DNA Alfabesi Genişliyor

 Biyolojide ilk öğrendiğimiz bilgilerden biri DNA’nın 4 bazdan oluştuğudur; A (adenin), C (sitozin), G (guanin) ve T (timin). Bu dört baz her organizma için evrensel genetik materyali oluşturur. Bu bilgiden sonra, aslında çoğumuzun aklına birtakım sorular gelebiliyor. Mesela neden DNA’nın alfabesi sadece dört harfli ya da DNA alfabesi genişletilebilir mi gibi. Sorularımızın cevaplarının ilk adımları atıldı; DNA alfabesi ikiye katlandı.

Normal Watson-Crick baz çiftleşmesinde dört bazdan guanin ile sitozin bir baz çiftini, adenin ile timin diğer baz çiftini oluşturur. Bu bazlara ek olarak 2 yeni baz çifti daha içeren bir moleküler sistem oluşturuldu. Bu sisteme “Hachimoji DNA” adı verildi. Japoncada hachinin anlamı sekiz, mojinin anlamı ise harf, yani bu sisteme “sekiz harfli DNA” adı verildi.

Yeni üretilen bazlar B, P, Z ve S, yapısal olarak bilinen doğal nükleotitler gibiler yani heterosiklik azotlu moleküllerdir.

Aynı zamanda benzer şekilde eşleşme gösteriyorlar, adenin ve timinin eşleşmesi gibi S ile B, guanin ve sitozininin eşleşmesi gibi Z ile P benzer şekilde bir eşleşme gösteriyorlar.Bu bazların da eklenmesi ile oluşturulan Hachimoji DNA yine bilgi depolayabilen ve aktarabilen, çift sarmallı heliks bir yapı oluşturuyor.

Görsel: Hachimoji DNA’nın 8 nükleotidi. Sol tarafta doğal nükleotitler, sağ tarafta sentetik nükloetitler gösterilmektedir (Hoshika ve ark., 2019).

Kodonlar protein sentezi için gerekli üçlü nükleotit gruplarıdır. Her bir kodon bir ya da birden fazla amino asiti temsil eder. İşin matematiğine biraz bakarsak, 4 farklı baz bize 64 farklı kodon kombinasyonu verir. Bu 64 kodon ise 20 amino asite karşılık gelir. Yeni üretilen Hachimoji DNA’da ise 8 farklı nükleotit var, 8 nükleotit bize 512 kodon olasılığını verir. Bu olasılığın artması, daha önceden üretilmemiş yeni moleküllerin oluşmasını sağlayabilir.

Bu yeni moleküller ileriki çalışmalarda hastalıkların tanımlanmasına, daha fazla depolama alanına, yeni sentetik amino asit, protein ve organizma üretilmesine, yeni tedaviler için ilaç üretimine, yeni malzemelerin yapılmasına olanak sağlayabilir.

Örneğin, araştırmacılar yeni malzeme üretimi için, modifiye DNA’ları kullandılar. DNA nükleotitlerinin şeker omurgasında bazı kimyasal değişiklikler yaptılar. Bu çalışma sonucunda, araştırmacılar tarafından DNA ve DNA bazlı hidrojel elde edildi (Chen & Romesberg, 2017).

Araştırmacılar Hachimoji DNA’nın RNA’ya transkripsiyonunu da gerçekleştirdiler. DNA protein oluşturma talimatları içerir, aslında bir yemek kitabı gibi düşünülebilir. Protein oluşturmak için önemli olan adım ise RNA dizisinin sentezidir. Aksi takdirde yemek kitabındaki tarifler yapılmamış olur ve anlamsız kalır. Hachimoji DNA’nın transkripsiyonuyla sentetik protein üretilmesinin ilk adımı atılmış oldu. Bunun için araştırmacılar, doğal bir enzim olan “T7 RNA polimerazın” aminoasit bileşenlerinde değişiklikler yaparak, doğal olmayan nükleotitleri de okuyacak şekilde yeniden düzenlediler. Böylece, sentetik nükleotitlerin de yeni kodlara katkıda bulunabileceğini hem de bunların sentetik RNA’ya dönüştürülebileceğini göstermiş oldular (Hoshika ve ark., 2019).

Hachimoji ile sorularımızın bir kısmına cevap bulabiliriz ancak Hachimoji bir moleküler model yani bir yaşayan bir form değil. Peki, genişletilen DNA alfabesi canlı hücrelerde bulunabilir ve işlevini yerine getirebilir mi? Hachimoji DNA üretilmeden önce araştırmacılar aslında DNA alfabesini genişletmeyi başardılar. Bu genişletilmiş alfabe ve Escherichia coli bakterisi ile yarı sentetik bir organizma ürettiler (Malyshev ve ark., 2014).

Son zamanlarda yapılan çalışmalar sorularımızın cevaplanması için başlangıç adımlarıydı. Bu çalışmaların sonraki adımlarında, sorularımızın cevaplanmasına daha da yaklaşmış olacağız.

Kaynaklar:

  1. Chen, T., & Romesberg, F. E. (2017). Enzymatic Synthesis, Amplification, and Application of DNA with a Functionalized Backbone. Angewandte Chemie – International Edition, 56(45), 14046–14051. https://doi.org/10.1002/anie.201707367
  2. Hoshika, S., Leal, N. A., Kim, M. J., Kim, M. S., Karalkar, N. B., Kim, H. J., … Benner, S. A. (2019). Hachimoji DNA and RNA: A genetic system with eight building blocks. Science, 363(6429), 884–887. https://doi.org/10.1126/science.aat0971
  3. Malyshev, D. A., Dhami, K., Lavergne, T., Chen, T., Dai, N., Foster, J. M., … Romesberg, F. E. (2014). A semi-synthetic organism with an expanded genetic alphabet. Nature, 509(7500), 385–388. https://doi.org/10.1038/nature13314

Denetleyen: Melda KARYELİOĞLU

Yorum bırakın

E-posta adresiniz yayınlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir