Giriş

Giriş
Sezai Türkel (Uludağ Üniversitesi, Fen-Edebiyat Fakültesi,
Moleküler Biyoloji ve Genetik Bölümü / Bursa)
Moleküler Biyolojinin Tanımı, Önemi ve Kısa Tarihçesi
Moleküler biyoloji, genetik çağı olarak da adlandırılmaya başlayan günümüzde güncel hayatın birçok alanında uygulamaları görülen önemli bir bilim dalıdır. Çeşitli alanlarda moleküler
biyoloji uygulamalarının gün geçtikçe yaygınlaşması bu bilim dalı için diğer temel bilimlerde
olduğu gibi kolaylıkla kabul edilen bir tanımının yapılmasını zorlaştırmaktadır. Bundan dolayı
moleküler biyoloji farklı kaynaklar tarafından farklı şekillerde tanımlanmaktadır. Hücrenin moleküler yapısını araştıran bilim dalı olarak tanımlamak moleküler biyolojinin çok basite indirgenmiş tanımıdır ve bu bilim dalının faaliyetlerinin tamamını kapsamaktan çok uzaktır. Moleküler
biyolojiyi günümüzdeki araştırma alanlarını dikkate alarak “Hücrenin gelişimini, farklılaşmasını,
hücre içi, hücrelerarası sinyal iletimini ve bunların genetik kontrol mekanizmaları ile genlerin
yapılarını ve işleyiş prensiplerini moleküler seviyede araştıran bilim dalıdır” şeklinde tanımlamak belki de daha uygun olacaktır. Moleküler biyoloji araştırma alanında diğer temel bilimlerde
kullanılan teknikler kullanılmaktadır. Özellikle fizik, kimya, biyokimya, sitoloji ve temel genetikte kullanılan birçok metodun moleküler biyoloji araştırmalarında yaygın olarak kullanıldığı
bilinmektedir. Benzer bir şekilde moleküler biyoloji araştırmalarında kullanılan birçok metod
da en başta biyolojinin çeşitli dalları olmak üzere tıp, ziraat ve eczacılık gibi alanlarda da yaygın
olarak kullanılmaktadır.
Moleküler biyoloji “Hücre Moleküler Biyolojisi (veya Moleküler Hücre Biyolojisi)” ve “Moleküler Genetik” olarak iki alt bilim dalına ayrılmaktadır. Moleküler hücre biyolojisi, moleküler
biyolojinin hücre gelişimi, farklılaşması, hücre içi ve hücrelerarası sinyal iletimi ile ilgili konularını kapsayan bir araştırma alanıdır. Moleküler genetik ise sadece genlerin yapısal özelliklerini,
gen işleyiş ve kontrol prensiplerini araştıran bilim dalı olarak tanımlanmaktadır. Moleküler hücre
iii
iv
Giriş
biyolojisi ve moleküler genetik aynı zamanda birbirini tamamlayan araştırma alanlarıdır.
Moleküler biyolojinin günümüzdeki en yaygın uygulama alanlarından birisi de “Genetik
Mühendislik”tir. Genlerin yapısının ve kontrol mekanizmalarının bilinmesi, gerektiğinde bazı
genlerin yapılarının istenildiği şekilde değiştirilmesine veya bir canlıya ait bir genin farklı bir
canlıya aktarılmasına temel teşkil etmektedir. Bu teknoloji kullanılarak günümüzde çok çeşitli
amaçlar için genetiği değiştirilmiş organizmalar oluşturulmaktadır. Ayrıca, genetik mühendislik
teknikleri kullanılarak eczacılık alanında patentli yüzlerce aşı, hormon ve tedavi amaçlı çeşitli
faktörler üretilmektedir. İnsan insülininin çeşitli mikroorganizmalarda üretimi günümüzdeki
genetik mühendislik uygulamalarına en iyi bilinen örnektir. İnsüline benzer şekilde günümüzde
yüzlerce farklı protein genetik mühendislik teknikleri kullanılarak ticari amaçlar için kolaylıkla
bakteri veya mayalarda üretilebilmektedir.
Moleküler biyoloji alanındaki gelişmeler diğer temel ve uygulamalı bilimleri de etkilemektedir. Moleküler biyoloji alanında geliştirilen tekniklerin tıp alanında teşhis ve tedavi uygulamalarının bulunduğu yeni bir bilim dalı olarak “Moleküler Tıp” bilim dalı gelişmeye başlamıştır.
Moleküler biyoloji tekniklerinin klasik biyolojik bilimlere uygulanması ile biyolojide moleküler
taksonomi, moleküler viroloji, moleküler immünoloji gibi yeni araştırma alanları gelişmeye başlamıştır. Bu alanlarda klasik araştırma yöntemleri ile açıklanamayan sorular moleküler tekniklerin kullanılmaya başlanmasıyla kolayca açıklanabilmektedir.
Nükleik asitler ve hücre yapısı ile ilgili çalışmalar 1800’lü yıllarda başlamaktadır. Nükleik
asitler hücreden ilk kez 1871 yılında İsviçreli doktor ve kimyacı olan Johann Friedrich Miescher
tarafından izole edilmiştir. Miescher henüz biyolojik önemi ve işlevi bilinmeyen bu maddeye
“Nüklein” adını vermiştir. Bundan kısa bir süre sonra da nüklein “Nükleik Asit” olarak adlandırılmıştır. Daha sonra 1898’de nükleik asitlerin nükleotidlerden oluştuğu R. Altman tarafından
belirlenmiştir.
Moleküler Biyoloji ve bunun içinde önemli bir alan olan moleküler genetik’in başladığı yıl
olarak 1930’lu yıllar temel alınmaktadır. 1930-1940 yılları arasında biyolojik makromolekülerin
yapıları ve çoğalmalarının araştırılmasında temel kimyasal ve fiziksel metodlar çok yoğun olarak
kullanılmaya başlanmıştır. Bu yıllarda Luria ve Delbrueck tarafından bakteriyofajlarda yapısal
değişikliklere neden olan mutasyonların analizleri yapılmaya başlanmıştır. Aynı zamanda Linus
Pauling tarafından bazı biyolojik makromoleküllerin oluşumunda ve farklı moleküllerin bir arada kompleks yapılar olarak bulunmasında zayıf kimyasal bağların önemi araştırılmaya başlanmıştır. Bir yandan protein ve aminoasit yapılarının fiziksel ve kimyasal özellikleri ayrıntılı olarak
analiz edilirken diğer yandan da kalıtsal maddenin ne olduğuna ilişkin teoriler öne sürülmektedir. Bu tarihlerde fiziksel ve kimyasal yöntemler uygulanarak biyolojideki temel sorulara çözüm
aranması ile ilgili bilimsel çalışmalar Rockefeller Vakfı’nın temel bilimler bölümü müdürü olan
Warren Weaver tarafından hazırlanan raporda büyük bir önemle değerlendirilmiştir ve yapılan
bu çalışmalar 1938 yılında hazırlanan bir raporda ilk kez Warren Weaver tarafından “Moleküler
Biyoloji” olarak adlandırılmıştır.
Daha sonra yapılan çalışmalar özellikle kalıtsal maddenin ne olduğu ve kimyasal yapısının belirlenmesine odaklanmaktadır. 1944’te kalıtsal maddenin DNA olduğunun belirlenmesi
1953’te de DNA’nın yapısının açıklanması moleküler biyolojideki önemli dönüm noktalarıdır.
Özellikle DNA’nın yapısının Watson ve Crick tarafından 1953’te açıklanması klasik moleküler bi-
Giriş
v
yolojinin başlangıç tarihi olarak da kabul edilmektedir. Daha sonraki yıllarda moleküler biyoloji
alanındaki keşiflerin hem temel ve hem de uygulamalı alanlara çok önemli katkıları olmuş ve bu
keşiflerin birçoğu da patentlenerek genetik mühendislik alanında değerlendirilmeye başlanmıştır. Birbirinden değerli olan bu keşiflerden bazıları; restriksiyon enzimlerinin keşfedilmesi, DNA
sekanslama tekniklerinin bulunması ve geliştirilmesi, klonlama vektörlerinin geliştirilmesi, PCR
tekniğinin geliştirilmesi, insan genomu dahil olmak üzere çeşitli organizmalarda genom sekanslarının belirlenmesi olarak sayılabilir. Aşağıdaki tabloda günümüzdeki anlamı ile moleküler hücre biyolojisi ve özellikle de moleküler genetik alanına temel oluşturan önemli bilimsel buluşlar
kronolojik olarak özetlenmiştir.
1833–Hücre teorisinin açıklanması
1871–Nükleik asitlerin keşfi (J. Friedrich Miescher)
1903–Kromozomlar kalıtım birimidir
1910–Genler kromozomlarda yer alır.
1913–Kromozomlar üzerinde genler sıralı-dır dizi halindedir
1927–Mutasyonlar genlerdeki fiziki deği-şimlerdir.
1944–DNA kalıtsal maddedir (Avery)
1945–Genler protein kodlar?
1953–DNA yapısının açıklanması (J. Wat-son, F. Crick)
1956–İn vitro DNA sentezi, DNA polimeraz I’in keşfi (A. Kornberg)
1958–tRNA’nın keşfedilmesi (F Crick)
1961–Genetik kod’un deşifre edilmesi
1968–Restriksiyon enzimlerinin saflaştı-rılması
1970–Hücre döngüsünü kontrol eden siklinlerin keşedilmesi
1972–1974: İlk klonlama vektörlerinin oluşturulması
1975-Monoklonal antikorların gelişti-rilmesi (Kohler-Milstein)
1976–DNA proplarının pre-natal tanıda kullanılması
1977-Ökaryotik genlerde intronların keş-fedilmesi
1977–DNA dizileme metodlarının keş-fedilmesi (Maxam, Gilbert, Sanger)
1979–İnsan büyüme hormonunun bak-teride rekombinant hormon olarak üretilmesi
1981–Onkogenlerin keşfedilmesi
1984–DNA parmak izi yönteminin geliş-tirilmesi
1985–1986- PCR tekniğinin keşfedilmesi (K. Mullins)
1988–İlk kez genetiği değiştirilmiş bir canlının patenlenmesi
vi
Giriş
1990–İlk kez genetik mühendislik ile üretilen bir ürünün tüketiminin onaylanması
1990–İnsan genom projesinin başlatılması
1995–Bakteri genomu (H. İnfluenza) sekansının tamamlanması
1996–İlk ökaryotik genom sekansının (S. cerevisiae) tamamlanması
1997–İlk kez bir hayvanın kopyalanması (Koyun, Dolly)
2001–İnsan genomu sekansının tamamlanması
2010–Yapay kromozomlu ilk canlının oluşturulması (C. Venter)
Moleküler biyoloji alanındaki gelişmeler 2000 yılından sonra çok daha hızlı bir şekilde gelişerek özellikle ticari uygulamaları olabilecek alanlarda önemli keşiflere neden olmuştur.
Kaynaklar
Lindley Darden ve James Tabery. “Molecular Biology”, The Stanford Encyclopedia of Philosophy (Fall 2010 Edition), Edward N. Zalta (ed.),
URL = <http://plato.stanford.edu/archives/fall2010/entries/molecular-biology/>.
Lewin B. 2008. Genes IX. Jones and Bartlett Publishers, Massachusetts, USA.