Klonlama Nedir? Gen, Hücre ve Organizma Düzeyinde Klonlama

Gen klonlamasında plazmitten rekombinant DNA'ya giden yol

Gen klonlaması, belirli bir genin veya DNA parçasının çok sayıda kopyasını elde etme işlemidir. Bu amaçla bakterilerde bulunan küçük, genellikle dairesel DNA molekülleri olan plazmitler vektör olarak kullanılabilir. Vektör, klonlanacak DNA parçasını konak hücreye taşıyan araçtır; kendisi hedef gen değildir.

Süreçte önce hedef DNA parçası ile plazmit uygun restriksiyon enzimleriyle kesilir. Restriksiyon enzimleri DNA'yı rastgele değil, belirli nükleotit dizilerini tanıyarak keser. Kesim sonucunda oluşan tamamlayıcı tek zincirli çıkıntılara yapışkan uç denir. Bu uçlar, hedef DNA ile plazmidin geçici olarak eşleşmesini kolaylaştırır. Her kesimde yapışkan uç oluşması zorunlu değildir; bazı enzimler küt uç da oluşturabilir.

Eşleşen parçaların kalıcı biçimde birleştirilmesinde DNA ligaz görev yapar. Ligaz, DNA omurgasındaki uygun fosfodiester bağlarının kurulmasını katalizler ve böylece hedef geni taşıyan rekombinant plazmit meydana gelir. Rekombinant plazmitin bir bakteriye aktarılmasına transformasyon adı verilir. Plazmiti alan hücreleri ayırt etmek için antibiyotik direnci gibi seçici belirteçlerden yararlanılabilir.

Buradaki karar noktası şudur: Bir bakterinin seçici ortamda büyümesi, yalnızca seçici belirteci taşıdığını gösterir; hedef genin plazmite doğru yönde ve doğru bölgede yerleştiğini tek başına kanıtlamaz. Bu nedenle klonun hedef DNA bakımından doğrulanması gerekir. Mevcut metindeki kapsam, bu doğrulama işleminin ayrıntılarını vermediğinden, sınav düzeyinde seçim belirtecinin işlevi ile hedef genin varlığını birbirinden ayırmak yeterlidir.

SCNT'de çekirdek, yumurta ve taşıyıcı anne görevlerinin ayrılması

Organizma klonlamasında kullanılan somatik hücre nükleer transferi, kısaca SCNT, üç farklı biyolojik bileşenin görevlerini ayırır. Somatik hücre, üreme hücreleri dışında kalan vücut hücresidir ve klonlanacak bireyin çekirdeğini sağlar. Yumurta hücresinin çekirdeği çıkarılır; bu işleme enükleasyon denir. Böylece yumurtanın kendi çekirdek DNA'sı süreçten çıkarılmış olur.

Somatik hücreden alınan çekirdek, çekirdeği çıkarılmış yumurtaya aktarılır. Yeniden oluşturulan hücre, elektriksel uyarı gibi bir aktivasyonla bölünme ve embriyonik gelişim yönünde başlatılabilir. Gelişmeye başlayan embriyo, taşıyıcı annenin rahmine aktarılır. Taşıyıcı anne gelişim ortamını sağlar; klonlanacak bireyin çekirdeksel genetik bilgisini veren taraf değildir.

Bu yöntemde genetik özdeşlik ifadesi özellikle çekirdek DNA'sı bakımından anlaşılmalıdır. Yumurta hücresinin çekirdek dışındaki bileşenleri ve gelişim ortamı da sürece katkıda bulunur. Ayrıca genlerin çalışmasını etkileyen gelişimsel ve çevresel koşulların aynı olması beklenmez. Bu nedenle klon, verici bireyin fiziksel ve genetik özelliklerini bütünüyle aynı biçimde sergilemek zorunda değildir. Klonlama, aynı DNA dizisine sahip olma hedefiyle açıklanır; aynı anıların, davranışların veya yaşam deneyimlerinin aktarılması anlamına gelmez.

Terapötik klonlama ile üreme klonlamasının ayrıldığı amaç

SCNT aynı temel aktarım yaklaşımını içerse de amaç farklı olabilir. Üreme klonlamasında hedef, gelişimin sürdürülmesi ve genetik vericiyle çekirdek DNA'sı bakımından özdeş bir organizmanın doğmasıdır. Organizma klonlaması denildiğinde çoğunlukla bu amaç anlaşılır.

Terapötik klonlamada ise hedef, tam bir birey doğurmak değil, kök hücre araştırmalarında kullanılabilecek hücreler elde etmektir. Bu yaklaşımda oluşturulan embriyonik yapı belirli bir aşamaya kadar geliştirilir ve ondan kök hücre hattı elde edilmesi amaçlanır. Bu hücrelerin hastaya genetik olarak daha uyumlu olabileceği düşünülse de, bu ifade otomatik olarak güvenli, uygulanabilir veya klinik olarak onaylanmış bir tedavi anlamına gelmez.

İndüklenmiş pluripotent kök hücreler, iPSC olarak adlandırılır. Bu yöntemde yetişkin bir somatik hücre genetik yeniden programlama ile embriyonik kök hücrelere benzer pluripotent bir duruma getirilmeye çalışılır. Böylece embriyo oluşturma gereği olmadan farklı hücre tiplerine dönüşme potansiyeli araştırılabilir. Ancak iPSC ile SCNT aynı işlem değildir: İlki mevcut bir hücrenin yeniden programlanmasına, ikincisi ise somatik hücre çekirdeğinin enüklee edilmiş yumurtaya aktarılmasına dayanır.

Klonlama ile gen terapisi de eş anlamlı değildir. Klonlama bir genin, hücrenin veya organizmanın kopyalanmasını hedeflerken gen terapisi hastalıkla ilişkili bir genetik sorunu düzeltmek, değiştirmek veya etkisini azaltmak amacıyla genetik materyal üzerinde tedaviye yönelik işlem yapılmasını ifade eder. Bu iki alan, hücre ve gen teknolojileri bakımından kesişebilir; fakat amaçları aynı değildir. Konuyla birlikte gen terapisinin ne olduğunu incelemek bu ayrımı netleştirir.

Klonlanmış hücre ile genetik olarak özdeş birey arasındaki fark

Klon kavramının kapsamını doğru kullanmak için üç düzeyi ayırmak gerekir. Moleküler klon, belirli bir DNA parçasının kopyasıdır. Hücresel klon, tek bir hücreden çoğalan ve genetik açıdan özdeş hücrelerden oluşan topluluktur. Organizmal klon ise bir organizmanın genetik kopyası olarak geliştirilmesi amaçlanan bireydir.

Bu düzeyler arasında otomatik geçiş yoktur. Bir genin plazmit içinde çoğaltılması, o genin ait olduğu organizmanın klonlandığı anlamına gelmez. Aynı şekilde tek bir hücreden oluşan hücre topluluğu elde etmek, tam bir canlı üretildiğini göstermez. Hedefin DNA parçası mı, hücre mi, yoksa organizma mı olduğu sorulmadan kullanılan 'klonlama' ifadesi sınavlarda yanlış seçeneğe götürebilir.

Genetik özdeşlik de bağlama göre değerlendirilmelidir. Eşeysiz üremeyle oluşan yavrular, tek yumurta ikizleri veya laboratuvarda klonlanan hücreler genetik açıdan büyük ölçüde özdeş olabilir; buna karşın mutasyonlar, hücre içi farklılıklar ve çevresel etkiler nedeniyle bütün özelliklerin aynı olması beklenmez. Bu yüzden 'genetik olarak özdeş' ifadesini 'her bakımdan aynı' şeklinde yorumlamak doğru değildir. Klonlama, genetik kopyalama kavramıdır; kişilik, öğrenme ve yaşam deneyimi kopyalama yöntemi değildir.

Çözümlü örnekler: yöntemi ve hedefi adım adım ayırt etme

Örnek 1 — Bir genin bakteride çoğaltılması

Verilenler: Bir araştırmacı, belirli bir geni çok sayıda kopya hâlinde elde etmek istiyor. Elinde hedef geni içeren DNA, bir plazmit, hedef bölgeyi tanıyan restriksiyon enzimi ve DNA ligaz bulunuyor.

Çözüm adımları:

1. Hedef geni içeren DNA ile plazmit, uyumlu kesim bölgelerinden restriksiyon enzimiyle kesilir.
2. Oluşan tamamlayıcı yapışkan uçlar hedef DNA ile plazmidin eşleşmesini sağlar.
3. DNA ligaz, eşleşmiş parçaları fosfodiester bağlarıyla birleştirir; rekombinant plazmit oluşur.
4. Rekombinant plazmit bakteriye aktarılır. Bu aktarım transformasyondur.
5. Seçici belirteç taşıyan bakteriler ayrılır ve çoğaltılır.

Sonuç: Elde edilen şey, önce hedef geni taşıyan rekombinant plazmit ve ardından bu geni taşıyan bakteri popülasyonudur. Bu örnek organizma klonlaması değildir; moleküler düzeyde gen klonlamasıdır. Antibiyotik direnci, hedef genin kendisi değil, taşıyıcı hücreyi seçmeye yarayan belirteçtir.

Örnek 2 — SCNT basamaklarını sıralama

Verilenler: Genetik kopyası oluşturulmak istenen bir bireyden somatik hücre alınmış, bir yumurta hücresi hazırlanmış ve taşıyıcı anne bulunmaktadır.

Çözüm adımları:

1. Somatik hücrenin çekirdeği alınır; çekirdek, verici bireyin çekirdek DNA'sını taşır.
2. Yumurta hücresinin çekirdeği çıkarılır; yumurta enüklee hâle gelir.
3. Somatik hücre çekirdeği bu yumurtaya aktarılır.
4. Yeniden oluşturulan hücre uygun bir uyarıyla aktive edilir ve embriyonik gelişim başlatılmaya çalışılır.
5. Gelişen embriyo taşıyıcı anneye aktarılır.

Sonuç: Burada çoğaltılan bir plazmit veya yalnızca bir gen değil, gelişim sürecine sokulan bir embriyonik yapıdır. Amaç doğuma kadar gelişim ise üreme klonlaması; kök hücre elde etmek ise terapötik klonlama olarak adlandırılır.

Sık yapılan hatalar ve karıştırılan kavramlar

Klonlama ile PCR'ı aynı sanmak: PCR, belirli bir DNA bölgesini hücre dışında çoğaltmak için kullanılan bir tekniktir. Gen klonlaması ise DNA parçasının çoğunlukla bir vektöre yerleştirilip konak hücrede çoğaltılmasını kapsar. Mevcut içerikte PCR, adli bilimlerde DNA miktarını artırma bağlamında anılır; bu nedenle PCR'ı doğrudan plazmit temelli klonlamayla eşitlememek gerekir.

Restriksiyon enzimi ile ligazın görevini ters çevirmek: Restriksiyon enzimi DNA'yı tanıma bölgelerinden keser. DNA ligaz ise uygun DNA uçlarını birleştirir. Biri kesme, diğeri birleştirme basamağında görev alır.

Plazmiti gen sanmak: Plazmit vektördür; hedef geni taşıyabilir fakat hedef genin kendisi değildir. Rekombinant plazmit, vektör ile eklenen DNA parçasının birleşimidir.

SCNT'de yumurta çekirdeğinin kaldığını düşünmek: SCNT'nin temel mantığında yumurta hücresinin çekirdeği çıkarılır. Somatik hücre çekirdeğinin aktarılması, verici çekirdek DNA'sının gelişim sürecine katılmasını sağlar.

Klonu tamamen aynı birey olarak yorumlamak: Genetik özdeşlik, çevrenin, beslenmenin, gelişim koşullarının ve öğrenilmiş davranışların da aynı olacağı anlamına gelmez. Özellikle 'aynı kişilik' veya 'aynı deneyimler' sonucu çıkarılamaz.

Terapötik klonlamayı tedavi edilmiş hasta sanmak: Terapötik klonlama, kök hücre araştırmaları için potansiyel bir yaklaşım olarak açıklanır. Bir yöntemin teorik olarak doku uyumunu azaltma potansiyeli taşıması, her hastalıkta uygulanmış ve kesin sonuç vermiş bir tedavi olduğu anlamına gelmez.

İnsan klonlaması hakkında kaynaksız kesin hüküm kurmak: İnsan üreme klonlaması etik, sosyal ve hukuki açıdan yoğun biçimde tartışılan bir konudur. Ülke ve mevzuat farklılıkları olabileceği için 'dünyanın her yerinde aynı şekilde yasaktır' gibi kapsamı doğrulanmamış mutlak ifadeler kullanılmamalıdır.