Transformasyon

Genetik Yöntemlerle Bakterilere Gen
Transferleri
(Cüneyt Akdeniz)
 Bakterilerde genetik maddenin bir kısmı bakteriden
bakteriye aktarılabilmekte ve bunun sonucunda
önemli genetik değişmeler olmaktadır.
 Verici hücre ile alıcı hücre arasında gerçekleşen bu
aktarılma olayının sonucunda her iki hücrenin
genetik maddesi birleşerek melez bakteri oluşur.
 Gerçekleşen bu olaya rekombinasyon oluşan melez
bakterilere de rekombinant bakteri adı verilir.
Gen transferi sonunda alıcı bakteriler kendi
kromozomuna entegre olan yabancı DNA
sekansında bulunan genin (veya genler) taşıdığı
özel karakter yönünden pozitif hale dönüşür.
Bakteriler arasında oluşan bu doğal gen transferi
yanı sıra, biyoteknolojik yöntemlerle de
(rekombinant DNA teknolojisi) gen aktarılması
başarı ile gerçekleştirilmektedir.
Bakteriler arasında doğal gen transferi başlıca 3
mekanizma ile gerçekleşmektedir:
1- Transformasyon
2- Konjugasyon
3- Transdüksiyon
TRANSFORMASYON
 Bir bakteri kendisine DNA
yapısı bakımından çok yakın
olan başka bir bakterinin
genetik maddesi içeren
uygun sıvı besi yerlerinde
üretildikten sonra, bu sıvı
ortamlardan katı besi yerine
ekim yapılırsa, oluşan bazı
kolonilerin morfolojik
yapısının değişik olduğu ve
bunların genetik maddeyi
veren ölü bakterinin orjinal
kolonilere benzediği görülür.
Bu olaya transformasyon
denir.
Bir başka deyişle de transformasyon
serbest DNA’nın alıcı bir hücreye katılması
ve genetik değişiklik ortaya çıkarması
işlemidir.
 Örneğin; Pneumococ’ların II-S suşu öldürülüp, elde edilen
DNA sıvı besiyerlerine aktarıldıktan sonra aynı bakterinin
canlı II-R suşu, II-S suşunun DNA’sını içeren bu sıvı
besiyerlerinde uygun bir süre bekletilerek katı besi
yerlerine ekimler yapıldığında oluşan bazı kolonilerin II-S
karakterinde olduğu görülür.
 Bildirilen bu in vitro transformasyon aynı şekilde in vivo da
oluşturulabilir. Örneğin; farelere önce canlı II-R suşu (kapsülsüz ve
avirülent) bunun arkasından, ısı ile öldürülmüş olan II-S (kapsüllü ve
virülent) suşundan fazla miktarda şırınga edilir. Ancak deneme
sonunda ölen farelerden katı besi yerine yapılan ekimlerde üreyen
koloniler arasında bazılarının II-S karakterinde (kapsüllü ve virülent)
oldukları görülür. (Frederick-Griffith çalışması)
Avery ve çalışma arkadaşları, transformasyonun
fare yerine test tüplerinde de yürütülebildiğini
göstermişler ve ısıtılarak öldürülmüş hücreleri
içeren özütün transformasyonu indüklediğini
belirlemişlerdir.
Transformasyonda alıcı (resipient) ve verici
(donör) hücrelerin DNA’larının homolog olması
önemlidir. Uygun ortam ve optimal koşullara
ihtiyaç duyulur. Transforme edilecek DNA
segmentlerinin belirli bir molekül ağırlığından
aşağı olmaması gerekir. Ayrıca alıcı hücre
yüzeyinde özel ve belli alıcı bölgeler (reseptörler)
bulunmalıdır.
KOMPETANS
DNA alabilen ve transforme olabilen hücrelere
kompetant denir ve bu özellik genetik kontrol
altındadır.
Doğal olarak transforme olabilen pek çok
bakterideki kompetans, kontrol edilebilen ve
DNA’nın alınmasında ve işlenmesinde özel
proteinlerin rol aldığı bir işlemdir.
TRANSFORMASYONDA DNA’NIN ALINIŞI
 Transformasyon sırasında kompetant bakteri DNA
molekülüne geri dönüşümlü olarak bağlanmakta fakat
kısa bir süre sonra bağlanma geri dönüşümsüz hale
gelmektedir.
 Çok sayıda bakterinin kendi doğal ortamlarında
kompetant olabildiklerinin gösterilmesi gerçeği,
transformasyonun sadece laboratuvarda yapılan bir
olgu olmadığını, aynı zamanda doğada yatay gen
transferinde de önemli bir rol oynadığını göstermektedir.
TRANSFORMASYON YAPAN DNA’NIN
ENTEGRASYONU
Transformasyon yapacak olan DNA hücre
yüzeyine bir DNA-bağlanma proteini ile bağlanır.
Bundan sonra organizmaya göre ya çift zincirli
DNA olduğu gibi alınır ya da zincirlerden biri
nükleaz ile parçalanır ve geri kalan zincir içeri
alınır.
Hücre içine alınan DNA molekülü kompetansspesifik bir proteine bağlanır. Bu protein, DNA
molekülünü kromozoma ulaşıncaya kadar
nükleaz saldırılarından korur.
Kromozoma ulaşınca görevi RecA proteini
devralır.
DNA molekülü alıcı hücre genomuna
rekombinasyon ile entegre olur.
KONJUGASYON
 Verici hücre DNA’sının ya da bakteri kromozomunun bir parçasının, alıcı
hücreye seks pilusları aracılığıyla aktarılması olayıdır. Bazı bakteriler kendi
kromozomlarının yanı sıra, bakteri içerisinde bulunan ve genetik maddeyi
taşıyan ekstra kromozomal genetik elementler bulunmaktadır. Bunlar ya
bağımsız olarak hücre DNA’sı dışında bulunurlar (plazmit) ya da hücre
DNA’sı ile birleşirler. (epizom)
 Plazmitler arasında F (fertilite) faktörü, R (dirençlilik) faktörü gibi
faktörler yer almaktadır. İşte konjugasyon olayında bakteriye
vericilik özelliğini, bir plazmit olan bu F faktörü sağlamaktadır
ve bu faktöre seks faktörü de denilmektedir. Seks faktörü
içeren bakterilere F+ hücre (erkek hücre), içermeyen
bakterilere ise F- hücre (dişi hücre ) adı verilir.
 F faktöründe bulunan genler, bilinen bakteri pilusları
dışında, seks piluslarının oluşmasını sağlar ve bu pilus
yalnızca F+ bakterilerde bulunur. Bazı durumlarda F
faktörü bakteri kromozomunun uygun bir yerine
yapışarak bakteri DNA’sı ile bütünleşmektedir. Böyle
hücrelere Hfr (high frequency recombination) hücreler
denir.
 Bu hücrelerde seks pilusu bulunur ve bunlar bakteriden
ayrılırken bakterinin kendi kromozom parçacıklarını
alarak başka bir bakteriye aktarırlar. Sonuçta yine
rekombinant bakteriler oluşur. Hfr hücrelerinin genetik
maddeyi aktarma oranı daha yüksektir.
TRANSDÜKSİYON
 Transdüksiyonda, bir hücreden diğerine DNA aktarımı
bakteri virüsleri aracılığıyla gerçekleşir.
Konak genlerinin transferi iki şekilde olur:
İlki genelleşmiş transdüksiyon olup, bu
olayda konak genomunun herhangi bir
bölgesinden gelen DNA, olgun virüslerin
DNA’sının bir kısmını oluşturacak şekilde
virüs genomuna katılır.
İkincisi olan özelleşmiş transdüksiyon ise sadece
bazı ılımlı virüslerde görülür. Özelleşmiş
transdüksiyonda, konak kromozomunun belirli bir
bölgesinden gelen DNA, genellikle bazı virüs
genlerini yerinden ederek, doğrudan virüs
genomuna entegre olur.
Bakteriyofajların Çoğalması
 Bakteriyofajların litik veya lizogenik
hayat döngüleri olabilir, bazılarında
her ikisi de olur. T4 fajı gibi öldürücü
fajlarda görülen litik döngüde
virionun çoğalmasının hemen
ardından konak hücre parçalanır
ve ölür. Hücre ölür
ölmez virionların kendilerine yeni bir
konak bulmaları gerekir.
Lizogenik döngü, buna tezat olarak, konak
hücrenin parçalanmasına neden olmaz.
Lizogenik olabilen fajlara ılımlı fajlar (temperate
phage) denir. Viral genom konak genoma dahil
olur ve oldukça zararsız bir şekilde onunla
beraber eşlenir.
 Konak hücrenin sağlığı yerinde olduğu sürece virüs
sessiz bir şekilde varlığını sürdürür, ama konağın
şartları bozulursa, örneğin besin kaynaklarının
tükenmesi durumunda, endojen fajlar (profaj olarak
adlandırılırlar) etkinleşirler. Bir çoğalma süreci başlar,
sonucunda konak hücre parçalanır. İlginç bir şekilde
lizogenik döngü konak hücrenin çoğalmasına izin
verdiği için hücrenin yavrularında da virüs varlığını
devam ettirir.
Plazmitler
Plazmit, kendi kendini eşleyebilen kromozomdan
ayrı bir DNA parçasıdır. Tipik olarak dairesel ve
çift sarmallıdır. Genelde bakterilerde, bazen
ökaryotlarda da (Saccharomyces cerevisiae’de
2 mikrometre büyüklükte) bulunur.
Genetik mühendisliğinde kullanılan
plazmitlere vektör denir. Bir canlıdan
diğerine gen aktarımı için kullanılırlar ve
genelde seleksiyon için kullanılabilecek
bir fenotip oluşturan bir genetik
işaret taşırlar.
Plazmitler biyokimya ve moleküler biyolojide
kullanılan önemli araçlardır. Genlerin
çoğaltılması (pek çok kopyasının elde edilmesi)
veya ifadesi için kullanılan ticari kaynaklı pek çok
plazmit mevcuttur.
Plazmitlerin bir diğer kullanımı çok miktarda
protein üretimidir. Bu durumda arzu edilen geni
taşıyan plazmidi içeren bakteriler büyütülür.
Bakteriler antibiyotik direnci sağlayan
proteinlerini üretmeye başlattıkları sırada
eklenmiş genden bol miktarda protein
üretmesini sağlayacak şekilde uyarılabilir. Bu
şekilde bir gen veya onun kodladığı bir protein
(örneğin insülin), hatta antibiyotikler ucuz ve
kolay bir şekilde üretilebilir.
Elektroporasyon
Elektroporasyon, hücreleri veya dokuları kısa
süreli yüksek güçte bir elektriksel
alan uygulayarak, hücre zarında DNA'nın
geçebileceği nanometre boyutunda geçici
gözenekler açılması mantığına dayanan gen
aktarımı işlemidir. Elektroporasyon, moleküler
biyolojide sıklıkla bakteri, maya ve
bitki protoplastlarının genetiğini değiştirmek
amacıyla kullanılır.
Elektroporasyon işlemi sırasında bir çok hücre
zarar gördüğü için hücrelerin en kısa sürede
zengin besin içerikli ortamlara aktarılması
gereklidir. Bu şekilde az da olsa gen aktarımı
başarılmış hücreler çoğaltılarak genetiği
değiştirilmiş organizma elde edilir. Bu işlem aynı
zamanda yüksek doku kültürüne sahip
hücrelerde de yabancı genlerin girişini
kolaylaştırır. Ökaryotik hücre içine yabancı DNA
tanıtılması süreci ise transfeksiyon olarak bilinir.
Kaynaklar:
 Genetics of Bacteria and Bacteriophages
 Vikipedi