Minimal Bakteriyel Genom Dizayn Edildi ve Sentezlendi

Tahmini okuma süresi: 3 dakika

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 içinde (gene ait nükleotit dizisini, protein sentezlemek için gerekli olan aktif gen bölgeleri ile birlikte) bulunduğu minimal genomlar (DNA) dizayn etmek ve sentezlemektedir. 2010 yılında parazit bir mikroorganizma olan Mycoplasma mycoides türünün genomunu baz alan 1079-kb (1.079.000 bazlık nükleotit dizisi) mini genom kimyasal olarak sentezlenmiş, sitoplazma içerisine enjekte edildiğinde ise hücre büyümesini uyararak harekete geçirmişti.

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

Yeni bir araştırmada ise Clyde A. Hutchison III ve çalışma arkadaşları bu genomun uzunluğunu 473 geni içeren 531 kilobazlık (531.000 nükleotitten oluşan dizi) daha küçük bir genoma dönüştürmek üzere dizayn geliştirerek, bu genomu sentezledi ve döngüyü teste tabi tuttu. 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.

 

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 temel genlerden başka genler de içeriyordu ve genom büyüklüğünde küçülmeye gitmek hep mümkün görünüyordu.

Bütün halinde üretilen genomlar, kimyasal olarak laboratuvar ortamlarında 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 :

  • Bilimfili,
  • 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
Facebook Yorumları

Bir Cevap Yazın

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.