Rekombinant DNA

Rekombinant DNA teknolojisi, doğada kendiliğinden oluşması mümkün olmayan, çoğunlukla farklı biyolojik türlerden elde edilen DNA moleküllerinin, genetik mühendislik teknolojisiyle kesilmesine ve elde edilen farklı DNA parçalarının birleştirilmesi işlemlerini kapsayan bir teknolojidir. Rekombinant DNA ise; bu işlem sonucu üretilmiş olan yeni DNA molekülüne verilen isimdir ve kısaca rDNA olarak yazılır.

Bu alanda yapılan işlemler, kısaca genlerin herhangi bir organizmadan alınarak üretilmesi (klonlama) ve üretilen genlerin gerek temel, gerekse uygulamalı araştırmalar için kullanması olarak özetlenebilir. Bu teknoloji bugün temel bilimler, tıp, endüstri, biyoteknoloji, biyomühendislik, hayvancılık, ziraat, çevre mühendisliği gibi alanlarda yaygın bir biçimde kullanılmaya başlamıştır.

Tanım ve amaç

Bu teknolojinin bilimsel temeli olan çeşitlenme (rekombinasyon) genetik bir olaydır ve doğada canlılar arasında görülen çeşitliliğin önemli nedenlerinden birini oluşturur. Rekombinasyon, farklı genotipteki bireyler arasında eşleşmeler söz konusu olduğunda, ana-babaya ait kalıtsal özelliklerin dölde değişik gruplanmalar halinde bir araya gelmesine yol açan olaylar dizisidir. Bu olay moleküler düzeyde, farklı nükleotid dizilerine sahip iki DNA molekülünün homoloji gösteren bölgeleri arasındaki parça alışverişi sonucunda meydana gelen yeni gruplamalardır. Bunun için DNA molekülleri arasında kırılmalar meydana gelir ve kırılma bölgelerinde DNA molekülleri arasında parça alışverişi oluşur. Sonuçta orijinal durumdaki DNA moleküllerine tam olarak benzemeyen ve onlara ait nükleotid dizilerini kısmen taşıyan rekombinant DNA molekülleri oluşur.

Homolog çeşitlenme (rekombinasyon), eşeyli üremeyle genelde mayoz bölünmedeki kromozomal parça değişimi sonucunda meydana gelir. Bakterilerde çeşitlenme farklı işleyişlerle, transformasyon, konjugasyon ve trandüksiyon olaylarıyla görülür. Bu olayların hepsinin temeli DNA molekülleri arasında homoloji olmasına dayanmaktadır. Bu yüzden doğada çeşitlenme, aynı türe ait bireyler arasında ya da çok yakın türler arasında kısıtlıdır. Farklı türler arasında var olan çeşitli düzeydeki eşleşme engelleri farklı türlere ait bireyler arasında genetik bilgi aktarımına, dolayısıyla da rekombinasyona olanak sağlamamaktadır.

Rekombinant DNA teknolojisinin tanımı ve kapsamı çeşitli toplumlara ya da biliminsanlarına göre farklılıklar göstermektedir. Bununla birlikte, bu değişik tanımlar arasında hepsindeki ortak yönleri birleştiren, oldukça geniş ve günümüzün modern ölçütlerine uygun bir tanım şu şekilde yapılabilir: Rekombinant DNA teknolojisi, bir canlıdan herhangi bir yolla yalıtılan bir genin uygun bir konağın içerisine sokularak orada çoğaltılmasını ve bazen de ifade edilmesini amaçlayan çalışmalara ait tekniklerin toplamıdır.

Belirli bir amaç için doğrudan genetik materyal üzerinde yapılan bu teknolojiyle, in vitro şartlarda genetik materyalde planlı değişiklikler yapılabilmekte, istenilen genlerin istenilen canlıya sokularak, doğal biçimde bulunmadığı bu konakta çoğaltılması ve istenilen ürünü vermesi için nakledilen genin ifadesi sağlanabilmektedir. Bu teknolojiyle, prokaryotik ve ökaryotik gruplara ait türlerin kendi aralarında olduğu kadar, gruplar arasında da gen aktarımları yapmak ve çeşitlilikler meydana getirmek mümkün olmaktadır.

Tarihçe

Rekombinant DNA teknolojisi özellikle 1960'lı yılların sonlarına doğru DNA ile ilgili bazı enzimlerin etki mekanizmalarının anlaşılması sayesinde gerçekleştirilen bir dizi yöntemleri kapsamaktadır. Bununla birlikte bu süreç 1940'lardan 1970'lere kadar moleküler biyolojinin gelişmesini sağlayan bilgi birikimi de rekombinant DNA teknolojisinin temelini oluşturmuştur.

Genetik çeşitlenme olaylarının yapay olarak gerçekleştirilmesi esasına dayanan rekombinant DNA teknolojisine (rDNA) ilişkin ilk çalışmalar, 1973 yılında başta Cohen olmak üzere bir araştırma grubunun önderliğinde in vitro koşullarda gerçekleşmiştir. Buna göre doğada eldesi imkânsız olan yeni gen düzenlemelerinin yapılması bu teknolojiyle sağlanabilmekte, bir canlının genotipi önceden belirlenebilmekte ve yönlendirilebilmektedir. In vitro koşullarda oluşturulan yeni DNA moleküllerine önceleri "kimera" (aslan başlı, keçi gövdeli ve yılan kuyruklu mitolojik bir yaratık) adı verilmiştir. Bu kimeralar, birbirleriyle ilişkili olmayan ve farklı kökenler ait genleri içeren rekombinant DNA molekülleridir.

Rekombinant DNA teknolojisi 1980'li yıllarda dev adımlarla ilerlemiş ve günümüzde adından en çok bahsedilen ve moleküler genetikte devrim yaratan bir bilim dalı olmuştur.

Özellikle 1985'te ortaya atılan bir veya iki hücreden elde edilen DNA'nın birkaç saat içerisinde çoğaltılarak 24 saatte genetik tanının konmasına olanak sağlayan polimeraz zincir tepkimesi (PCR) rDNA teknolojisi için belki en büyük gelişmelerden biri olarak kabul edilebilir.

Uygulama

Rekombinant DNA teknolojisinde izlenen olayların sırası şu şekilde özetlenebilir;

Bir canlıdan elde edilen, istenilen özellikteki (yalıtılmış) DNA parçalarının taşıyıcı özellikteki bir DNA molekülüne (vektöre) bağlanması ve rekombinant DNA eldesi,
Rekombinant DNA moleküllerinin uygun bir konak hücreye sokulma (transformasyon, transdüksiyon veya konjugasyon ile)
rDNA'nın konak hücrede çoğaltılması (gen çoğaltımı) ve hücre bölünmesi,
Yavru hücrelerde yeni genin ifadesi ve ürünün eldesi.

Rekombinant DNA teknolojisinde uygulanan yöntemler 3 ana başlık halinde incelenebilir;

Klasik uygulamalar
Hibritleşme yöntemleri
Polimeraz zincir reaksiyon yöntemi.

Rekombinant DNA teknolojisi uygulamaları özellikle genetik mühendisliği ve biyoteknolojide kullanılmaktadır. Dünya nüfusunun %3-5'nin genellikle tedavi olanağı bulmayan kalıtsal hastalıklardan etkilendiği bilinmektedir. Bu alandaki en büyük ümit ve beklenti genetik bozuklukların gen aktarımı yöntemleriyle düzeltilmesi ya da etkin tedavi yöntemlerinin geliştirilmesidir. Kısa zamanda çok geniş bir uygulama alanı bulan bu yöntemin gerçek değeri önümüzdeki yıllarda çok daha iyi anlaşılacaktır.