Moleküler düzeydeki evrimsel savaşın en serti patojenler (yani hastalık yapan organizmalar) ile konak canlıların bağışıklık sistemi arasında gerçekleşmektedir desek abartmış olmayız sanırım. Birlikte evrimin en güzel örneklerini görebileceğimiz bu çekişme aslında temel olarak bir organizmanın “ben ve diğerleri” ayrımını yapabilmesine dayanmakta. Patojenler için evrimsel başarı ise bu ayrımdan kaçabilmelerine bağlı.

Modern tıbbın önlenebilir hastalıklara karşı bağışıklık sistemimiz kadar iyi bir iş çıkardığını reddedemeyiz. Tedavi ve aşı yöntemleri sayesinde (ve tabi ki gıda, temizlik gibi birçok faktörün de birleşimi ile) insan ömrü 1900’lerin başından bu yana iki katına çıkmıştır. Fakat elbette bu bağışıklık sistemlerini araştırmayı bir kenara bırakacağımız anlamına gelmiyor. Henüz çare bekleyen birçok hastalığın yanında aslında bu sistemler birazdan da anlatmaya çalışacağım gibi hiç tahmin edemeyeceğimiz teknolojik yeniliklere yol açabilir ki zaten temel bilim çalışmalarının tamamı böyle değil midir?

Bağışıklık Sistemini Tanıyalım

Öncelikle kısaca bağışıklık sistemini tanıtmak faydalı olur. Bahsettiğimiz gibi bağışıklık sistemi bir organizmanın kendi hücrelerini yabancı hücreler ve maddelerden ayırabilmesi ve bunları etkisiz hale getirebilmesi adına özelleşmiş hücre, protein ve etki mekanizmalarının tümüne verilen addır. Bu sistemi temel olarak ikiye ayırabiliriz; doğuştan gelen bağışıklık ve edinilmiş bağışıklık. Doğuştan gelen bağışıklık evrimsel olarak daha eskidir ve tüm canlılarda bulunur. Bu sistemin elemanları, bakterilerde işgalci virüs DNA’larını kesen nükleaz enzimleri olabildiği gibi bizlerde vücuda giren yabancı maddeye ilk tepkiyi veren fagositler, mast hücreleri gibi hücreler de olabilir. Bu yazının esas konusu ve üzerinde daha detaylı duracağımız sistem ise edinilmiş bağışıklık sistemidir.

Edinilmiş bağışıklık sistemi üzerine küçük bir araştırma yapmak bile insanı heyecanlandırmaya yeter aslında. Bu sistemin özelliği ileri düzeyde özelleşmiş, neredeyse her patojeni tanıyabilecek potansiyele sahip hücrelerden ve bir sefer tanıdığı patojeni uzun zaman hafızasında tutabilecek (mekanik bir hafızadan bahsediyoruz) etki sistemlerinden oluşmasıdır. Bazı aşıların insan ömrü boyunca tek bir sefer yapılmasının yeterli olmasının sebebi de bu hafızadır. Edinilmiş bağışıklığın omurgalılara has bir sistem olduğu söylese de diğer canlılarda da bu tür benzer sistemlerin ipuçlarını görebiliyoruz, özellikle birazdan bahsedeceğimiz gibi.

İnsandaki ve daha genel anlamda omurgalılardaki edinilmiş bağışıklık sistemini biraz detaylandıracak olursak T ve B hücrelerinden bahsetmemiz gerekli. Bu hücreler birbirlerine oldukça benzeseler de bir enfeksiyon durumunda aktif hale geçmelerinin ardından önemli farklılıklar göstermeye başlarlar. T hücreleri patojen ile girdikleri doğrudan hücre etkileşimi ile savunmada görev alırlar. Kimi T hücreleri yardımcı olarak adlandırılır ve diğer savunma hücrelerinin enfekte olmuş bölgeye çağırılmasında görev alır, kimileri ise katil olarak adlandırılır ve bakterilerin veya enfekte olmuş insan hücrelerinin yok edilmesini sağlar. B hücreleri ise mutlaka bir şekilde duymuş olduğunuz antikor denilen maddelerin üretiminde temel görevi üstlenen hücrelerdir.

Antikorlar Y şeklindeki proteinlerdir ve en önemli özelliği patojenlerin tanınmasına olanak sağlaması ve hatta bazı durumlarda bu patojenleri öldürebilmesidir. Bu noktada biraz teknik ayrıntıya girmek sistemin heyecan verici yanını anlamamıza yardım edecek. Antikorlar, antijen denilen ve bakteri ve virüslerin yüzeyinde bulunan maddelere bağlanarak işaretleme yaparlar. Antijenler özel maddeler olmak zorunda değildir, yani eğer bir antikor bakterinin yüzeyinde, bakteriye özgü herhangi bir proteine bağlanıyorsa artık o protein antijen olarak adlandırılır.

Burada “herhangi” kelimesi önemlidir çünkü antikorların “herhangi” bir yabancı proteini tanıyabilecek çeşitlilikte olması gerekir. Bu çeşitliliğin kaynağı ise –evet, doğru tahmin ettiniz– mutasyonlardır. Bir B hücresinin olgunlaşması aslında bize evrim sürecinin minik bir sunumunu verir diyebiliriz. Olgunlaşmamış B hücrelerinin tamamı, diğer vücut hücrelerimizle birlikte aynı genetik yapıya sahiptir. Fakat olgunlaşma sürecinde özellikle antikorların antijen ile etkileşen kısımlarının üretiminden sorumlu gen bölgeleri yani VDJ genleri önemli değişiklikler yaşar. Bu değişimlerden biri somatik hipermutasyon dediğimiz süreçtir. Antikorların antijen ile bağ kurabilmesinin temeli, 3 boyutlu şekillerinin birbirlerine olan uyumudur, bunu bir anahtar-kilit analojisi ile anlamaya çalışmak en kolayıdır. İşte somatik hipermutasyon da bir antikorun antijen ile bağ kuran aktif bölgesini (yani bizim anahtarımızın tırtıklı yüzeyini) rasgele bir şekilde değiştirmeye yarar. İstatistiksel olarak somatik hipermutasyona maruz kalan bölgelerdeki mutasyon oranı, vücudumuzun diğer bölgelerine oranla 1.000.000 kat daha fazladır ki bu da her yeni B hücresinin birkaç adet mutasyon taşıdığı anlamına gelir. Bir diğer değişim ise VDJ rekombinasyonları veya somatik rekombinasyon denilen süreçtir. VDJ genleri olgunlaşmamış bir B hücresinde çok çeşitli sayıda bulunurken (VVVVV DDDD JJJJJJ gibi) hücrenin olgunlaşması sırasında rastgele bir şekilde seçilerek sayıları tek bir antikor üretebilecek kadar azaltılır (VVDJ). Bu iki süreç sonunda ise her bir olgunlaşmış B hücresinin farklı bir antikor üretebildiği bir hücre havuzu elde etmiş oluruz.

Elimizdeki bu çeşitliliğin üzerindeki seçilim baskısı ise antijenler tarafından oluşturulur. Ürettiği antikor, bir antijene bağlanabilen B hücreleri seçilir ve bağışıklık hafızası dediğimiz mekanizma ile korunurlar. Aynı patojen ile tekrar enfeksiyon durumunda hızlı bir şekilde çoğaltılarak çok daha çabuk ve etkili tepki verilmesini sağlarlar. Diğer B hücreleri ise ömürlerini tamamlayana kadar vücutta dolaştıktan sonra yok edilirler. İşte size ekolojik anlamda kullandığımızın aynısı olmasa da sadece en uyumluların hayatta kaldığı bir evrimsel süreç örneği. Tabi burada bu süreçlerin somatik olduğunu yani vücut hücrelerinde gerçekleştiğini ve yavrulara aktarılmadığını belirtmek gerekir. Zaten bu sebeple edinilmiş bağışıklık sistemi, canlının ömrü boyunca karşılaştığı patojenlere karşı direnç sağlar.

Prokaryotların Dünyasına Yolculuk

Şimdi gelin üzerinde konuştuğumuz boyutu değiştirelim ve prokaryotların yani zarlı organel bulundurmayan tek hücreli canlıların dünyasına girelim. Evrimsel olarak canlılığı en temel düzeyde 3 gruba ayırırız. Bunlardan biri ökaryotlardır ki çevrenizde görebildiğiniz canlıların tamamı bu gruba dâhildir. Bir diğeri bakterilerdir, birçoğumuz bakterilere de aşinayız. Fakat 3. grup olan arkeleri çok tanıdığımız söylenemez. Bu aslında doğal çünkü uzun bir süre boyunca arkeler bakteriler grubuna dâhil edilmişti. Ta ki 1977 yılında, ünlü mikrobiyolog Carl Woose 16S ribozomal RNA benzerliklerini incelemesinin ardından onları ayrı bir grup olarak tanımlayana kadar.

Geçen 35 yıl boyunca arkeler üzerinde birçok çalışma yapıldı ve bugün Carl Woose’un önerdiği 3 gruplu sınıflandırma sisteminin oldukça tutarlı olduğunu biliyoruz. Daha da önemlisi evrimsel açıdan arkeler ve ökaryotların birbirlerine bakterilerden daha yakın olduğunu da biliyoruz. Şöyle ki her ne kadar arkeler, prokaryot canlılar olsa da DNA eşleme, protein sentezi gibi işlevleri gerçekleştirirken kullandıkları proteinler bakterilerden çok ökaryotların proteinlerine benzemekte. Hatta bu benzerlik ve arkelerin etkili DNA tamir sistemlerinden faydalanarak bu canlıların kanser araştırmalarında kullanılması ile ilgili çalışmalar yürütülmekte.

Prokaryotlarda Hücre Savunması

Bu ön bilgiler eşliğinde daha fazla dağılmadan konumuza dönelim. Patojenlerin oluşturduğu sıkıntılar maalesef tek hücrelilerin dünyasını da sarmış durumda. İster insan bağırsağında yaşayan bir bakteri olun ister 75 derecede aşırı asidik ortamda yaşayan bir arke, başınız asla virüslerden kurtulmaz. Bu da doğal olarak tek hücreli canlıların da virüslere karşı bir savunma mekanizmasına sahip olmasını zorunlu kılar. Virüslerin etki mekanizmasını kısaca şöyle özetleyebiliriz: Virüslerin yüzey proteinlerini kullanarak hücreye tutunması, kendi genetik materyalini konak hücrenin içine aktarması, bu genetik materyalin, hücrenin protein sistemini kullanarak kendini eşlemesi ve sonunda oluşan çok sayıda yeni virüs sebebi ile konak hücrenin patlaması ve virüslerin yeni konaklar bulmak üzere dağılması.

Bakteri ve arkelerin doğuştan gelen bağışıklık sistemi genellikle virüslerin tutunduğu reseptörlerin yapısını değiştirmek ve restriksiyon – modifikasyon enzimleri yardımı ile hücrenin DNA’sına girmiş virüs DNA’sını kesmek şeklinde işliyor. Ancak son zamanlarda yapılan çalışmalar ile bu canlıların bir de edinilmiş bağışıklık mekanizmasına sahip olduğu ortaya çıktı. Evet, yanlış duymadınız. Sadece omurgalılara özgü olduğunu düşündüğümüz edinilmiş bağışıklık sistemi, talihsiz bir şekilde “ilkel” olarak nitelendirdiğimiz prokaryotlarda da bulundu.

Bilinen arkelerin tamamına yakınında ve bakterilerin de yarısında bulunan bu sistem CRISPR-Cas sistemi olarak adlandırılıyor. CRISPR’ın açılımı “clustered regularly interspaced palindromic repeats”. Henüz bir Türkçe karşılığına denk gelmedim, o sebeple ilk çeviri önerisini burada sunup “düzenli aralıklarla bölünmüş palindromik tekrar kümeleri” diyebilirim. CRISPR denildiğinde kastedilen teknik anlamda canlının DNA dizisi üzerinde, CRISPR lokusunu tanımlayan gen dizileridir. Bunlar cas genleri, onu takip eden lider dizi ve sonrasında gelen tekrar (repeat) ve aralık (spacer) dizileridir. Tekrar dizileri bir canlı için tamamen aynı olmakla birlikte bu tekrarların arasındaki aralık dizileri birbirinden farklılık göstermektedir. Cas ise bu bağışıklık sisteminde görev alan proteinlerin genel adıdır.

Kaynak: http://schaechter.asmblog.org/.a/6a00d8341c5e1453ef0147e3de9490970b-800wi

CRISPR kümelerinin varlığı 1980’lerden beri bilinse de canlının savunma mekanizmasındaki rolü görece yeni kanıtlanmış durumda. Bu çıkarıma giden araştırmalar ise 2005 yılında CRISPR genleri üzerine çalışan 3 farklı grubun keşfi ile başladı. Bu grupların keşfettiği şey, CRISPR kümelerinde bulunan aralık genlerinin, o canlıyı enfekte eden bazı virüsler ile aynı diziye sahip olmasıydı. Ayrıca bir virüs DNA’sı ile aynı diziye sahip aralık genine sahip olmak o virüse karşı bir direnç veriyordu. Elbette buradan CRISPR sisteminin nükleik asit temelli bir bağışıklık mekanizması olabileceği hipotezi ortaya çıktı ve yapılan araştırmalar sonucunda bugün bu hipotezin büyük oranda doğrulanmış olduğunu söyleyebiliriz.

Genel hatları ile sistemi şu şekilde özetleyebiliriz: Öncelikle organizma bir virüs tarafından enfekte edilir. Ardından bu virüsün DNA’sı hücre tarafından parçalanır ve bu parçalar arasından bir ön-aralık (protospacer) geni seçilir. Seçilen bu gen çeşitli proteinler tarafından işlendikten sonra CRISPR lokusunda lider genin hemen sonrasına, yeni bir tekrar geni ile birlikte eklenir ve aralık geni adını alır. Bu da bize neden aralık genlerinin birbirinden farklı olduğunu anlatıyor; çünkü her biri farklı bir virüsten alınmış. Daha sonra bu tekrar ve aralık bölgelerinden sentezlenen CRISPR RNA’lar (crRNA) belirli Cas proteinlerinin de yardımı ile kesilir ve işlenir. İşlenmiş crRNA’lar başka Cas proteinleri ile birleşerek CRISPR ribonükleoprotein komplekslerini (crRNP) oluşturur. Hücrenin aynı virüs ile tekrar enfekte edilmesi durumunda ise virüsün DNA’sına karşılık gelen aralık dizisini taşıyan crRNP’ler virüs DNA’sını tanır ve Cas proteinlerinin nükleaz aktivitesi ile yabancı DNA parçalanır.

Kaynak: http://www.spring8.or.jp/en/news_publications/press_release/2013/131011_fig/fig2.png

Cas proteinlerini de bu sisteme uygun olarak 4 gruba ayırabiliriz. İlki yeni karşılaşılan virüslerden aralık genlerinin elde edilmesini sağlayan nükleaz ve rekombinaz proteinleri. İkincisi crRNA işlenmesinde görev alan ribonükleaz enzimleri. Üçüncüsü olgun crRNA’lar ile bağ kurup crRNP oluşturulmasını sağlayan ve yabancı DNA’nın tanınmasında rol alan proteinler. Dördüncüsü de yabancı DNA’ların parçalanmasını sağlayan nükleazlar.

Araştırmalar bize CRISPR-Cas sistemlerinin temel olarak 3 gruba ayrılabileceğini gösteriyor. Tip 1, 2 ve 3 olarak adlandırılan bu sistemlerden Tip 1 ve 3 birbirlerinden filogenetik olarak oldukça uzak birçok bakteri ve arkede bulunmakla birlikte tip 2 sistemlere sadece bakterilerde rastlanmış. Ayrıca bazı plazmidlerde de CRISPR-Cas sistemlerini bulmak bize bu sistemlerin sıklıkla yatay gen transferi aracılığı ile paylaşıldığını gösteriyor. Tabi ki bu da sistemin kökenine ilişkin evrimsel çalışmaları oldukça zorlaştıran bir durum. Bir diğer ilginç nokta da Tip 3-B olarak adlandırılan sistemin DNA yerine RNA’yı hedef alması ve parçalaması.

Elbette burada akla gelen en önemli sorulardan biri şu ki nasıl oluyor da bu sistemler kendi DNA’larını parçalamıyor? Sonuçta virüsün DNA’sı ile bu DNA’dan elde edilen aralık geni birbirlerinin aynısı. Bu durumda oluşturulan crRNP hücrenin kendi aralık genini de bir yabancı DNA gibi algılayıp ve parçalamaz mı? İşte burada, daha önce bahsettiğimiz ve bir bağışıklık sisteminin temeli olan ben ve diğerleri ayrımını yapabilme yeteneği işin içine giriyor. Tip 1 ve 2 sistemlerde PAM (Protospacer Adjacent Motifs) olarak adlandırılan bir DNA dizisi, crRNP’lerin DNA parçalama aktivitesini tetikliyor. PAM dizisinin özelliği, ön-aralık dizisinden (yani işgalci DNA’nın crRNP tarafından tanınan parçası) hemen önce gelmesidir. İkinci bir özelliği ise bariz bir şekilde CRISPR lokusundaki tekrar dizilerinden farklı olmasıdır.

Bunu gözünüzde canlandırmaya çalışırsanız bu hücrenin nasıl ben ve diğerleri ayrımını yaptığını fark edeceksiniz. Hücrenin kendi DNA’sında bir tekrar dizisi ve hemen ardından gelen aralık dizisi var. Yabancı DNA’da ise PAM dizisi ve hemen ardından gelen ön-aralık dizisi var (terimler aklınızı karıştırmasın, ön-aralık dizisi ile aralık dizisi birbirinin aynısıdır). PAM dizisine bağlanmak da crRNP’lerin nükleaz aktivitesini tetiklerken tekrar dizisine bağlanmak herhangi bir etki yaratmıyor. Tip 3 sistemlerde ise durum biraz farklı. Bu sistemlerde PAM motifleri kullanılmamakta fakat tekrar dizisine bağlanmak crRNP’nin inaktif hale gelmesine sebep olmaktadır. 

Moleküler biyoloji ve özellikle genetik mühendislik tekniklerine aşina olan okurlar belki de CRISPR sisteminin sağlayabileceği avantajı fark etmiştir bile. Bunu çok daha önceden fark eden Dr. Jennifer Doudna ve ekibi 2012 yılında yayınladıkları bir dizi makale ile bu sistemler üzerinden geliştirdikleri tekniği nasıl genetik mühendisliğinde kullanabileceklerini gösterdiler. İşin güzelliği ise insanı hayrete düşürecek basitliğinde yatıyor. CRISPR sisteminin özelliği belirli bir DNA dizisi üzerinde işlemesidir. Bu da demektir ki herhangi bir DNA’yı yüksek hassaslıkta ve doğrulukta kesebilmemiz için bize gereken tek şey o DNA’nın baz dizisi ve hücre içinde crRNP oluşturabilecek, aktif bir Cas nükleaz proteini. DNA’nın baz dizisine karşılık gelen bir crRNA oluşturuyoruz, bu crRNAyı Cas proteini ile birleştiriyoruz ve hücrenin içine salıyoruz. Bundan sonra tek yapmamız gereken oluşturduğumuz crRNP kompleksinin gidip DNA’yı bizim belirlediğimiz yerden kesmesini beklemek.

Bu sayede doğuştan gelen genetik hastalıklardan kansere ve AIDS’e kadar birçok hastalığın tedavisinde kullanılabilecek bir yol açmış oluyoruz. Birçok araştırmacı tarafından “insanın ağzını açık bırakacak” bir teknik olarak tanımlanan bu teknik şu zamana kadar insan kök hücreleri dâhil birçok canlıda denendi ve oldukça olumlu sonuçlar aldı. Hatta Science dergisi 2013 yılının en önemli bilimsel gelişmelerinden biri olarak bu tekniğin geliştirilmesini seçti. Elbette henüz tekniğin optimize edilmesi adına çok çalışmalar yapılmalı ancak yine de bu çok daha başarılı tedavilerin yakın olduğunu hissetmemizi engellemiyor.

Kaynak ve devamını okuman için : Prokaryotlarda Hücre Savunması ve Evrimi: CRISPR-Cas Sistemi – Genetik Haberleri (biyologlar.com)

Önemli noktalar:

• Transformasyon sırasında, bakteriler, ortamlarında bulunan DNA parçalarını alırlar.
• Transdüksiyon sırasında, DNA, bir virüs aracılığı ile bir bakteriden yanlışlıkla alınır.
• Konjügasyon sırasında, DNA hücreler arasındaki bir tüp aracılığı ile bakteriler arasında aktarılır.
• Genetik malzemenin genomda yer değiştirebilen segmentleri, bir yerden diğerine atlayabilen DNA parçalarıdır. Bakterilere antibiyotik direnci kazandıran ya da hastalık yapıcı olmalarını sağlayan bakteriyel genleri hareket ettirebilirler.

Giriş

“Klon” kelimsini duyduğunuzda aklınıza ne geliyor? Dolly isimli koyun ya da moleküler biyoloji laboratuvarlarında yapılan deneyler mi? Bunlara ek olarak, çevrenizdeki bakteriler (derinizdeki, bağırsağınızdaki ya da mutfak lavabosunda büyümekte olanlar) de sürekli olarak kendilerini “klonlamaktadırlar”.

Bakteriler, ikili fisyon aracılığı ile ikiye bölünerek çoğalırlar. İkili fisyon ya da ikiye bölünme sonucu, ebeveyn bakterilerin klonları ya da genetik olarak tıpatıp aynı kopyaları meydana gelir. “Çocuk” bakteriler, genetik olarak ebeveyn bakterilerin birebir aynısı oldukları için, ikili fisyon, gentik rekombinasyon ya da genetik çeşitlilik anlamında herhangi bir fırsat sunmaz (arada sırada meydana gelen rasgele mutasyonlar harici). Bu, eşeyli üremeden tamamen farklıdır.

Genetik varyasyon yine de, türlerin çevrelerindeki değişime, doğal seçilim yoluyla uyum sağlamalarına olanak sağlayarak hayatta kalmaları açısından büyük önem taşır. Bu bakteriler için olduğu kadar bitkiler ve hayvanlar için de doğrudur. Bu yüzden de, prokaryotların, konjügasyon, transformasyon ve transdüksiyon adı verilen bu üç mekanizma ile genlerini paylaşabiklerine şaşırmamak gerekir.

Transformasyon

Transformasyon sırasında bakteriler, çoğu zaman diğer bakterilerin bıraktıkları DNA parçalarını alırlar. Laboratuvarda DNA bilim insanları tarafından da eklenebilir (isterseniz biyoteknoloji makalesine göz atabilirsiniz). DNA, plazmid adı verilen dairesel formda bulunuyorsa, alıcı hücre tarafından kopyalanıp, sonraki nesillere aktarılabilir.

Bu neden önemlidir? Zararsız bir bakterinin, patojen (hastalık yapan) bir bakteriden bir toksin aldığını ele alalım. Alıcı hücre, aldığı DNA’yı kendi kromozomuna entega ederse (homolog rekombinasyon adı verilen bir süreçle) o da patojen özellikler kazanabilir.

Transdüksiyon

Transdüksiyonda, bakteriler enfekte edebilen virüsler, kromozomal DNA’nın kısa parçalarını “yanlışlıkla” aktarırlar.

Evet! Bakteriler de virüs kapabilir! Bakteriyofaj adı verilen virüsler, bakterileri enfekte ederler. Diğer virüsler gibi, bakteriyofajlar da, biyolojik dünyanın korsanlarıdır: hücrelerin kaynaklarına hükmederek daha fazla bakteriyofaj elde etmek için onları kullanırlar.

Bu süreç, yarım yamalak bir süreçtir. Konak hücrenin DNA parçaları bazen yeni bakteriyofajın içinde kalır. Bu “hatalı” bakteriyofajların biri diğer hücreleri enfekte ettiğinde, DNA’sını aktarır. Bazı bakteriyofajlar, konak hücre DNA’sını parçalar ve bu transferin daha olası hale gelmesini sağlar\[^1\].

Bakteriler dışındaki diğer prokaryotlardan olan arkeler, bakteriyofajlar tarafından enfekte edilemezler ancak genetik malzemelerini bir bireyden diğerine aktaran, onlara özel virüsler de mevcuttur.

Konjugasyon

Konjügasyonda, DNA bir bakteriden diğerine aktarılır. Verici hücre, pilus adı verilen bir yapı ile kendini alıcı hücreye doğru çektiğinde, hücreler arasında DNA aktarımı gerçekleşir. DNA çoğu durumda plazmid formundadır.

Verici hücreler, üreme faktörü (ya da F faktörü) adı verilen DNA parçaları içerdikleri için tipik olarak verici olarak davranırlar. Bu DNA parçaları, cinsiyet piluslarını oluşturan proteinleri kodlar. Ek olarak, konjügasyon başladığında DNA transferinin gerçekleştiği özel bir bölgeye de sahiptirler\[^2\].

F faktörü, konjügasyon sırasında aktarılırsa, alıcı hücre, F\[^+\] vericisine dönüşür ve kendi piluslarını oluşturarak, diğer hücrelere DNA aktarabilir. Bir vampirin, ısırarak diğer insanları vampire dönüştürmesini bir benzetme olarak düşünebiliriz.

Genetik malzemenin genomda yer değiştirebilen segmentleri

Genetik malzemenin genomda yer değiştirebilen segmentleri de bakteri genetiği açısından önemlidir\[^3\]. Bu DNA parçaları, bir genom içinde bir yerden diğerine, kendilerinin kopyasını yapıp yapıştırarak ya da yeni yerlere ekleyerek “atlayabilir”. Genetik malzemenin genomda yer değiştirebilen segmentlerini, sadece bakterilerde değil, siz ve ben gibi diğer birçok organizmada da bulabiliriz.

Genetik malzemenin genomda yer değiştirebilen segmentleri, bakterilerde antibiyotik direncini ve patojen genleri (bakterilerin hastalık yapıcı özellikler kazanmalarını sağlayan genler) taşıyabilir\[^{4, 5,6}\]. Genetik malzemenin genomda yer değiştirebilen segmentlerinden biri, kromozomdan bir plazmidin içine atlarsa, taşıdığı genler transformasyon ya da konjügasyon yoluyla diğer bakterilere aktarılabilir. Bu da genlerin popülasyon içinde hızlı bir şekilde yayılmasını sağlar.

Sonuç

Bakterilerde üreme çok hızlıdır, bir nesil bazı türlerde birkaç dakika içerisinde gelişebilmektedir. Nesil süresinin bu kadar kısa olması, rasgele mutasyonlarla ve makalede gördüğümüz gentik rekombinasyon mekanizması ile bir araya geldiğinde, bakteriler ve diğer prokaryotların çok hızlı bir şekilde evrimleşmesini sağlar.

Bu iyi bir şey midir? Bakış açısına göre değişir. Hızlı evrimleşme, bakterilerin, ortama antibiyotik verilmesi gibi çevresel değişimlere çok hızlı bir şekilde uyum sağlamasını sağlar. Bu onlar açısından iyi olsa da bizim açımızdan, özellikle de enfekte edildiysek son derece kötü bir durumdur.Antibiyotik direncinin nasıl evrimleşebileceği hakkında daha fazla bilgi edinmek ister misiniz?

Kaynak ve devamını okuman için : Prokaryotlarda Genetik Varyasyon (Makale) | Khan Academy

Moleküler biyoloji ve genetik, canlı organizmaların temel yapı taşları olan moleküllerin yapılarını, işlevlerini ve etkileşimlerini inceleyen disiplinlerdir. Bu alanlar, genetik materyalin (DNA ve RNA) yapısını ve işlevini, gen ifadesinin düzenlenmesini, hücre içi sinyal iletimini, protein sentezini ve hücre döngüsünü kapsar. Ayrıca, genetik varyasyonun neden olduğu fenotipik farklılıkları ve kalıtımın mekanizmalarını da araştırır.

Moleküler biyoloji ve genetik bölümünde, öğrencilere hücre biyolojisi, genetik, mikrobiyoloji, biyokimya, biyoinformatik, biyoteknoloji ve çevre biyolojisi gibi derslerin yanı sıra laboratuvar deneyimleri de sağlanır. Bu sayede öğrenciler, moleküler düzeydeki biyolojik süreçleri anlamaya ve analiz etmeye yönelik temel bilgi ve beceriler kazanırlar.

Moleküler Biyoloji ve Genetik Dersleri

• Moleküler Biyolojiye Giriş: Bu ders, hücrelerin temel yapı taşları olan moleküllerin (DNA, RNA, proteinler vb.) yapısını, işlevlerini ve etkileşimlerini inceler.
• Hücre Biyolojisi: Bu ders, hücrenin yapısı, işlevleri, metabolizması, bölünmesi ve özelleşmesi gibi konuları kapsar.
• Genetik: Genetik, organizmaların kalıtsal özelliklerinin nasıl geçtiğini ve değiştiğini inceleyen bir alandır. Bu ders genetik prensiplerini, kalıtımın temel yasalarını ve genetik mühendisliği gibi konuları ele alır.
• Moleküler Hücre Biyolojisi: Bu ders, hücre içindeki moleküler işlemleri daha derinlemesine inceler. Özellikle hücrenin genetik materyalinin nasıl işlendiği, ifade edildiği ve düzenlendiği konularına odaklanır.

• Biyoinformatik: Bu ders, biyolojik verilerin bilgisayar aracılığıyla analiz edilmesini ve yorumlanmasını sağlayan yöntemleri öğretir. Gen dizilim analizi, protein yapıları ve fonksiyonları gibi konular bu dersin içeriğini oluşturur.
• Türk Dili 1, 2: Bu dersler, öğrencilere Türkçe dilbilgisi, yazım kuralları, sözcük bilgisi, dilin yapısal özellikleri ve dilin işlevleri gibi konuları öğretir. Ayrıca, dilin doğru ve etkili bir şekilde kullanımını geliştirmeyi amaçlar.
• Genel Kimya: Genel Kimya, kimyanın temel prensiplerini ve kavramlarını içeren bir ders olarak başlar. Atom yapısı, kimyasal bağlar, gazlar, sıvılar, katılar, termodinamik gibi konuları kapsar.
• Atatürk İlkeleri ve İnkılap Tarihi 1, 2: Bu dersler, Türkiye Cumhuriyeti’nin kurucusu Mustafa Kemal Atatürk’ün hayatı, ilkeleri ve yaptığı inkılapları öğretir. Türkiye’nin modernleşme süreci ve cumhuriyetin kuruluşu bu derslerin odak noktasıdır.
• Genel Matematik: Bu ders, temel matematik prensiplerini içerir: cebir, geometri, trigonometri, fonksiyonlar, limitler ve türevler gibi konuları kapsar. Matematiksel düşünme becerilerini geliştirir.

• İngilizce 1, 2: Bu dersler, öğrencilere İngilizce dilbilgisi, kelime bilgisi, dinleme, konuşma, okuma ve yazma becerilerini öğretir. İngilizce’nin iletişim aracı olarak kullanılmasını sağlar.
• Genel Biyoloji Laboratuvarı: Bu ders, biyolojinin temel prensiplerini uygulamalı bir şekilde öğretir. Mikroskopi, hücre gözlemi, organizma sınıflandırması gibi konular laboratuvar deneyleriyle desteklenir.
• Değerlerimiz: Bu ders, öğrencilere etik, ahlak, kültürel değerler ve toplumsal sorumluluklar hakkında bilgi verir. İnsan ilişkilerini, hoşgörüyü ve toplumsal uyumu güçlendirir.
• Kariyer Planlama: Bu ders, öğrencilere kariyer hedefleri belirleme, iş arama becerileri, özgeçmiş hazırlama ve mülakat teknikleri gibi konularda rehberlik eder.
• Organik Tarım: Organik tarımın prensipleri, uygulama yöntemleri, organik tarımın çevresel ve sağlık üzerindeki etkileri gibi konuları kapsar.
• Hücre Biyolojisi: Bu ders, hücrenin yapısal ve işlevsel özelliklerini, metabolizmasını, bölünmesini ve özelleşmesini inceler.

• Mikrobiyoloji: Bu ders, mikroskobik organizmaları, özellikle bakteri, virüs, mantar ve protozoaları inceler. Mikroorganizmaların yapısı, fizyolojisi, çoğalma şekilleri, patojenite mekanizmaları ve mikrobiyal biyoteknoloji gibi konuları kapsar.
• Bakteriyoloji: Bu ders, bakterilerin yapısal özellikleri, fizyolojileri, çoğalma biçimleri, patojenitesi ve uygulamalı alanlardaki rolleri gibi konuları inceler.
• Viroloji: Bu ders, virüslerin yapısı, replikasyonu, enfeksiyon mekanizmaları, evrimi ve virüs hastalıklarının önlenmesi ve tedavisi gibi konuları kapsar.
• Metagenomiks: Bu ders, karmaşık mikrobiyal topluluklardaki genetik materyalin analizini ve yorumlanmasını içerir. Özellikle çevresel örneklerden elde edilen genomik verilerin analizine odaklanır.
• Bitki Biyoteknolojisi: Bu ders, bitkilerin genetik mühendisliği, bitki hücre kültürü, bitki hastalıkları ve zararlılarına karşı mücadelede biyoteknolojik yaklaşımlar gibi konuları inceler.
• Mikrobiyal Biyoteknoloji: Bu ders, mikroorganizmaların endüstriyel ve tarımsal uygulamalarda kullanılmasını inceler. Fermentasyon, biyoyakıt üretimi, gıda endüstrisi ve biyoremidiasyon gibi konular bu dersin içeriğini oluşturur.

• Hücre Döngüsü ve Apoptoz: Bu ders, hücrenin yaşam döngüsünü (proliferasyon, büyüme, bölünme) ve programlı hücre ölümü olan apoptozisi inceler.
• Fizyoloji: Bu ders, canlı organizmaların fonksiyonlarını ve bu fonksiyonların fizyolojik mekanizmalarını inceler. Özellikle insan fizyolojisi üzerine odaklanabilir.
• Stres Biyolojisi: Bu ders, organizmaların stres yanıtlarını ve stresin biyolojik etkilerini inceler. Stres hormonları, stres adaptasyonu ve stresle başa çıkma mekanizmaları gibi konuları kapsar.
• Çevre Biyoteknolojisi: Bu ders, biyoteknolojik yöntemlerin çevresel uygulamalarını inceler. Kirleticilerin biyolojik arıtılması, atık yönetimi ve çevresel koruma stratejileri gibi konuları ele alır.
• Nanobiyoteknoloji: Bu ders, nanoteknolojinin biyoloji ve tıp alanındaki uygulamalarını inceler. Özellikle nanoölçekte malzemelerin tasarımı, sentezi ve biyolojik sistemlerle etkileşimi üzerine odaklanır.

• Model Organizmalar: Bu ders, biyolojik araştırmalarda sıkça kullanılan model organizmaları (örneğin, fare, meyve sineği, maya, solucan vb.) inceler. Bu organizmalar, temel biyolojik süreçlerin anlaşılmasında ve hastalık modellerinin geliştirilmesinde önemli bir rol oynar.
• Klinik Biyokimya: Bu ders, biyokimyanın tıbbi uygulamalarını inceler. Özellikle laboratuvar testlerinin prensipleri, hastalıkların tanısında ve tedavisinde biyokimyanın rolü üzerine odaklanır.
• Hesaplamalı Biyoloji: Bu ders, biyolojik verilerin analizi ve modellemesi için bilgisayar tabanlı yaklaşımları inceler. Biyoinformatik, veri madenciliği, yapay zeka ve sistem biyolojisi gibi konuları kapsar.
• İnsan Genetiği: Bu ders, insan genetiğinin temel prensiplerini ve insan sağlığı ile ilişkisini inceler. Genetik hastalıklar, genetik testler, farmakogenetik ve kişisel tıp gibi konuları ele alır.

• Biyopolimerler: Bu ders, biyolojik kaynaklardan elde edilen polimerlerin yapıları, özellikleri ve uygulamalarını inceler. Özellikle biyo-plastikler, biyomalzemeler ve ilaç taşıyıcı sistemler gibi konuları kapsar.
• Gelişim Biyolojisi: Bu ders, organizmaların embriyonik gelişimini ve morfolojik farklılaşmasını inceler. Hücre farklılaşması, organogenez, morfogenez ve gelişimdeki genetik kontrol mekanizmaları gibi konuları ele alır.
• Yaz Stajı: Bu ders, öğrencilere yaz aylarında staj yapma fırsatı sunar. Bu stajlar, endüstriyel laboratuvarlarda, araştırma enstitülerinde veya klinik ortamlarda gerçekleştirilebilir ve öğrencilere pratik deneyim kazandırır.
• Biyoteknoloji: Bu ders, biyolojik organizmaların ve sistemlerin endüstriyel ve tıbbi uygulamalarını inceler. Özellikle genetik mühendislik, biyomedikal teknolojiler, tarım biyoteknolojisi gibi konuları ele alır.

• Biyoinformatik: Bu ders, biyolojik verilerin bilgisayar tabanlı analizini ve yorumlanmasını sağlar. Genomik, proteomik, filogenetik ve yapısal biyoinformatik gibi konuları kapsar.
• Bağışıklık Sistemi Hastalıkları: Bu ders, bağışıklık sistemi ile ilişkili hastalıkları inceler. Otoimmün hastalıklar, alerjik reaksiyonlar, immün yetmezlik durumları gibi konuları ele alır.
• Bitirme Projesi 1, 2: Bu ders, öğrencilerin bir araştırma veya uygulama projesi yürütmelerini ve sonuçlarını sunmalarını içerir. Öğrenciler genellikle danışmanları ile birlikte çalışarak bir bilimsel makale veya sunum hazırlarlar.
• Moleküler Biyoloji Laboratuvarı Teknikleri: Bu ders, moleküler biyoloji laboratuvarlarında kullanılan temel teknikleri öğretir. PCR, DNA izolasyonu, elektroforez, DNA dizileme gibi teknikler uygulanır.
• Biyokimya Laboratuvarı 1, 2: Bu ders, biyokimya prensiplerini laboratuvar ortamında uygulamayı sağlar. Protein analizi, enzim kinetiği, metabolizma analizi gibi konuları kapsar.
• Hücre Biyolojisi Laboratuvarı: Bu ders, hücre biyolojisi ile ilgili deneylerin yapılmasını içerir. Hücre kültürü, hücre bölünmesi, hücre sinyalleşmesi gibi konuları uygulamalı olarak ele alır.

• Moleküler Genetik Laboratuvarı: Bu ders, genetik araştırmalarda kullanılan moleküler teknikleri öğretir. Gen klonlaması, gen ifadesinin analizi, genetik manipülasyon gibi konular üzerinde durur.
• Moleküler Hücre Biyolojisi Laboratuvarı: Bu ders, hücre içi moleküler süreçlerin incelenmesine yönelik laboratuvar deneylerini içerir. Protein-protein etkileşimleri, hücre sinyalleşmesi, hücre çoğalması gibi konuları kapsar.
• Mikrobiyoloji Laboratuvarı: Bu ders, mikroorganizmaların izolasyonu, tanımlanması ve karakterizasyonunu içerir. Bakteri kültürü, mikrobiyal analiz teknikleri, antimikrobiyal duyarlılık testleri gibi konuları uygulamalı olarak işler.

Kaynak ve devamını incelemen için : Moleküler Biyoloji ve Genetik Dersleri  – Yörüngesiz.com (yorungesiz.com)