İnsan Genomu Nasıl Dizilendi?

0
783

İnsan Genom Projesi, insan genomunun tamamının DNA dizisini belirleme amacıyla 1990 yılında  başlatılmıştı ve 2003 yılında tamamlandı. Artık genomumuzdaki dört bazdan (A,T,C,G) oluşan kodu biliyoruz ve bu projeyle sağlanan katkılar birçok hastalığın genetik kökeninin çözülmesine yardımcı oldu. Vücudumuzdaki yapı taşlarını oluşturan bu kodu tespit etmek, projenin sürdüğü uzun yıllardan da anlaşılabileceği üzere zor ve zaman alan bir görevdi. Bu nedenle dünyanın birçok yerinde genom merkezlerinin katkısıyla tamamlandı.

İlk dizileme yöntemi

İnsan genomunun dizilenebileceği hakkındaki düşünceler 1970’lerde Frederick Sanger DNA dizilemek için bir teknik geliştirip bununla 1980 yılında Nobel ödülü aldıktan sonra ortaya atılmaya başlandı. Sanger dizileme tekniği, genetik kodun ilk defa okunabilmesini sağlamıştır.

Sanger dizileme nedir?

Sanger dizileme yöntemiyle genetik kodun okunması, DNA’nın doğal eşlenme sürecini temel alarak oluşturulmuştur. Hücrelerde DNA eşlenme sürecinde DNA’nın çift zincirli yapısı birbirinden ayrılır. Tek zincir halinde kalan DNA zincirleri, ortamdaki bazları kullanarak karşı zincirlerini tamamlar ve böylece yeni zincirler oluşturur. Her A bazının karşı zincirine T, G bazının karşı zincirine C eklenir.

DNA eşlenmesinde önce DNA’nın çift zincirli yapısı bozularak tek zincirlere ayrılır ve oluşturulan tekli zincirler kendilerini tamamlar. Böylece yeni DNA’lar oluşturulmuş olur.

Sanger dizileme yönteminde, DNA’nın yeni zincirleri tamamlaması için gerekli bazlara DNA eşlenmesini durduracak şekilde kimyasal olarak değiştirilmiş radyoaktif bazlar da eklenir. Böylece farklı uzunlukta birçok DNA parçası oluşur.

Sonrasında oluşturulan örnekler elektroforez isimli cihaza yüklenir. Bu cihaz, elektrik akımıyla DNA parçalarını boyutlarına göre ayırmayı sağlar. Her baz için oluşturulan parçaların boyutlarına göre yapılan analizlerle hangi bazın nerede olduğu tespit edilerek genetik kod dizisi çıkarılabilir.

Geliştirdikleri bu yöntemle bir virüs genomunu dizileyen Fred Sanger ve ekibi, tüm genomu dizileyen ilk ekip oldu.

Genom parçalara ayrıldı

İnsan Genom Projesi’nde de benzer bir teknik kullanıldı. Ancak insan genomu, bu teknikle dizilenemeyecek kadar uzun bir yapıya sahiptir. Bu nedenle yaklaşık 3 milyar dolarlık bütçeye sahip olan bu projede araştırmacılar genomu küçük parçalara ayırdılar. Ayırdıkları bu küçük parçaların sayısını artırabilmek için bakteri hücrelerinde bulunan plazmidlere yerleştirip plazmidlerle birleştirilmiş küçük DNA parçalarını bakteri hücresinin içine koydular.

Elde edilen sinyali artırmak için parçalara ayrılmış olan DNA bakteri plazmidine yerleştirildi.

Bakteriler bölündükçe sayısı artmış olan DNA, sonrasında dizilemeye gönderilmek üzere bakterilerden izole edildi ve dizileme reaksiyonları gerçekleşmek üzere bir tabakaya aktarıldı. Reaksiyonu gerçekleştirmek için gereken materyallere her baz için farklı renklendirilmiş floresan etiketler barındıran modifiye edilmiş sonlandırıcı bazlar eklendi. Isı kontrol edilerek reaksiyon yönlendirildi ve karışımdaki sonlandırıcı bazlar DNA eşlenmesine katılana kadar normal bazlarla DNA eşlenmeleri gerçekleştirildi.

Kimyasal olarak modifiye edilmiş sonlandırıcı baz gelene kadar DNA kendini kendini eşler.

Böylelikle farklı uzunlukta ve son bazı floresan işaret taşıyan birçok DNA parçası elde edildi.

Sonlandırıcı baz gelene kadar oluşturulmuş farklı uzunluktaki DNA parçaları

Bu parçalar uzunluklarına göre sıralanıp lazerle işaretli bazlar tespit edilerek genetik dizi oluşturuldu.

Lazer kullanılarak sonlandırıcı bazlar tespit edilir. Elektroforez kullanılarak diziler boyutlarına göre sıralandığından dizi sırasıyla belirlenmiş olur.

Dizisi tespit edilen bu küçük parçalar birbirleriyle uyuşanlar bir araya getirilerek bütünleştirildi ve tüm genom dizilenmiş oldu. Bu şekilde parçaları birleştirme işlemini puzzle yapmaya benzetebiliriz. Ancak İnsan Genom Projesi tamamlanalı uzun yıllar olmuş olsa da sanıldığının aksine genomdaki her bölüm tam olarak tespit edilemedi. Hala tamamlanamamış boşluklar var. Bunların tamamlanamamasının sebebi birbirine çok benzeyen tekrarlayan dizilerden oluşmaları. Puzzle benzetmesinden yararlanarak gökyüzü resmini tamamlamanın birbirine benzeyen parçalardan dolayı zor olmasına benzetebiliriz.

Günümüzde genom dizilemek için hangi teknikler kullanılıyor?

Sanger tekniği halen kullanılsa da günümüzde daha ucuz ve kısa süren “Yeni Nesil Dizileme Teknikleri”nin kullanımı hakim. İnsan Genom Projesi’nde dizileme yapmak yaklaşık 3 milyar dolara mal olmuşken bu yeni teknikle insan genomu 5 bin dolara kısa sürede dizilenebilir. Bakteri kullanımı da gerekmediği için örnekler dizilemeye çok daha hızlı hazırlanabiliyor.

Yeni nesil dizileme teknikleri, farklı bireylerin genomunu karşılaştırabilmeye ve hastalıkların genetik kökenini açığa çıkarabilmeye imkan sağlar. Ayrıca vücudumuzda barındırdığımız bakteri ve virüslerin de genomunu anlayabilmemize olanak sağlar.

 

Kaynaklar: 

https://www.genome.gov/12011239/a-brief-history-of-the-human-genome-project/

https://www.yourgenome.org/facts/where-did-dna-sequencing-begin

https://www.yourgenome.org/stories/the-dawn-of-dna-sequencing

https://www.yourgenome.org/video/dna-sequencing

https://www.yourgenome.org/stories/next-generation-sequencing

CEVAP VER

Please enter your comment!
Please enter your name here