Ana içerik
Prokaryot Üremesi ve Biyoteknoloji
Prokaryotların bölünerek çoğalması. Koli basili bakterisinin moleküler biyolojideki kullanımı hakkında bilgi edinin.
Önemli noktalar:
- Prokaryotlar (bakteriler ve arkeler) ikiye bölünerek, eşeysiz bir şekilde ürerler. Prokaryotların çoğunluğunun son derece hızlı bir şekilde ürediklerini söyleyebiliriz.
- E. coli bakterileri, hızlı üremeleri ve basit bir genetiğe sahip olmaları sebebiyle moleküler biyoloji alanında yaygın olarak kullanılırlar.
- Laboratuvarda, E. coli bakterisine küçük ve dairesel bir DNA molekülü olan plazmid aracılığı ile genler aktarılabilir. Plazmid, bakteri tarafından dönüşüm olarak adlandırılan bir süreçle alınır.
- Dönüşüm geçirmiş E. coli bakterisi kullanılarak plazmidin birçok kopyası yapılabilir. Bazı durumlarda bakteriler plazmidde yer alan geni ifade ederek protein de sentezlerler.
Giriş
Şimdi, elinizde bir bakteri olduğunu düşünün. Bu bakterinin daha fazlasını nasıl üretebilirsiniz? Bunu ne kadar hızlı yapabilirsiniz? Hatta daha da önemlisi, bu kadar bakteriyi elde etmeyi neden istiyor olabilirsiniz?
İsterseniz son soruya öncelik verelim: bazı bakteriler ki bunlardan en meşhuru Escherichia coli (E.coli)'dir, moleküler biyoloji laboratuvarlarında yaygın olarak kullanılırlar. İstenen DNA molekülünün milyonlarca kopyasını ya da istenen bir proteinden milyonlarcasını yapabilen minik ''fabrikalar'' olarak çalışırlar. Örnek olarak kan şekerinin düzenlenmesinde rol oynayan insülini verebiliriz. Elimizde ne kadar çok bakteri varsa, o kadar çok DNA ya da protein ürünü elde edebiliriz.
E. coli bakterilerinin laboratuvarda bu kadar yaygın olarak kullanılmasının iki sebebi, hızlı üremeleri ve kendilerini klonlayarak birbirinin tıpatıp aynısı bakteri nesilleri oluşturmalarıdır. İsterseniz hemen E. coli ve diğer prokaryotların nasıl ürediklerine bir göz atalım. Sonrasında da bunun biyoteknolojide nasıl kullanıldığına değineceğiz.
Prokaryotlar nasıl ürer?
Prokaryotlar, ikiye bölünme olarak adlandırılan bir çeşit hücre bölünmesi aracılığı ile ürerler. Ökaryotlardaki mitoz bölünme gibi, ikiye bölünme süreci de, kromozomların kopyalanması ve hücrenin ikiye ayrılması gibi adımlar içerir.
İkiye bölünme, bir eşeysiz üreme çeşididir, bu, yumurta ve sperm hücrelerinin üretilmesine ya da iki bireyin genetik malzemesinin karıştırılmasına gerek olmadığı anlamına gelir. Bazı nadir mutasyon vakaları ya da DNA dizilimindeki değişikler haricinde, ikiye bölünme sonucunda, ana hücrenin genetik olarak tıpatıp aynısı olan iki kardeş hücre oluşur.
İkiye bölünmenin adımlarını hücre bölünmesi bölümündeki ikiye bölünme makalesinde bulabilirsiniz.
Prokaryotlar çok hızlı ürerler!
Prokaryotlar, çok hücreli ökaryotlardan çok daha hızlı bir şekilde ürerler. Bu hızı, nesil süresi ya da bir neslin doğumundan bir sonraki neslin doğumuna kadar geçen süre cinsinden ölçebiliriz.
İnsanlar söz konusu olduğunda nesil süresi yaklaşık olarak
Bakterilerin tamamının bu kadar hızlı olduklarını söylemek mümkün değildir. Örneğin patalojik bakterilerden biri olan Mycobacterium tuberculosis'in nesil süresi
Moleküler biyolojide bakteriler
Bakteriler hızlı üredikleri ve laboratuvarda kolaylıkla yetiştirildikleri için bilimsel araştırmalarda model organizmalar olarak kullanılırlar. Örneğin E. coli, biyolojik araştırmalarda en yaygın şekilde kullanılan organizmadır.
E. coli'nin bir besin kirletici olduğunu duymuş. olabilirsiniz ancak E. coli'nin dünyanın hemen hemen her yerindeki laboratuvarda kullanılan bazı zarasız suşları da mevcuttur. DNA replikasyonu gibi temel biyolojik süreçlerin birçoğu E. coli ile keşfedilmiştir.
DNA ve protein fabrikaları olarak E. coli
E. coli bakterileri günümüzde DNA ya da protein sentezleme amacı ile minik fabrikalar olarak kullanılmaktadır. Araştırmacılar, dönüşüm (DNA'nın çevre ortamdan alınması) adı verilen bir süreç ile E. coli hücrelerine bir gen aktarırlar. Bu süreci daha ayrıntılı olarak öğrenmek isterseniz prokaryotlarda genetik varyasyon makalesine göz atabilirsiniz. Bu tür deneylerde, ilgilenilen gen, plazmid adı verilen dairesel bir DNA parçası üzerine yerleştirilir. Bakteri bu geni alarak kopyalar ve yavrularına aktarır.
E. coli hücreleri, ilgilenilen geni içeren plazmidi aldıklarında, bunu kopyalayarak her bölünmelerinde yavrularına aktararak plazmid DNA'nın birçok kopyasını üretirler. Plazmid eğer doğru kontrol dizilimlerini içeriyorsa, E. coli'ye ilgilenilen genin transkripsiyonunu ve translasyonunu yaparak protein üretmesi talimatı da verilebilir. Örnek vermek gerekirse, diyabet hastalarının kullandığı insülin, E. coli hücrelerinde bu strateji ile üretilmiştir.
Dönüşümün adımları
Tipik bir dönüşüm deneyinde, hedef gen (yukarıdaki mavi DNA) ilk olarak plazmide aktarılır. Plazmid, hedef gene ek olarak, belirli bir antibiyotiğe direnç sağlayan farklı bir gen (yukarıdaki kırmızı DNA) de içermektedir. Bu deneyin amacı, genden protein sentezlemek için bakterinin kullanılması ise plazmidin bir de genin bakterilerde ifadesini sağlayacak olan bir promotör (öncü) ya da kontrol dizisi (yukarıdaki yeşil DNA) içermesi gereklidir.
Plazmid kopyaları E. coli hücreleri ile karıştırılıp hücreler ısı şokuna (kısa süreli yüksek ısıya) maruz bırakılınca, küçük bir kısmı plazmidi alır. Sonrasında E. coli hücrelerinin tamamı antibiyotik içeren bir besi kabına alınır. Antibiyotiğin amacı yalnızca plazmidi almış olan bakterilerin hayatta kalmasını ve üremesini sağlamaktır.
Plazmidi olmayan E. coli hücreleri antibiyotik tarafından yok edilir. Plazmidi olan E. coli ise, plazmidin içerdiği antibiyotik direnci geni sayesinde hayatta kalıp üremeye devam edebilir. Dirençli hücrelerin her biri, kendisinin genetik olarak aynısı olan ve agar kabında küçük bir nokta olarak görünen bir koloni üretir. Antibiyotik dirençli koloni, doğru plazmidi içerip içermediğinin anlaşılması için farklı yöntemler ile kontrol edildikten sonra, plazmidi içeren ve ana bakterinin genetik olarak aynısı olan büyük bir bakteri kültürü elde etmek için yetiştirilir.
Plazmid içeren büyük bir bakteri kültürü nasıl kullanılır? Araştırmacıların kimi zaman farklı bir deneyde kullanılmak üzere bu plazmid DNA'sının birçok kopyasına ihtiyaçları olabilir. Bu gibi bir durumda DNA'yı bu kültürden elde edebilirler. Alternatif olarak, plazmid eğer doğru promotörü içeriyorsa, bakteriler, geni ifade ederek protein sentezlemek üzere indüklenebilir. Bu yöntem, insülün ya da insan büyüme hormonu gibi medikal anlamda önemli proteinlerin üretimi için kullanılmaktadır.
Tartışmaya katılmak ister misiniz?
Henüz gönderi yok.