İçeriğe atla

Genom düzenleme

Genom düzenleme için kullanılan farklı nükleaz nesilleri ve hedef DNA'yı modifiye etmek için kullanılan DNA onarım yolları.

Genom düzenleme veya genom mühendisliği veya gen düzenleme, DNA'nın canlı bir organizmanın genomuna eklendiği, silindiği, modifiye edildiği veya yer değiştirildiği bir tür genetik mühendisliğidir. Genetik materyali bir konakçı genomuna rastgele yerleştiren erken genetik mühendislik tekniklerinden farklı olarak, genom düzenleme, eklemeleri bölgeye özel konumları hedefleyerek başarır.

Tarih

Genom düzenleme 1990'larda da mevcuttu,[1] fakat günümüzde var olan yaygın güncel nükleaz tabanlı gen düzenleme platformlarının o günlerdeki yokluğundan dolayı, düzenlemenin verimi düşüktü ve bu sebepten dolayı kullanımı sınırlıydı. Tasarlanmış nükleazlarla (çinko parmak nükleazları (ZFN'ler), transkripsiyon aktivatör benzeri efektör nükleazlar (TALEN'ler) ve tasarlanmış meganükleazlar) genom düzenleme Nature Methods tarafından 2011 Yılın Metodu olarak seçildi.[2] CRISPR-Cas sistemi, Science tarafından 2015 Yılının Atılımı seçildi.[3]

2015 itibarıyla dört mühendislik nükleaz ailesi kullanıldı: meganükleazlar, çinko parmak nükleazları (ZFN'ler), transkripsiyon aktivatör benzeri efektör bazlı nükleazlar (TALEN) ve kümelenmiş düzenli aralıklarla aralıklı kısa palindromik tekrarlar (CRISPR/Cas9) sistemi.[4][5][6][7] 2017 itibarıyla dokuz genom editörü mevcuttu.[8]

2018'de, bu tür düzenleme için yaygın yöntemler, tasarlanmış nükleazlar veya "moleküler makas" kullandı. Bu nükleazlar, genomda istenen yerlerde bölgeye özgü çift sarmal kırıkları (double-strand breaks-DSB'ler) oluşturur. Tetikelenen çift sarmallı kopmalar, homolog olmayan uç birleştirme (NHEJ) veya homolog rekombinasyon (HR) yoluyla onarılır ve hedeflenen mutasyonlarla ('düzenlemeler') sonuçlanır.[9]

Mayıs 2019'da Çin'deki avukatlar, Çinli bilim adamı He Jiankui'nin genetiği değiştirilmiş ilk insanları (bkz. Lulu ve Nana tartışması) yarattığı iddiası ışığında, insan genomunu gen düzenleme tekniği ile (CRISPR gibi) manipüle eden herkesin ilgili tüm olumsuz sonuçlardan sorumlu tutulacağı bir yönetmelik taslağı yayınladı.[10][11] Son zamanlarda CRISPR ve ilgili biyoteknolojilerin olası kör noktaları ve riskleri hakkında uyarıcı bir bakış açısı[10][12] hücresel kontrol süreçlerinin stokastik doğasına odaklanarak tartışıldı.

Şubat 2020'de bir ABD denemesi, 3 kanser hastasında CRISPR gen düzenlemesini güvenli bir şekilde gösterdi.[13]

Arka plan

Organizmalara yeni genetik elementler ekleme yöntemi olarak genetik mühendisliği 1970'lerden beri varlığını sürdürüyor. Bu teknolojinin bir dezavantajı, DNA'nın konakçı genomuna rastgele yerleştirilmesidir.[10] Bu, organizma içindeki diğer genleri bozabilir veya değiştirebilir. Eklenecek genleri bir organizma genomu içindeki belirli bölgeleri hedefleyerek ekleyen yöntemler arandı.[1] Genom düzenleme, hedef dışı etkileri azaltmanın yanı sıra, bir genom içindeki belirli dizilerin düzenlenmesini de sağladı. Bu yöntem, gen terapisinde ve araştırma amacıyla (mutasyonları belirli genlere hedefleyerek) kullanılabilir. Bir organizmanın kusurlu olan genlerini işlevsel olanlarla yer değiştirerek, belirli genetik hastalıkları iyileştirmek mümkün olabilir.

Kaynakça

  1. ^ a b Woolf (Nisan 1998). "Therapeutic repair of mutated nucleic acid sequences". Nature Biotechnology (İngilizce). 16 (4): 341-344. doi:10.1038/nbt0498-341. ISSN 1546-1696. PMID 9555723. 
  2. ^ "Method of the Year 2011". Nature Methods. 9 (1): 1. Ocak 2012. doi:10.1038/nmeth.1852. PMID 22312634. 
  3. ^ "Breakthrough of the Year: CRISPR makes the cut". 17 Aralık 2015. 29 Temmuz 2017 tarihinde kaynağından arşivlendi. 
  4. ^ "Genome-scale engineering for systems and synthetic biology". Molecular Systems Biology. 9 (1): 641. 2013. doi:10.1038/msb.2012.66. PMC 3564264 $2. PMID 23340847. 
  5. ^ "Precision editing of large animal genomes". Advances in Genetics Volume 80. 80. 2012. ss. 37-97. doi:10.1016/B978-0-12-404742-6.00002-8. ISBN 9780124047426. PMC 3683964 $2. PMID 23084873. 
  6. ^ "Gene targeting in plants: 25 years later". The International Journal of Developmental Biology. 57 (6–8): 629-37. 2013. doi:10.1387/ijdb.130194hp. PMID 24166445. 
  7. ^ "Rewriting the book of life: a new era in precision genome editing" (PDF). Boston Consulting Group. 29 Kasım 2018 tarihinde kaynağından (PDF) arşivlendi. Erişim tarihi: 30 Kasım 2015. 
  8. ^ "The future of genetic codes and BRAIN codes". YouTube. NIHvcast. 13 Şubat 2017 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 10 Şubat 2017. 
  9. ^ Tom Strachan, Andrew P Read (2020). "İNSAN GENETİK VARYASYONUNA GENEL BİR BAKIŞ". Pervin DİNÇER (Ed.). DNA Tamiri (1 bas.). Ankara: Hipokrat Yayıncılık. s. 366. ISBN 978-605-7874-80-1. 
  10. ^ a b c BULDUK, Bengisu Kevser; ŞAHİNOĞLU, Serap (2021). "Investigation of ethical evaluations of the World's First Genome-Edited Babies Case". Turkiye Klinikleri Journal of Medical Ethics-Law and History. 29 (1): 38-47. doi:10.5336/mdethic.2020-74194. ISSN 1303-4332. 
  11. ^ Cyranoski (20 Mayıs 2019). "China set to introduce gene-editing regulation following CRISPR-baby furore - The draft rules mean that anyone who manipulates human genes in adults or embryos is responsible for adverse outcomes". Nature. doi:10.1038/d41586-019-01580-1. PMID 32424191. 20 Mayıs 2019 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 20 Mayıs 2019. 
  12. ^ Cheong (2019). "Black Swans of CRISPR: Stochasticity and Complexity of Genetic Regulation". BioEssays. 0 (7): 1900032. doi:10.1002/bies.201900032. ISSN 1521-1878. PMID 31090950. 
  13. ^ "US Trial Shows 3 Cancer Patients Had Their Genomes Altered Safely by CRISPR". ScienceAlert (İngilizce). 8 Şubat 2020 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 9 Şubat 2020. 

"WHO launches global registry on human genome editing." PharmaBiz, 31 Aug. 2019. Gale General OneFile, Accessed 27 Apr. 2020.

Konuyla ilgili yayınlar

İlgili Araştırma Makaleleri

<span class="mw-page-title-main">Genetik</span> biyolojinin organizmalardaki kalıtım ve çeşitliliği inceleyen bir dalı

Genetik ya da kalıtım bilimi, biyolojinin organizmalardaki kalıtım ve genetik varyasyonu inceleyen bir dalıdır. Türkçeye Almancadan geçen genetik sözcüğü 1831 yılında Yunanca γενετικός - genetikos ("genitif") sözcüğünden türetildi. Bu sözcüğün kökeni ise γένεσις - genesis ("köken") sözcüğüne dayanmaktadır.

<span class="mw-page-title-main">DNA</span> Canlıların genetik bilgilerini barındıran molekül

Deoksiriboz nükleik asit veya kısaca DNA, tüm organizmaların ve bazı virüslerin canlılık işlevleri ve biyolojik gelişmeleri için gerekli olan genetik talimatları taşıyan bir nükleik asittir. DNA'nın başlıca rolü bilgiyi uzun süre saklamasıdır. Protein ve RNA gibi hücrenin diğer bileşenlerinin inşası için gerekli olan bilgileri içermesinden dolayı DNA; bir kalıp, şablon veya reçeteye benzetilir. Bu genetik bilgileri içeren DNA parçaları gen olarak adlandırılır. Bazı DNA dizilerinin yapısal işlevleri vardır, diğerleri ise bu genetik bilginin ne şekilde kullanılacağının düzenlenmesine yararlar.

İnsan deneyleri, insanlar üzerinde uygulanan tıbbî deneyleri içerir. Tıbbî araştırmalar'ın önemli bir parçasıdır ve birçok insan tıbbi tedavi için muayenehane denemeleri'ne gönüllü olmaktadır. Bazı insanlar ayrıca basit medikal bilim ve biyoloji için de gönüllü olmaktadır.

Gen kopya sayısı bir bireyin genomunda bulunan bir genin kopya sayılarında bulunan farklılıklardan oluşan genetik karakter özelliklerini ifade eder. Bazı genlerin kopya sayılarında görülen farklılıkların insanlarda genetik çeşitliliğe katkıda bulunduğu gerçeği İnsan Genom Projesi'nin tamamlanmasıyla ortaya çıkarılmıştır. Bazı insanlarda yalnızca bir kromozomda bazı genlerin delesyonu görülürken bazı insanlarda aynı genlerin birçok kopyası görülmektedir. Yaklaşık 20.000 insan geni içinde, akraba olmayan insanlar tipik olarak yaklaşık 12 farklı yerde değişik kopya sayısına sahiptir ve büyük çaplı değişikliklerin boyutları birkaç kilobaz ile 2 megabaz arasında değişir.

<span class="mw-page-title-main">Yatay gen transferi</span> Kalıtsal olmayan genetik değişim türü

Yatay gen transferi, bir organizmanın, ikinci bir organizmadan türemeden, o ikinci organizmaya ait genetik malzeme edinmesini sağlayan herhangi bir süreçtir. Buna karşın, dikey transfer bir organizmanın kendi atalarından genetik malzeme edinmesidir. Genetik bilimi bu iki transfer biçiminden daha yaygını olan dikey transfere odaklanmış olmakla beraber, yakın zamanda yatay transferin de anlamlı bir olgu olduğu bilincine varılmıştır. Yatay gen transferinin yapay biçimi bir genetik mühendislik şeklidir.

C değeri muamması veya C değeri paradoksu, ökaryotik türlerin çekirdek genomu büyüklüğündeki büyük çeşitliliğe değinmek için kullanılan bir terimdir. C değeri muammasının temelinde yatan gözlem, genom büyüklüğünün organizma kompleksliği ile ilintili olmadığıdır; örneğin, bazı tek hücreli protistalarin genomları insanınkinden çok daha büyüktür.

Ortak ata, evrimsel süreçte, birden fazla canlı türünün ortak genetik öncülü olan canlı. Modern biyolojide, Dünya üzerinde yaşayan ya da soyu tükenmiş birçok canlının, diğer alt canlı türlerinin ortak atası olduğu kabul edilir. Ayrıca tüm canlıların "evrensel bir ortak ata"dan ya da "ortak gen havuzu"ndan geldiği kabul edilir. Evrensel ortak ata kavramı, ilk kez 1859'da Charles Darwin'in Türlerin Kökeni kitabında ortaya atılmıştır.

<span class="mw-page-title-main">İnsan genomu</span>

İnsan genomu Homo sapiens'in genomudur. 23 kromozom çifti üzerinde bulunur, bunlardan 22 çifti otozomal kromozomdur, kalan çift ise cinsiyeti belirler. Haploit insan genomu toplam 3 milyar DNA baz çiftinden biraz fazla uzunluktadır. İnsan Genom Projesi ile elde edilen ökromatik insan genom referans dizisi biyomedikal bilimlerde kullanılmaktadır.

Kalıtım, fenotipik özelliklerin ebeveynlerden yavrulara aktarılmasıdır. Oluşan hücreler veya organizmalar, ebeveynlerinin genetik bilgisini eşeysiz üreme ya da eşeyli üreme yoluyla edinirler. Kalıtım yoluyla bireyler arasındaki farklılıklar birikebilir ve bu durum türlerin doğal seçilim yoluyla evrimleşmesine neden olabilir. Biyoloji biliminde kalıtım çalışmaları genetik olarak adlandırılır.

Mikro evrim, tek bir canlı türü ve bu türün popülasyonları içinde çeşitli seleksiyonlar sonucu oluşan tüm küçük değişimler ve evrimleşme olayları. Bu anlamda mikro evrim, bir popülasyonun gen sıklığında küçük ölçekte oluşan değişimlerin evrimidir.

<span class="mw-page-title-main">CRISPR</span> Gen Değişimleri veya Yapay Gen Aktarımı

CRISPR, DNA dizilimleri kümesidir.

<span class="mw-page-title-main">Jennifer Doudna</span> Amerikalı biyokimyager

Jennifer Doudna, CRISPR gen düzenleme alanındaki öncü çalışmaları nedeniyle Emmanuelle Charpentier ile birlikte 2020 Nobel Kimya Ödülü'ne layık görülen Amerikalı biyokimyager. Berkeley'deki California Üniversitesi'nde Kimya ve Moleküler ve Hücre Biyolojisi Bölümü'nde Li Ka Shing Şansölye Başkanı Profesördür. 1997'den beri Howard Hughes Tıp Enstitüsü'nde araştırmacı olarak çalışmaktadır.

Bencil genetik unsurlar, organizmanın uygunluğu üzerinde olumlu veya bir olumsuz etki olmasa bile, genomdaki diğer genler pahasına kendi aktarımlarını artırabilen genetik bölümlerdir. Genomlar, geleneksel olarak, organizmanın ortama uygunluğunu iyileştirmek için birlikte hareket eden, birbirine bağlı birimler olarak görülmüştür. Bununla birlikte, genler kendi aktarımları üzerinde bir miktar kontrole sahip olduğunda, kurallar değişebilir ve bu nedenle, tüm sosyal gruplar gibi, genomlar da kendi bölümleri tarafından bencil davranışlara karşı zayıftır.

<span class="mw-page-title-main">Emmanuelle Charpentier</span>

Emmanuelle Marie Charpentier, mikrobiyoloji, genetik ve biyokimya alanlarında çalışan Fransız profesör ve araştırmacıdır. 2015 yılından beri, Almanya, Berlin'deki Max Planck Enfeksiyon Biyolojisi Enstitüsü'nde direktör olarak görev yapmaktadır. 2018'de bağımsız bir araştırma enstitüsü olan Max Planck Patojen Bilimi Birimi'ni kurdu. 2020'de Charpentier ve Jennifer Doudna, "genom düzenlemede bir yöntemin geliştirilmesi nedeniyle" Nobel Kimya Ödülü'ne layık görüldü.

<span class="mw-page-title-main">CRISPR gen düzenleme</span> gen düzenleme yöntemi

Moleküler biyolojide, CRISPR gen düzenleme, canlı organizmalara ait genomların değiştirilebilmesini sağlayan bir genetik mühendisliği tekniğidir. Bu teknik, bakteriyel CRISPR-Cas9 antiviral savunma sisteminin basitleştirilmiş bir versiyonuna dayanmaktadır. Bu teknik ile sentetik bir guide RNA (gRNA)'nın, komplekslenmiş Cas9 nükleazın bir hücreye iletilmesiyle hücrenin genomu istenen bir konumda kesilebilir.

<span class="mw-page-title-main">Mikrobiyota</span> Mikroorganizma topluluğu

Mikrobiyota, "kommensal, simbiyotik ve patojenik mikroorganizmaların oluşturduğu ekolojik komünitelerdir" ve bitkilerden hayvanlara kadar incelenmiş tüm çok hücreli organizmaların iç ve dış yüzeylerinde bulunurlar. Mikrobiyota, bakteriler, arkeler, protistler, mantarlar ve virüsleri içerir. Mikrobiyotanın, konak canlının immünolojik, hormonal ve metabolik homeostazı açısından çok önemli olduğu bulunmuştur. Mikrobiyom terimi, ekolojik bir nişteki yaşayan mikroorganizmaların genomlarının toplamını ya da mikroorganizmaların kendilerini tanımlamak amacıyla kullanılmaktadır.

<span class="mw-page-title-main">He Jiankui</span>

He Jiankui, Çinli biyofizikçidir. Çin'in Shenzhen şehrinde bulunan Güney Bilim ve Teknoloji Üniversitesinin Biyoloji bölümünde doçent olarak görev yapmıştır.

Biyoteknoloji riski, genetiğiyle oynanmış biyolojik ajanlar gibi biyolojik kaynaklardan gelebilecek bir varoluşsal risk biçimidir. Bu kadar yüksek sonuç veren bir patojenin kökeni kasıtlı bir yayma, kazara serbest bırakma veya doğal olarak meydana gelen bir olay olabilir.

<span class="mw-page-title-main">Francisco Mojica</span>

Francisco Juan Martínez Mojica, moleküler biyolog ve mikrobiyologdur. Bakterilerdeki tekrarlı DNA dizileri olan CRISPR bölgelerinin keşfine olan katkılarıyla tanınmaktadır. Bu keşif daha sonrasında genom düzenleme aracı olarak kullanılan CRISPR-Cas9‘un geliştirilmesine öncülük etmiştir.

Endojen viral element, viral olmayan bir organizmanın germ hattında varlığını sürdüren, bir virüsten gelen DNA sekansıdır. EVE'ler, viral genomun tamamı (provirus) veya bir kısmı olabilir. Bir viral DNA sekansı, hayata tutanabilir bir organizmayı meydana getirecek germ hücresinin genomuna entegre olur. Bu yeni yerleşmiş viral element, konakçı türde bir alel olarak bir nesilden bir sonrakine aktarılabilir ve hatta fiksasyona tabi olabilir.


Bu sayfa, bu Vikipedi makalesine dayanmaktadır.
Metin, CC BY-SA 4.0 lisansı altında mevcuttur; ek koşullar uygulanabilir.
Görseller, videolar ve sesler kendi lisansları altında mevcuttur.