamışlardır. Bu tip klonlanan canlılar, bir embriyonun hücrelerinden oluştukları için genomik yapıları da birbirinin aynısıdır.

Embriyo klonlamasının yapılabilmesi için öncelikle bir yumurta hücresinin kültür ortamında döllenmesi gereklidir. Erken embriyo dönemindeki hücreler özel enzimlerce birbirlerinden ayrılarak her birinin yeni bir embriyoyu oluşturması sağlanır. Blastomerler , normal erişkin bir bireyi oluşturma potansiyelinde olan totipotent hücrelerdir.

Çekirdek transferi ile klonlama ise yaşayan bir canlının aynı genomik yapısına sahip organizma üretme tekniğidir. İlk çekirdek transferi uygulaması semenderlerde 1914 yılında Hans Spermann, kurbağalarda, ise 1954’de Robert Briggs ve Thomas J. King tarafından yapılır. Her iki çalışmada da erken dönemdeki embriyonik hücre çekirdeği kullanılarak klonlama yapılır ve başarılı sonuçlar elde edilir.

Memeli canlıların klonlanması ile ilgili ilk çalışmayı ise 1984 yılında Danimarkalı araştırıcı Steen Willadsen yapar. Erken dönem embriyonik hücrelerden çekirdek transferi yöntemi ile koyunu klonlamayı başarır.

Embriyonik hücre çekirdeği yerine, somatik hücre çekirdeği kullanılarak ilk defa bir koyun, 1997 yılında Ian Wilmut tarafından klonlanır. Somatik çekirdek transferi ile klonlamanın aşamaları aşağıdaki gibi sıralanabilir.

Somatik Hücrenin (Verici Hücre)Hazırlanması Çekirdek transferinde kullanılacak somatik hücrelerin laboratuvar koşullarında ve kültür ortamında G1 ve G0 fazına getirilmeleri gerekmektedir. Bunun için uygulanan birkaç yol vardır. Bunlardan bir tanesi kültür ortamındaki besin içeriği kaldırılarak hücrelerin büyümesini engellemek ve hücreleri G0 (dinlenme evresi) noktasında durdurmaktır. Bu uygulamanın amacı özelleşmiş olan özelleşmiş olan beden hücresinin gelişim saatini embriyo oluşum aşamasına getirmek, başka bir ifadeyle hücreyi totipotent yapmaktır.

Yumurta Hücresinin (Alıcı Hücre) Hazırlanması Çekirdek transferi yöntemi ile klonlamada kullanılacak alıcı hücrelerde de bazı özelliklerin olması gerekmektedir. Bu alıcı hücreler olgunlaşmış yumurta hücreleri olmalıdır. Daha sonra olgunlaşan hücrelerin çekirdekleri özel pipetlerle çıkarılarak füzyona hazır hale getirilmektedir.

Füzyon Aşaması Füzyon Aşamasında, kültürlerde G1/G0 fazına getirilen verici hücreler, çekirdeği çıkarılmış Metafaz II fazındaki yumurta hücresinin zonası altına bırakılır. Füzyon ile verici hücrenin çekirdeğinin alıcı yumurta hücresinin stoplazmasına girmesi sağlanır. Füzyon işleminin başarılı olması için elektrik akımı veya kimyasallar uygulanmaktadır.

Embriyoların Dişi Organizmaya Aktarımı Aktivasyon Aşaması Ortama ilave edilen birtakım aktivatörler ile hücre bölünmesi uyarılır. Embriyoların Dişi Organizmaya Aktarımı Oluşan embriyolar kültür ortamında bir süre geliştirildikten sonra taşıyıcı dişi organizmanın rahmine aktarılarak gelişmeleri sağlanmaktadır. Doğacak olan yavrular verici hücrenin genetik yapısını taşıyan klonlar olacaktır.

Terapötik Amaçlı Klonlama Çeşitli hastalıkların tedavisinde kullanılmak üzere ihtiyaç duyulan bir çok protein, enzim, hormon ve antibiyotiklerin üretiminde, yani terapötik kullanımlar için, klonlama tekniğinden yararlanılmaktadır.

Sonuçta ister terapötik amaçlı, ister üreme amaçlı olsun klonlamadaki başarı oranı klonlamadaki başarı oranı klonlanan türlere ve verici hücre tiplerine göre değişmektedir. Şimdiye kadar yapılan klonlamalarda, başarılı doğumlar ile dünyaya gelmiş olsalar bile, klonlanan hayvanlarda daha sonraki dönemlerde bir takım sağlık sorunları görülmüştür. Klonlama ile ilgili bu anormalliklerin nedeni tam olarak bilinmemektedir.

GENETİK KLONLAMANIN UYGULAMA ALANLARI Tıp alanında, klonlamanın temel amacı genetik hastalıkları tedavi etmektir. Birçok genetik hastalıkta bir hormon, enzim veya proteinin vücuttaki üretimlerinde eksiklikler olabilir. Günümüzde, eksik olan bir hormon veya metabolit, klonlama yöntemleri ile üretilerek hastalara verilebimektedir. Terapötik amaçlı olarak bir ökaryotik geni klonlamada hem rekombinant DNA teknolojisinden hem de transgenik hayvan klonlama tekniklerinden yararlanılabilmektedir.

Günümüzde gen klonlama teknikleri ve bir genin üretimiyle bazı hastalıkların tedavisi mümkün hale gelmiştir. Tedavi amaçlı transgenik hayvanların klonlanması ile ilgili olarak da birçok çalışma mevcuttur.

TARIM ALANINDAKİ UYGULAMALAR İstenilen karakterde yeni bitkilerin geliştirilmesinde genetik biliminin büyük rolü vardır. Tarım alanında gen mühendisliği tekniklerinden yararlanmak büyük bir gelişim olarak değerlendirilmektedir. Nitrojen fiksasyonu yapabilen, herbisit ve pestisitlere karşı direnç gösteren, patajonlere karşı daha güçlü savunma yapan, don olayına dayanıklı, ürünün raf ömrünü uzatan, lezzet arttıran ve daha besleyici özelliği olan bitkiler üretmek mümkün hale gelmiştir.

Hayvancılık Alanındaki Uygulamalar Özellikle et kalitesi, süt verimi, döl verimi ve hastalıklara karşı dirençlilik gibi özellikler göz önünde bulundurularak çiftlik hayvanları klonlanabilmektedir. Kaliteyi yükseltecek bazı genlerin eklendiği veya çıkartıldığı transgenik hayvanların klonlanması bugün artık mümkündür.

Sadece çiftlik hayvanlarında eğil, yabani hayvanlarda da klonlama çalışmaları yapılmaktadır. Özellikle nesli tükenmekte olan hayvanların sayılarının arttırılmasında klonlama teknolojisi büyük önem arz etmektedir.

sorular Klonlama nedir? Genetik klonlamanın uygulama alanları nerelerdir?

İlk klonlama ……….adlı koyun üzerinde yapılmıştır. İlk çekirdek transferi uygulaması……….. yapılmıştır. Çeşitli hastalıkların tedavisinde kullanılmak üzere…………klonlama tekniğinden yararlanılır. Genetik klonlamayı üç bölümde inceleyebiliriz. Bunlar;……….., …………, ……….. klonlamalardır.

(….)Doğal klonlar olan tek yumurta ikizleridir. (….)Embriyo klonlama yöntemi ile klonlanan canlıların genomik yapıları birbirinin aynısıdır. (….)Tıp alanında, klonlamanın temel amacı genetik hastalıkları tedavi etmektir. (....)Nesli tükenmekte olan hayvanların sayılarının arttırılmasında klonlama teknolojisinden yararlanılmaktadır. (….)Günümüzde, yanık tedavisinde kullanılan insan deri hücreleri klonlama teknikleri kullanılarak yapılan hücre üretimine örnektir.

141104750 Feride DÖNMEZ 4-B Fen Bilgisi Öğretmenliği