Biyolojide Devrim: Yarı Sentetik Maya Genomu Genetik Mühendisliğinde Yeni Ufuklar Açıyor
Sentetik DNA kulağa bilim kurgu malzemesi gibi gelebilir, ancak hızla gerçeğe dönüşüyor. Araştırmacılar, dünyanın ilk tamamen sentetik kromozomu da dahil olmak üzere yüzde 50’den fazlası sentetik olan bir genoma sahip bir maya hücresi yarattılar.
Bilim insanları daha önce sentetik bakteriyel ve viral genomlar üretmişlerdi, ancak bir sonraki adım ökaryotikti – genomun tamamen zara bağlı bir çekirdek içinde yer aldığı bir hücre. Fırıncı mayası (Saccharomyces cerevisiae) sadece 16 kromozomdan oluşan kompakt bir genoma sahip olduğundan ve DNA’yı bir araya getirme konusunda doğuştan gelen bir yeteneğe sahip olduğundan, maya belki de bunun için doğal bir seçimdi.
Ancak Sentetik Maya Genomu Projesi’nde (Sc2.0) yer alan araştırmacılar, mayaya “tasarımcı” bir genom vererek DNA sentezlemekten biraz daha farklı bir şey yapmak istediler. Kıdemli yazar ve Sc2.0 lideri Jef Boeke yaptığı açıklamada, “Doğanın tasarımından çok büyük ölçüde değiştirilmiş bir şey üretmenin önemli olduğuna karar verdik” dedi. “Genel amacımız bize yeni biyoloji öğretebilecek bir maya oluşturmaktı.”
Sentetik bir genom yapmak
Ekip ilk olarak genomdan “gereksiz” DNA’yı çıkardı ve sentetik ve doğal genleri ayırt etmelerine yardımcı olmak için yeni DNA parçacıklarıyla değiştirdi, ardından genlerin sırası karıştırıldı. Ayrıca tRNA genlerinin de çıkarılması gerekiyordu.
Kodladıkları proteinler hücreler içinde kritik bir rol oynarken, tRNA genleri de maya genomunu kararsız hale getiriyor. Devrim niteliğinde bir adımla, araştırmacılar bu genleri çıkardı ve tamamen yeni, tamamen t-RNA geni temelli bir “neokromozom “a yerleştirdi. Araştırmanın eş yazarı Patrick Yizhi Cai, “tRNA neokromozomu dünyanın ilk tamamen de novo sentetik kromozomudur” dedi. “Doğada böyle bir şey yok.”
Neokromozomun yanı sıra, araştırmacılar her biri 15 doğal kromozom ve bir sentetik olmak üzere 16 kısmen sentetik maya suşu oluşturmadan önce kromozomların her birini bağımsız olarak bir araya getirdi.
Parçaları bir araya getirme
Sonra işin zor kısmı geldi – tüm sentetik kromozomları tek bir maya hücresine yerleştirmek. Bunun için klasik bir genetik teknik olan melezleme ve bazı yepyeni yöntemler bir arada kullanıldı. Melezleme yavaştı ve sonuçta elde edilen maya yüzde 30’dan fazla sentetik bir genoma sahip olsa da, araştırmacılar daha fazlasını hedefliyorlardı.
Kromozom ikamesi adı verilen yeni bir yöntem ve genetik kusurları düzeltmek için CRISPR/Cas9’a benzer bir teknik kullandıktan sonra, yüzde 50’den fazla sentetik DNA’ya sahip tek bir maya hücresi elde ettiler. Genomuyla oynamak mayanın büyümesine veya anormal görünmesine neden olabilirdi, ancak dikkatli işçilik sayesinde hayatta kaldı ve hatta yabani mayaya benzer şekilde çoğaldı.
Cai, “Ekip şimdi tomurcuklanan mayanın işletim sistemini yeniden yazdı, bu da mühendislik biyolojisinde yeni bir çağ açıyor – bir avuç geni kurcalamaktan de novo tasarıma ve tüm genomların inşasına geçiyoruz” dedi.
Sonraki adımlar
Maya uzun zamandır hem yiyecek ve içecek üretiminde – iyi ekmek ve biraya sahip olmamızın nedeni, herkes “Teşekkürler maya” diyor – hem de bilimde, kimyasal üretim ve model organizma olarak temel bir unsur olmuştur. Baş bilim insanlarından Ben Blount’un bir açıklamasında belirttiği gibi, sentetik DNA ile bu alanlarda çeşitli adımlar atabiliriz.
“Sentetik kromozomlar kendi başlarına muazzam teknik başarılardır, ancak aynı zamanda biyolojiyi nasıl çalıştığımız ve uyguladığımız konusunda çok çeşitli yeni yeteneklerin önünü açacaktır. Bu, daha çevreci biyo-üretim için yeni mikrobiyal türler yaratmaktan, hastalıkları anlamamıza ve onlarla mücadele etmemize yardımcı olmaya kadar uzanabilir.
Bir sonraki adım, 16 sentetik kromozomun tamamını tek bir maya hücresine yerleştirmek olacak. Bu hiç de kolay bir iş değil ama araştırmacılar umutlu. Boeke, “Şimdi 16 kromozomun tamamını tek bir hücrede bulundurma bitiş çizgisinden sadece bu kadar uzaktayız” dedi.
“Ben buna sonun başlangıcı değil, başlangıcın sonu demeyi seviyorum, çünkü işte o zaman gerçekten desteyi karıştırmaya ve daha önce hiç görmediğimiz şeyleri yapabilen mayalar üretmeye başlayabileceğiz.”
Kaynak: https://www.iflscience.com
Derleyen: Figen Berber
Bilim İnsanları, Bakterileri Kullanarak ‘Yaşayan’ Sentetik Hücreler Yarattı