İnsan Genomu Nasıl Dizilendi?

İnsan Genom Projesi, insan genomunun tamamının DNA dizisini belirleme amacıyla 1990 yılında başlatılmıştı ve 2003 yılında tamamlandı. Artık genomumuzdaki dört bazdan (A,T,C,G) oluşan kodu biliyoruz ve bu projeyle sağlanan katkılar birçok hastalığın genetik kökeninin çözülmesine yardımcı oldu. Vücudumuzdaki yapı taşlarını oluşturan bu kodu tespit etmek, projenin sürdüğü uzun yıllardan da anlaşılabileceği üzere zor ve zaman alan bir görevdi. Bu nedenle dünyanın birçok yerinde genom merkezlerinin katkısıyla tamamlandı.

İlk Dizileme Yöntemi

İnsan genomunun dizilenebileceği hakkındaki düşünceler 1970’lerde Frederick Sanger DNA dizilemek için bir teknik geliştirip bununla 1980 yılında Nobel ödülü aldıktan sonra ortaya atılmaya başlandı. Sanger dizileme tekniği, genetik kodun ilk defa okunabilmesini sağlamıştır.

Sanger dizileme nedir?

Sanger dizileme yöntemiyle genetik kodun okunması, DNA’nın doğal eşlenme sürecini temel alarak oluşturulmuştur. Hücrelerde DNA eşlenme sürecinde DNA’nın çift zincirli yapısı birbirinden ayrılır. Tek zincir halinde kalan DNA zincirleri, ortamdaki bazları kullanarak karşı zincirlerini tamamlar ve böylece yeni zincirler oluşturur. Her A bazının karşı zincirine T, G bazının karşı zincirine C eklenir.

Sanger dizileme yönteminde, DNA’nın yeni zincirleri tamamlaması için gerekli bazlara DNA eşlenmesini durduracak şekilde kimyasal olarak değiştirilmiş radyoaktif bazlar da eklenir. Böylece farklı uzunlukta birçok DNA parçası oluşur.

Sonrasında oluşturulan örnekler elektroforez isimli cihaza yüklenir. Bu cihaz, elektrik akımıyla DNA parçalarını boyutlarına göre ayırmayı sağlar. Her baz için oluşturulan parçaların boyutlarına göre yapılan analizlerle hangi bazın nerede olduğu tespit edilerek genetik kod dizisi çıkarılabilir.

Geliştirdikleri bu yöntemle bir virüs genomunu dizileyen Fred Sanger ve ekibi, tüm genomu dizileyen ilk ekip oldu.

Genom Parçalara Ayrıldı

İnsan Genom Projesi’nde de benzer bir teknik kullanıldı. Ancak insan genomu, bu teknikle dizilenemeyecek kadar uzun bir yapıya sahiptir. Bu nedenle yaklaşık 3 milyar dolarlık bütçeye sahip olan bu projede araştırmacılar genomu küçük parçalara ayırdılar. Ayırdıkları bu küçük parçaların sayısını artırabilmek için bakteri hücrelerinde bulunan plazmidlere yerleştirip plazmidlerle birleştirilmiş küçük DNA parçalarını bakteri hücresinin içine koydular.

Bakteriler bölündükçe sayısı artmış olan DNA, sonrasında dizilemeye gönderilmek üzere bakterilerden izole edildi ve dizileme reaksiyonları gerçekleşmek üzere bir tabakaya aktarıldı. Reaksiyonu gerçekleştirmek için gereken materyallere her baz için farklı renklendirilmiş floresan etiketler barındıran modifiye edilmiş sonlandırıcı bazlar eklendi. Isı kontrol edilerek reaksiyon yönlendirildi ve karışımdaki sonlandırıcı bazlar DNA eşlenmesine katılana kadar normal bazlarla DNA eşlenmeleri gerçekleştirildi.

Böylelikle farklı uzunlukta ve son bazı floresan işaret taşıyan birçok DNA parçası elde edildi.

Bu parçalar uzunluklarına göre sıralanıp lazerle işaretli bazlar tespit edilerek genetik dizi oluşturuldu.

Dizisi tespit edilen bu küçük parçalar birbirleriyle uyuşanlar bir araya getirilerek bütünleştirildi ve tüm genom dizilenmiş oldu. Bu şekilde parçaları birleştirme işlemini puzzle yapmaya benzetebiliriz. Ancak İnsan Genom Projesi tamamlanalı uzun yıllar olmuş olsa da sanıldığının aksine genomdaki her bölüm tam olarak tespit edilemedi. Hala tamamlanamamış boşluklar var. Bunların tamamlanamamasının sebebi birbirine çok benzeyen tekrarlayan dizilerden oluşmaları. Puzzle benzetmesinden yararlanarak gökyüzü resmini tamamlamanın birbirine benzeyen parçalardan dolayı zor olmasına benzetebiliriz.

Günümüzde genom dizilemek için hangi teknikler kullanılıyor?

Sanger tekniği halen kullanılsa da günümüzde daha ucuz ve kısa süren “Yeni Nesil Dizileme Teknikleri”nin kullanımı hakim. İnsan Genom Projesi’nde dizileme yapmak yaklaşık 3 milyar dolara mal olmuşken bu yeni teknikle insan genomu 5 bin dolara kısa sürede dizilenebilir. Bakteri kullanımı da gerekmediği için örnekler dizilemeye çok daha hızlı hazırlanabiliyor.

Yeni nesil dizileme teknikleri, farklı bireylerin genomunu karşılaştırabilmeye ve hastalıkların genetik kökenini açığa çıkarabilmeye imkan sağlar. Ayrıca vücudumuzda barındırdığımız bakteri ve virüslerin de genomunu anlayabilmemize olanak sağlar.

Kaynak

Kaynak