Biyoloji biliminin en temel amaçlarından birisi, her bir genin moleküler ve biyolojik fonksiyonunu anlamaktır. Bunu öğrenmek için en geçerli yaklaşımlardan birisi, araştırılmak istenen genin de (protein sentezlemek için gerekli olan aktif gen bölgeleri ile birlikte gene ait nükleotit dizisinin) içinde bulunduğu minimal (sadece yaşamı sürdürmek için kesinlikle gerekli olanları içeren) genomlar dizayn etmek ve sentezlemektedir.



2010 yılında J. Craig Venter Enstitüsü araştırmacıları, parazit bir mikroorganizma olan Mycoplasma mycoides türünün genomunu baz alan 1079-kb (1.079.000 bazlık) bir nükleotit dizisi şeklindeki mini genomu kimyasal olarak sentezlenmiş, Mycoplasma capricolum türünün hücre sitoplazması içerisine enjekte edildiğinde ise hücre büyümesini uyararak harekete geçirmişti. (Bkz.Craig Venter "sentetik yaşam"ın açılışını yapıyor)

Yeni bir araştırmada ise yine aynı enstitüden Clyde A. Hutchison III ve çalışma arkadaşları, Mycoplasma mycoides mini genomunun uzunluğunu 473 geni içeren 531 kilobazlık (531.000 nükleotitten oluşan dizi) daha küçük bir genoma dönüştürecek tasarımı geliştirdi; bu genomu sentezledi ve döngüyü teste tabi tuttu. En temel elemanlarına indirgenen M. mycoides genomu, ardından M. capricolum kabuğa nakledildi. Böylece "syn3.0" adlı minimal bakteri doğdu. Transkripsiyon ve translasyon gibi protein sentezi süreçlerinde kilit rolleri olan genleri bulunduran bu genom, bu genlerin yanı sıra 149 adet fonksiyonu bilinmeyen gene ait dizileri de barındırıyor.



M. mycoides normalde de zaten bilinen en küçük genomlardan birine sahip bir organizma. Deneylerde kullanılan mikoplazmanın (İng. mycoplasma) başlangıçta 901 tane geni vardı. Diğer bakterilerle karşılaştırıldığında bu çok az. Örneğin E. coli'de 4000-5000 arası gen olur. İnsanlarda ise 22.000'den fazla gen vardır; tabi bunların hepsi gerekli olmasa da.


Venter, Hutchison ve çalışma arkadaşları bir dizi deneyde, çok sayıda gene transpozonlar (yabancı genetik dizilimler) yerleştirip, işlevlerini baltalayarak, hangilerinin bakterinin yaşamsal işleyişinde kritik rol oynadığını saptamaya çalıştı. Böylece olası en küçük genomu elde etmeyi denediler.

1984 yılında kendiliğinden bölünme yeteneği kazandırılmış mikoplazmalar rapor edilmişti ve yaşamsal aktivitelerin temelini anlamak için bu canlılar model olarak alınıyordu. O günden beri bu alanda yapılan tüm araştırmalar, yaşam için zorunlu olan genleri saptamak için bilimcileri, üretilen genomları daha az gen barındıracak şekilde dizayn etmeye itmekteydi. Yine de üretilen tüm genomlar, (yaşayan canlılar baz alınarak) bir biçimde yaşamsal aktiviteler için gerekli olan (araştırmacıların anladığı kadarıyla tabi) temel genlerden başka genler de içeriyordu ve genom büyüklüğünde küçültmeye gitmek hep mümkün görünüyordu.



Bütün halinde üretilen genomlar, kimyasal olarak laboratuvar ortamında sentezlenmiş oligonükleotitlerden (birkaç nükleotitlik DNA dizileri)  elde edilebiliyor ve alıcı hücrelere verilerek, yaşamsal işlev görüp göremeyecekleri test edilebiliyor.

Sonuçlar, 1079 kilobaz çiftlik sentetik genomun (JCVI-syn1.0) yaşamsal aktiviteleri devam ettirebilmekle beraber küçültülebildiğini gösteriyor. Dizayn döngüsü olarak düşünebileceğimiz döngünün üç kez fazladan gerçekleştirilmesi ile safi yaşamsal genler geriye kalacak biçimde 531 kilobaz çifti uzunluğundaki daha kısa DNA (JCVI-syn3.0 - 531 kbp, 473 gen) sentezlenmiş oldu. Bu da doğada kendi kendine bölünerek üreyen canlılarda olan en kısa genomdan bile daha kısa olduğundan, yaşamsal olarak bir anlamda bugüne kadarki en verimli genom üretildi diyebiliriz.

---

Kaynak: Science News, "Scientists build minimum-genome bacterium"
<https://www.sciencenews.org/article/scientists-build-minimum-genome-bacterium>

İlgili Makale : Clyde A. Hutchison III. , et al., Design and synthesis of a minimal bacterial genome, Science , 25 Mar 2016:Vol. 351, Issue 6280, DOI: 10.1126/science.aad6253

---