Genom Haritası Nasıl Çıkarılır?

Genom haritalama, bir kromozomda bulunan genlerin konumlarını ve aralarındaki uzaklıkları belirleyip kaydetmek için kullanılır. İnsan Genomu Projesi açısından, genom haritalama kritik bir başlangıç no..
Görsel Telif: Yourgenome.org

Genom haritalama, bir kromozomda bulunan genlerin konumlarını ve aralarındaki uzaklıkları belirleyip kaydetmek için kullanılır. İnsan Genomu Projesi açısından, genom haritalama kritik bir başlangıç noktası olmuştur.

  • Bir genom haritası, ait olduğu organizmanın genomundaki önemli yerleri gösterir.
  • Tıpkı Londra metro haritasının gösterdiği metro duraklarının, şehri gezmeyi kolaylaştırmasına benzer biçimde, bir genom haritası da bilimcilerin genomda yollarını bulmasına yardım eder.
  • Bir genom haritası üzerindeki önemli yerler arasında genlerin kendileri veya genlerin etkinleşip edilgenleşmesini sağlayan düzemleyici kısa DNA dizilimleri bulunabilir.
  • Genom haritalama, tüm genom dizileme ve İnsan Genomu Projesi için gereken temeli sağlamıştır.
  • Dizilenmiş DNA parçaları, genomun birleştirilip derlenmesine yardımcı olacak şekilde genom haritasına uyacak şekilde hizalanabilir.
  • Zaman içerisinde, bilimciler bir genom hakkında daha fazla şey öğrendikçe, genomun haritası daha doğru ve ayrıntılı hâle gelir. Çıkarılan bir genom haritası nihai harita olmayıp, iyileştirilmesi devamlı süren bir süreçtir.

Değişik Genom Haritalama Çeşitleri

  • İki genel genom haritalama türü var: Genetik Haritalama ve Fiziksel Haritalama.
  • Bu genom haritalama çeşitlerinin ikisi de araştırmacılara bir kromozomda bulunan bir genin (veya DNA bölümünün) konumu için rehberlik eder; ancak çok farklı bilgilere dayanarak bunu sağlarlar.
    • Genetik haritalama, genetik bilginin kromozomlar arasında ya da mayoz sırasında aynı kromozomun farklı bölgelerinde nasıl yer değiştirdiğine bakar. Yani parça değişimi (rekombinasyon, İng. crossing over) olayı ile ilgilenir.
    • Fiziksel haritalama, bilinen DNA dizilimlerinin (genler dahil) arasındaki fiziksel uzaklığa bakar. Onların arasındaki baz çiftlerinin (A-T, C-G) sayısını hesaplayarak bunu yapar.

İki temel genom haritalama yolu arasındaki farkı gösteren çizim: Genetik haritalama & Fiziksel haritalama. (Görsel telif: Genome Research Limited)

Genetik Haritalama

Eski Genetik Haritalar

  • İlk genetik harita, 1913 yılında Alfred Sturtevant tarafından yaratıldı ve meyve sineğinden (Lat. Drosophila melanogaster) alınan bir kromozoma aitti.
    • Sturtevant, genlerin kromozomlar üzerinde çizgisel biçimde yerleşmiş olduğunu saptadı; tıpkı ipe dizilmiş boncuklar gibi. Ayrıca belirli özelliklerden sorumlu genler, belirli yerlerde bulunuyordu.
    • İki gen arasındaki parça değişimi (rekombinasyon, İng. crossing over) sıklığının, bunların bir kromozom üzerindeki konumlarının saptanmasına yardımcı olabileceğini ileri sürdü.
    • Bir kromozom üzerinde birbirlerinden çok uzak bulunan genlerin, ayrı ayrı kalıtılmaya eğilimli olduklarının farkına vardı. Bunun nedeni, basitçe rekombinasyonun gerçekleşmesi için arada daha büyük bir bölge kalmasıydı.
    • Aynı biçimde, kromozomda birbirine yakın olan genler de birlikte kalıtılmaya eğilimliydiler.

Mayoz sırasında kromozomların parça değişimini ve bunun genlerin birlikte kalıtılması üzerindeki etkisini gösteren çizim. (Görsel telif: Genome Research Limited)

  • Çeşitli özelliklerin ne sıklıkta birlikte kalıtıldıklarına bakarak, genler arası uzaklığı tahmin etmek olanaklıdır. O halde, kromozom üzerinde genlerin birbirlerine göre nerede olduklarını gösteren bir harita çıkarılabilir. Buna bağlantı haritası adı verilir.
  • Aynı kromozomda bulunan genlerin “bağlantılı” oldukları söylenir ve genler arası uzaklığa da “bağlantı uzaklığı” denir. Uzaklık ne denli küçükse, iki genin birlikte kalıtılma olasılığı o denli artar.
  • Özelliklerin nasıl aktarıldığının incelenmesinde bu kavrayış uygulanarak, ilk insan genomu haritası çıkarılmıştır.
  • Eğer iki (ya da daha fazla) sayıda özelliğin bir ailede sıklıkla birlikte kalıtıldığı görülürse (örneğin sarı saç ile mavi göz), bu özelliklerden sorumlu genler büyük olasılıkla aynı kromozomda ve birbirlerine yakınlar demektir.

Meyve sineğinden alınan kromozomların genetik haritasını gösteren çizim. Genlerin adları, herbir kromozomun sağında görülüyor. Kromozomların solundaki sayılar, genler arası uzaklığı belirtiyor. (Görsel telif: Genome Research Limited)

Modern Genetik Haritalar

  • Son zamanlarda geliştirilen genetik haritalama teknikleri ile birlikte gerçekleşen genetik rekombinasyonların net sıklığını bularak, genlerin konumları çıkarılmaktadır.
  • Bir genetik harita çıkarmak için araştırmacılar, bir ailenin kimileri belli bir hastalığa ya da özelliğe sahip olan üyelerinden kan ve doku örnekleri alır.
  • Ardından her bir bireyden alınan örnekteki DNA ayrıştırılır ve yakından incelenir. Hastalığı/özelliği taşıyan bireylerin DNA’larında, diğerlerinde olmayan bir şablon bulunmaya çalışılır.
  • Bunlara belirteç (gösterge, İng. marker) denir ve bir ailedeki nesiller boyunca özelliklerin kalıtımının izlenmesi açısından son derece önemlidirler.
  • Mikrouydu (DNA’nın kendini tekrarlayan dizilimi, İng. microsatellite) adı verilen türdeki DNA belirteci, genomun her yanında bulunur ve bazların belli bir yinelemeli diziliminden oluşur.
  • Eğer belli bir gen, kromozomda bir DNA belirtecine yakınsa, genin ve belirtecin birlikte kalıtılma olasılıkları yüksektir. Çünkü rekombinasyon sırasında büyük olasılıkla aynı parçada bulunacaklardır.
  • Aynı biçimde, eğer bir DNA belirteci ile bir gen rekombinasyon sürecinde sıklıla ayrı düşüyorsa, bunların kromozom üzerinde birbirlerinde oldukça uzak oldukları düşünülebilir.
  • Bir genetik haritada ne kadar çok DNA belirteci varsa, bunlardan birinin hastalık ya da özellik atfedilen bir gene yakın olma olasılığı o kadar yüksek olur.
  • Genetik haritalar, büyük resmin görülmesi açısından iyi olmakla birlikte, doğrulukları sınırlıdır ve dolayısıyla diğer haritalama tekniklerinden (örneğin fiziksel haritalamadan) kazanılan ileri bilgiler ile desteklenmeleri gerekir.

Fiziksel Haritalama

  • Fiziksel haritalama, bir ktomozom üzerindeki bilinen belirli DNA dizilimleri arasındaki (fiziksel) uzaklığına ilişkin bir tahmin yapar.
  • Bu uzaklık, aralarındaki baz çiftlerinin sayısı olarak ifade edilir.
  • Fiziksel haritalama için kullanılan birkaç farklı teknik vardır:
    • Restriksiyon haritalama (parmakizi haritalama ve optik haritalama)
    • Fluoresan in situ hibritleştirme (FISH) haritalama
    • Dizilim etiketli bölge (STS) haritalama

Restriksiyon haritalama

  • Restriksiyon bölgeleri denilen kısa, bilinen baz dizilimlerindeki bilinmeyen bir DNA parçasını kesmek için restriksiyon enzimlerini kullanır.
  • Restriksiyon enzimleri DNA’yı hep belli bir DNA diziliminden (restriksiyon bölgesinden) keser. Örneğin EcoRI restirksiyon enzimi, hep GAATTC/CTTAAG dizilimden kesim yapar. Dolayısıyla eğer DNA’yı kesmek için EcoRI kullanırsak, kesimin her iki yanındaki DNA diziliminin AATT olduğunu anlamış oluruz.
  • Bir restriksiyon haritası, genomun başından sonuna kadar nerelerde o belli restriksiyon bölgesinin (GAATTC) olduğunu gösterir.
  • Bir fiziksel harita, kromozomlar boyunca çıkarılan farklı restirksiyon haritalarının hizalanması ile üretilir.
  • İki çeşit restriksiyon haritalama türü vardır: Optik ve parmakizi.

Restriksiyon enzimi EcoRI için restriksiyon bölgesini gösteren çizim. Restriksiyon enzimleri, DNA’yı hep aybı belirli DNA dizilimlerinden keserler. (Görsel telif: Genome Research Limited)

Parmakizi haritalama

  • Parmakizi haritalamada genom parçalara bölünür ve bu parçalar daha sonra bakteri hücrelerine kopyalanır.
  • DNA kopyaları (klonlar), restriksiyon enzimleri ile kesilir ve ortaya çıkan parçaların uzunlukları “elektroforez” adı verilen bir laboratuvar yöntemi ile tahmin edilir.
  • Elektroforez, DNA parçalarını büyüklüklerine göre ayırır.

    Elektroforez ile bir DNA parmakizinin nasıl elde edildiğini gösteren çizim. (Görsel telif: Genome Research Limited)

  • Parmakizi harita, benzer bölgelerin bulunması için tüm DNA parçalarından çıkarılan desenlerin karşılaştırılması ile oluşturulur. Daha sonra benzer desenleri olanlar gruplandırılarak bir harita çıkarılır.
  • Parmakizi haritalama yöntemi, insan, fare, zebra balığı ve domuz genomlarının dizilenmesi yolunda temel oluşturmuştur.

DNA parmakizlerinin bir genom haritası oluşturmak için nasıl karşılaştırıldığını gösteren çizim. (Görsel telif: Genome Research Limited)

Optik haritalama

  • Optik haritalama, gerilerek bir saydama tutturulan tekil DNA molekülleri kullanır.
  • DNA’yı belirli noktalardan kesip, geride boşluklar bırakacak biçimde kesmeleri için restriksiyon enzimleri eklenir.
  • Ardından parçalar boya ile işaretlenir ve boşluklar fluoresan mikroskop altında görülür.
  • Fluoresanın şiddeti, tekil moleküllerin optik bir haritasını yapılandırmak için kullanılır.
  • Daha sonra bunlar bir araya getirilip üst üste bindirilerek, genomun komple bir görüntüsü elde edilir.

Optik haritalama sürecini gösteren çizim. (Görsel telif: Genome Research Limited)

Fluoresan in situ hibritleştirme (FISH) tekniği ile haritalama

  • Bu teknik, kromozom üzerinde DNA dizilimlerinin konumlarını saptamak için fluoresan roblar kullanır.
  • Öncelilke, problar hazırlanır. Bunlar kısa tek iplikli DNA dizilimleridir ve bulunmak istenen DNA dizilimlerine karşılık gelir.
  • Daha sonra problar fluoresan boya ile işaretlenir ve kromozom DNA ile karıştırılır. Böylece kromozom üzerindeki bütünleyici bir DNA ipliğine bağlanabilirler.
  • FLuoresan etiket sayesinde, bilimciler DNA diziliminin kromozom üzerindeki konumunu görebilirler.

    Genetik harita üretmek için FISH tekniğinin nasıl kullanılabileceğini gösteren çizim. Soldaki fotoğrafta, 4 Britanya benekli güvesinden alınan Kromozom 17 görülüyor. Belirli genlerin fiziksel konumlarını gösterecek şekilde fluoresan problar kullanılmış. Sağdaki çizimde ise kromozom üzerindeki genlerin birbirlerine göre konumları görülüyor. (Görsel telif: Adapted from The American Association for the Advancement of Science. DOI: 10.1126/science.1203043)

Dizilim etiketli bölge (STS) haritalama

  • Bu teknik ise kolayca tanınabilen ve genomda sadece bir kez görülen kısa DNA dizilimlerinin (200 ilâ 500 baz çifti uzumlakta olanların) konumlarını haritalar. Böyle kısa DNA dizilimlerine “dizilim etiketli bölgeler” (STS) adı verilir.
  • Bir STS kümesini haritalamak için kesişim bölgeleri olan DNA parçaları topluluğu gerekir.
  • Bu amaçla önce genom parçalara bölünür.
  • Ardından parçalar bakteriyel hücreler içinde 10 kez kadar kopyalanır ve DNA klonlarından oluşan bir kütüphane oluşturulur.
  • Daha sonra, polimeraz zincir tepkimesi (PCR) kullanılarak, hangi parçaların STS’leri içerdiği belirlenir. STS’nin her iki yanına bağlanması için özel tasarlanmıi primerler kullanılarak, DNA’Nın sadece bu parçasının kopyalanması garantilenir.
  • Eğer iki DNA parçasının aynı STS’leri içerdiği bulunursa, o zaman genomun üst üste gelecek kısımları oldukları anlaşılır.
  • Eğer bir DNA parçası iki farklı STS içeriyorsa, bu iki STS’nin genomda birbirlerine yakın oldukları anlaşılır.

STS haritalama işlemini gösteren çizim. (Görsel telif: Genome Research Limited)

Kaynak ve İleri Okuma

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