Minimal Bakteriyel Genom Dizayn Edildi ve Sentezlendi

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 (prote..
Görsel Telif:

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.

Burada araştırmada üretilen JCVI-syn3.0 adı verilen genomu barındıran hücreler görülüyor. Bu genom ile yaşamsal aktivitelerini devam ettirebilen küresel yapıdaki bakteriyel hücrelerden oluşan koloni gösterilmiş. Görseldeki ölçek 200 nanometre (metrenin milyarda biri) uzunluğu temsil etmektedir.

Üretilen JCVI-syn3.0 genomunu barındıran hücreler görülüyor. Küresel yapıdaki bu bakteriyel hücrelerden oluşan koloni, bu genom ile yaşamsal aktivitelerini devam ettirebildi. Sol alttaki ölçek 200 nanometre (metrenin milyarda biri) uzunluğu temsil ediyor.

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.

Yeni üretilen bakteri “syn3.0” olarak adlandırılıyor ve bağımsız yaşamı olanaklı kılabilecek en küçük genoma sahip. Sadece 473 geni var. Bunların 149 tanesinin işlevleri bilinmiyor. (Telif: E. Otwell, Hutchison et al/Science 2016)

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.

Bağımsız yaşamı sürdürebilen bakteri için en 473 gen gerekti. Bu genlerin çoğu şu 4 temel görevden birini yapıyor: 195 gen DNA yönergelerinin RNA’ya yazımı ve proteine çevriminden sorumlu (genom bilgisinin ifadesi); 34 gen DNA eşlenmesi ve onarımından sorumlu (genom bilgisinin korunumu); 84 gen hücre zarının yapısının ve işlevinin sağlanmasından sorumlu ve 81 gen metabolizmadan sorumlu. Bunların dışındaki 149 genin bakterideki işlevleri ise henüz net bilinmiyor. 70 tanesinin büyük olasılıkla ne yaptıklarına ilişkin tahminler var; fakat diğer 79 tanesinin hücredeki rolleri hakkında hiçbir fikrimiz yok.

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.

Four design-build-test cycles produced JCVI-syn3.0. (A) The cycle for genome design, building by means of synthesis and cloning in yeast, and testing for viability by means of genome transplantation. After each cycle, gene essentiality is reevaluated by global transposon mutagenesis. (B) Comparison of JCVI-syn1.0 (outer blue circle) with JCVI-syn3.0 (inner red circle), showing the division of each into eight segments. The red bars inside the outer circle indicate regions that are retained in JCVI-syn3.0.

Solda dizayn-yapım-test üçlemesinin döngüsü infografik haline getirilmiş. Mevcut araştırmada bu döngü üst üste dört kez tekrarlandı ve bugüne kadarki en kısa yapay yaşamsal genom üretilmiş oldu. Sağda ise daha önce üretilen daha uzun dairesel DNA JCVI-syn1.0 mavi renk ile gösterilmiş. Buna karşılık içerdeki kısa yapay genom JCVI-syn3.0’ün dışardaki genomun kırmızı ile gösterilmiş çıkıntılar halinde görünen parçalarından üretildiği anlatılıyor.


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


Etiket
  • Projelerimizde bize destek olmak ister misiniz?
  • Dilediğiniz miktarda aylık veya tek seferlik bağış yapabilirsiniz.
  • Destek Ol
Yorum Yap (0 )

Yorum yapabilmek için giriş yapmalısınız.

Bunlar da ilginizi çekebilir

Bağış Yap, Destek Ol!
Projelerimizde bize destek olmak isterseniz,
Patreon üzerinden
bütçenizi zorlamayacak şekilde aylık veya tek seferlik bağışta bulunabilirsiniz.
E-Bülten Üyeliği
Duyurulardan e-posta ile
haberdar olmak istiyorum.
Reklam Reklam Ver
Arşiv