Catalog

6 Akademi Nasıl yapılır: Protein üretmek Tunç Kayıkçıoğlu Daha önce çözülmüş soruları bıkmadan tekrar tekrar soruyor ve yatık mı dik mi yazarlarsa çocuklarımızın ilkokullarında programlama öğrenen Hans ve George’a yetişebileceğine karar veremiyoruz bir türlü. Komisyon ve alt komisyonlar kurup aylarca tartışıyoruz, 150 yıldır sürekli yeni bulgularla desteklenen evrim teorisini liseli gençlerden saklamalı mıyız diye. Bu sırada dünya başka bir yönde ilerliyor, teknik buluşlara imza atıyor, 3040 yıl gecikmeyle de olsa bu bilgi birikimini üretime de döküyor. Vakit, motivasyon ve kaynaklarımızı heba ettiğimizden olsa gerek, bu yazıya aktaracaklarımın da tamamı maalesef Türkiye sınırlarının dışında cereyan ediyor. Bu yazıda rekombinant DNA teknolojisinin ana hatlarını özetlemek istiyorum. Önce ilgilendiğimiz bir proteini kodlayacak DNA’yı tüpte elde etmenin yoluna değinecek, ardından bu materyali kullanışlı bulduğumuz canlılara aktarmaya çalışacağız. Sonra da genetik manipülasyonun başarıyla sonuçlandığı organizmalara protein ürettirip bunu kullanmaya çalışacağız. Yani normalde üzerine çamaşır suyu döktüğümüz mikroorganizmaları üretim bandına çevireceğiz. l Kesmek Elimizde bir tüp, bu tüpün içerisinde de baz dizilimini bildiğimiz uzun bir DNA parçası olsun. Bu DNA’yı belli bir noktadan nasıl ikiye bölebiliriz? Tükürüğümüz ve nefesiniz dahil olmak üzere biyolojik ortamlar yabancı nükleik asitleri yok etmeye çalışan enzimlerle dolu. Bu DNA ve RNA parçalayan enzimlere nükleaz deniyor. DNA’nın upuzun bir ip şeklinde olduğunu düşünürsek bu ipi iki farklı şekilde parçalayabiliriz. Uçların birinden tutup küçük parçalar kopara kopara öbür ucuna doğru ilerleyebiliriz. Ya da ortasından bir yerden yakalayıp ikiye koparabiliriz. DNA’yı sindirmeye ucundan başlayan ilk enzim grubuna eksonükleaz deniyor ve açık ucu olan herhangi bir DNA’yı sonunda un ufak edeceklerinden bunlar konumuz dışında kalıyor. Birçok farklı türü bulunan ve DNA’yı ortadan kesen enzimlere endonükleaz (restriction endonuclease) deniyor ve ne kadar spesifik olduğu enzimden enzime değişse de bu kesme noktası raslantısal değil. Her enzimin genelde 48 ardışık bazdan oluşan tanıdığı bir motif oluyor ve o motifin belli bir yerindeki ardışık nükleotitler arasındaki kovalent bağı koparıyor. DNA’nın her iki ipliğinde de birer bağ koptuğundan sonuçta elimize başı ve sonunu bildiğimiz bir DNA parçası geçiyor. Sıkça kullanılan bazı endonükleazlar ve kesme noktaları Tablo 1’de gösteriliyor. Küçük (büyük) harfle gösterilenler, kesildikten sonra sol (sağ) taraftaki parçanın ucunda kalacak nükleotitleri gösteriyor. Örnek verecek olursak, Şekil 1’deki DNA dizisi plazmit denilen sadece birkaç bin nükleotitten oluşan kısa halkasal bir bakteri kromozomcuğundan alınmış. BamHI enzimi eklerseniz oluşacak ürünler Şekil 2’deki gibi 4 bazlık birer tek iplikli uzantıya sahip olacak. Başka bir enzim eklerseniz, aynı DNA’yı başka bir noktadan da kesebilirsiniz. Örneğin, EcoRI eklerseniz oluşacak ürünler Şekil 3’te göründüğü gibi olacak. Şekil 1 Şekil 2 Şekil 3 Tablo 1: Bazı endonükleazlar ve DNA kesiş motifleri Tablo 1’e baktığımızda gözümüze çarpan ilk şey farklı enzimlerin çok değişik DNA bölgelerini tanıyor olmaları ki bu da bir DNA parçasını sadece istediğimiz noktadan kesmek istediğimizde kullanmak üzere kullanışlı bir araç kutumuz olduğu anlamına geliyor. O kadar kullanışlı ki 1978 Nobel Fizyoloji ve Tıp Ödülü’nü bu enzimleri bulan ve temel özelliklerini inceleyen Werner Arber, Danial Nathans ve Hamilton Smith paylaştı. l Yapıştırmak Tablo 1’deki HaeIII ve ScaI küt kesişler yaparken diğerleri 4 bazlık türlü uzantılar bırakıyorlar. Listedeki bazı enzimlerin kesebildiği noktaları, başka enzimlerin de tanıdığı, fakat ürünlerin uçlarının biraz farklı olabildiği dikkatli okurların gözüne çarpmış olmalı. Yani her enzim farklı noktada kesmekle kalmıyor, ayrıca farklı uzantılar bırakabiliyor. DNA eşleme kuralına uyan uzantılar (A’nın karşısına T, C’nin karşısına G), birbirine kendiliğinden plastik lego parçaları gibi bağlanabiliyor. Bu uzantılar bu özellikleri sebebiyle yapışkan uçlar olarak anılıyor. Fakat yapışkan uçlar arasındaki 31 Mayıs 2017 Çarşamba ?KİMDİR Tunç Kayıkçıoğlu, Boğaziçi Üniversitesi mezunu. ABD’de Johns Hopkins Üniversitesi’nde biyofizik üzerine doktora yapıyor. bu bağlantılar görece zayıf elektrostatik kuvvetler: Pozitif yüklü hidrojen atomlarının, karşı nükleotitlerdeki negatif yüklü oksijen ve azot atomlarınca çekilmesine dayanıyor. Birbirine yapışan baz sayısı çok yüksek olmadıkça da oda sıcaklığındaki atomik hareketler sırasında kolaylıkla kırılabiliyor, çünkü kenetlenmiş iki parça arasında herhangi bir kimyasal bağ yok. DNA kopuklukları hücrelerde DNA onarımı ve eşlenmesi sırasında kendiliğinden oluşan bir sorun ve doğanın buna da bir çözümü var: DNA ligaz. Enzimin fonksiyonu, kırtasiye tipi yapıştırıcılara benziyor: Zaten birbirine temas etmekte olan ama aralarında kimyasal bağ bulunmayan nükleotitler arasında bağ kuruyor. Uyumlu yapışkan uçlar içeren farklı kaynaklardan elde edilmiş DNA parçalarını ligaz ile birleştirerek oluşturulan yapay DNA’ya rekombinant deniyor. Bu reaksiyonu da gerekli kimyasal ortamı sağlayarak deney tüpünde gerçekleştirmek mümkün. Bu amaçla da çoğunlukla bakteri virüsü T4’te bulunmuş rekombinant bir ligaz kullanılıyor. Küt uçlar da yapıştırılabilmekle birlikte, bu tepkimenin verimi çok daha düşük. Bir bakteriyel DNA parçasını virüse ekleyerek ilk rekombinant DNA’yı oluşturan Amerikalı biyokimyacı Paul Berg, 1980 Nobel Kimya Ödülü’ne ortak olmaya layık görüldü. l Gen aktarımı Her ne kadar elimizde istediğimiz her noktadan kesip yapıştıracak kadar geniş bir enzim repertuvarı olmasa da endonükleaz ve ligazlar gerekli DNA’ları akıllı bir tasarımla, yapay olarak, terzilik marifetiyle üretebileceğimiz anlamına geliyor. >>