İstenilen özellikte organizma yaratmak amacıyla istenilen genleri kromozomlara ekleme yöntemlerini kapsayan uğraşların tümü, genetik mühendisliği çatısı altında toplanmaktadır. Gregor Mendel'in özellikle bezelye bitkileri üzerinde yaptığı çaprazlama çalışmalarının amacı temel genetik kurallarını keşfetmekti. Elde edilecek bulgularla doğanın imkan verdiği en üstün kalitedeki ürünü çok sayıda elde fikrine de hizmet ediyordu. Fakat yapılan çalışmalar aynı tür içindeki bitkiler ile kısıtlı kalmaktaydı.
Yıllar boyunca organizmalar da istenilen niteliklerin elde edilmesi çalışmaları tür içinde kısıtlı kalmış ve büyük ölçüde rastlantıya dayanmıştır Bu kısıtlamanın bilincine varan araştırmacılar çalışmalarını tür engelini kırma yolunda çabalara yöneltmiştir. Genetik mühendisliği diye bir terimin kullanılmadığı ve bugünkü anlamda çalışmaların henüz yapılmadığı yıllarda özellikle bitki ıslahcıları çeşitli teknikler geliştirerek doğal olarak eşleşmeyen türlere ait organizmalar arasında gen aktarımları (yapay tozlaştırma) gerçekleştirmişlerdir. Elde ettikleri rekombinant bireyleri eşeyli üreme(çiftleşme) yöntemi ile üretmeyi başarmışlardır. Bu şekilde doğal olarak meydana gelemeyen gen kombinasyonları elde etmeye yönelik uğraşlar, bir anlamda genetik mühendisliğinin başlangıcı olarak kabul edilebilir.
1960'lı yıllarda somatik (2n kromozoma sahip vücut hücreleri=diploid) hücrelerin birbirleriyle kaynaşabildiği (Füzyon yöntemi) ortaya konulmuş ve genetiğin biliminin bir alt birimi olan somatik hücre genetiğine dayanarak, gen aktarım çalışmaları somatik hücre düzeyine indirilmiştir. Bu çalışmalar eşeyli üremenin dışındaki yollardan yararlanılan ilk çalışmalardı.
1970'lı yılların başında ise, o yıllara kadar oluşan temel ve teknik bilgilerin birikiminin yardımıyla, amaçlanan genetik yapıya uygun gen kombinasyonu yaratılmasına yönelik çalışmalar moleküler düzeye inmiştir. DNA nın üç boyutlu moleküler yapısının keşfi, replikasyon, rekombinasyon yeteneklerinin aydınlatılması, genin işlevsel tanımının yapılması, gen anlatımının ve düzenlenmesi işlevlerini açıklığa kavuşturmuş, böylelikle rekombinant DNA teknolojisinin gelişimine de ön ayak olmuştur.
Rekombinant DNA teknolojisi, gen klonlaması, DNA klonlaması, genetik manipülasyon ve en popüler olarak da genetik mühendisliği terimleri bir çok bilim adamı tarafında çoğunlukla eş anlamlı olarak kullanılmaktadır.
Genetik Mühendisliği; genetik analiz yapmak ya da istenilen özellikte organizma geliştirmek amacıyla, bir tür içinde veya farklı türlere ait organizmaların genleri üzerinde, planlı yürütülen çalışmalardır. Bu teknolojinin uygulama alanları, temelde, ekonomik bakımdan önemli organizmaların ve onların özelliklerinin geliştirilmesini kapsamaktadır.
Genetik mühendisliğinin etkilediği uygulama alanlarının başında endüstri gelmektedir. Çeşitli endüstriyel ürünlerin (ilaç,besin vb.) istenilen nitelikte ve bol miktarda elde edilmesine yönelik çalışmalar endüstri sektörünün bu teknolojiye büyük yatırımlar yapmasına yol açmıştır. Tıpta ,özellikle kalıtsal hastalıkların tanısının konmasına olanak sağlamakta ve bu hastalıkların tedavisi açısından da ileriye yönelik ümit vermektedir. Tarım ve hayvancılıkta da istenilen niteliklere sahip bitki ve hayvanların yetiştirilmesinde büyük ölçüde kullanılmaktadır. Bunlara ek olarak, çevre kirlenmesinin önlenmesi, madencilik vb. daha bir çok alanda genetik mühendisliğinden yararlanılmaktadır.
Bir Amerikan firması, mısır yada daha başka tahılların köklerinde yaşayan Pseudomonas fluorescens türü bakteriye, normalde toprakta yaşamayan, ama böcek öldürücü bir zehir sentezleyebilen Bacillus thuringiensis adlı bakterinin zehir kodlayan gen bölgesini eklemiştir. Genetik yapısı değiştirilerek tarlalara bırakılan Pseudomonas fluorescens, tahılların köklerine zarar veren mayısböcekleriyle mücadelede çiftçilerin en büyük yardımcısı olmuştur.
Tarımcılıkta etkin başarıların elde edilmesinde büyük katkısı olan genetik mühendisliği, aynı başarıyı hayvancılık sektöründe henüz sağlayamamıştır. Bunun nedeni genetik araştırmacıları, henüz naklettikleri genin kromozomda nereye girdiğini kontrol edememeleri dolayısıyla da yanlış proteinlerin sentez edilmesidir. Yanlış proteinler, üretilen hayvanların fizyolojilerinde ve morfolojilerinde istenmeyen olumsuz sonuçların görülmesine sebep olur.
Rekombinant DNA teknolojisinde izlenen olaylar dizisi genelde,bir organizmadan elde edilen ve içinde istenilen geni taşıyan DNA parçalarının, taşıyıcı özellikte bir DNA molekülüne bağlanarak rekombinant DNA oluşturulması, rekombinant DNA moleküllerinin uygun bir konak hücreye sokularak orada çoğaltılmasıdır. Çoğaltılan genler (DNA parçalar) ile kitaplıklar oluşturulmaktadır. Bu olaylar dizisine genel olarak gen klonlaması adı verilir ve neticede çeşitli genlere ait bir kitaplık oluşturulur. Genetik Mühendisliğinde yürütülen çalışmaların aşamaları sırasıyla şöyledir:
İstenilen geni taşıyan DNA parçalarının elde edilmesidir. Bu amaç için çeşitli yollar kullanılır. Bunlardan biri izole edilip saflaştırılmış DNA moleküllerini çift zincirli yapılarını bozmadan parçalamaktır. Bunun için özel enzimler kullanılmaktadır. Bu enzimler DNA molekülünde özel nükleotid dizilerini tanır ve orada kesmeler yapar.
Rekombinant DNA moleküllerinin oluşturulması:
İzole edilen geni taşıyan DNA parçalarının çoğaltılmasını sağlamak üzere onlara taşıyıcılık görevi yapacak uygun DNA moleküllerine bağlanmasıyla elde edilen moleküllere rekombinant DNA adı verilmektedir. Buna göre, genetik mühendisliğinde rekombinant DNA kavramı doğal olarak birlikte bulunmayan (farklı kökenli) DNA molekülleri arasında ,laboratuar koşullarında yaratılmış, yeni bir düzenlemeyi (birliği) ifade eder. Geni taşıyacak DNA molekülleri virüs DNAları, plazmidler ve cosmidlerdir.
Uygun bir hücreye sokulması:
Rekombinant DNA moleküllerinin konak hücreye sokulmasında vesiküller veya küçük ve suda erimeyen lipit(yağ) yapısında cisimler olan lipozomlar kullanılır. Lipozomlar hücrelerle(özellikle hayvan hücresi) kolaylıkla kaynaşır ve DNA hücre içinde serbest duruma geçer.
Son yıllarda mikroinjeksiyon tekniği başarıyla kullanılmaktadır. Genin konak hücre içine çok ince iğne ile enjekte edilmesidir.
Bakteriyofajların (Virüs) konak hücrelere de kendini eşleyebilmesi esasına dayanarak genin, virüs içine yerleştirilip rekombinant DNA molekülünün oluşturulması ve istediğimiz geni taşıyan fajın, konak hücreye girmesi ile sağlanır. Bu yönteme Transfeksiyon adı verilmektedir.
Çoğaltılan genlerin seleksiyonu:
Konak hücrede istenilen genin bir çok kopyası oluşturulmasından sonra bu genlerin izole edilmesi gerekmektedir. Bunun için daha önceden radyoaktif olarak işaretlenmiş genler(marker) kullanılmaktadır. Bu işaret geni U.V. ışığının altında kendini belli edeceğinden kolaylıkla yeri saptanabilmektedir. Saptanan gen özel enzimler yardımı ile yabancı genden arıtılır ve saf olarak elde edilir.
Bir diğer yöntem ise genin anlatım yapması ile konak hücrede fenotipik (gözlemlenebilen özellikler Ör:hücrede mavi renk plakları oluşturması) değişikliler oluşturması ile klonlanan hücreler ile klonlanmayanlar birbirlerinden ayrılabilir.
Bütün bu işlemlerden sonra gen bankaları (genom kitaplığı) oluşturulur. Kitaplık bir organizmanın tüm genotipini DNA dizilerinin tümünü yada bir kısmını içeren DNA klonları topluluğudur.
1997 Şubat ayında kuzu Dolly'i ortaya çıkaran klonlama teknolojisi ve ertesi yıl insana ait embriyonik kök hücresi kültürü oluşturulması genetik mühendisliğinde iki büyük atılımı gerçekleştirmiştir. Özellikle embriyonik kök hücreleri blastosistlerden, kişiye özel organ ve dokuların üretilmesi ile organ bağışında sürekli olarak sorun yaratan doku uyuşmazlığı sorununun ortadan kalkması, bu beklentiye temel oluşturuyor. Tedavi amaçlı klonlama fikrinden tam uyum içindeki yeni dokuların yaratılması düşüncesine geçiş ile yeni umutlar doğmuştur. Bu yöndeki çalışmaların neticeye ermesi ile bireyin kendi hücrelerinden üretilmiş organların nakli ile hasarlı organların değişimi mümkün olacaktır.
Farklı histolojik karakterleri sergileyen hücrelerimizin aslında ortak bir DNA programına sahip olması, klonlama tekniklerine gerek kalmaksızın, nükleotid dizilerde yapılacak değişikliklerle arzu edilen tipte hücrelerin elde edilebilmesi mümkün olacaktır.
İstanbul - 19.06.2001
Genetik mühendisliği notları
Bilim Teknik Haziran 2001