Moleküler genetik - Molecular genetics

Moleküler genetik , DNA moleküllerinin yapılarındaki veya ifadesindeki farklılıkların organizmalar arasında varyasyon olarak nasıl ortaya çıktığını ele alan bir biyoloji alt alanıdır . Moleküler genetik, genetik taramalar kullanarak bir organizmanın genomundaki genlerin yapısını ve/veya işlevini belirlemek için genellikle "araştırmacı bir yaklaşım" uygular . Çalışma alanı biyolojideki çeşitli alt alanların birleştirilmesine dayanmaktadır: klasik Mendel kalıtımı , hücresel biyoloji , moleküler biyoloji , biyokimya ve biyoteknoloji . Araştırmacılar, bir gen dizisini belirli bir fenotipe bağlamak için bir gendeki mutasyonları arar veya bir gendeki mutasyonları indükler. Moleküler genetik, çeşitli genetik hastalıklar için tedavi/tedavi arayışına yardımcı olabilecek mutasyonları genetik koşullarla ilişkilendirmek için güçlü bir metodolojidir.

Tarih

Moleküler genetiğin bir disiplin olarak gelişmesi için birkaç bilimsel keşif gerekliydi. Yaşamın genetik kodunu bir hücreden diğerine ve nesiller arasında aktarmanın bir yolu olarak DNA'nın keşfi, kalıtımdan sorumlu molekülü tanımlamak için gerekliydi.  Watson ve Crick ( Franklin ve Wilkins ile birlikte ) moleküler genetik için bir köşe taşı olan DNA'nın yapısını buldular. Bir izolasyon kısıtlama endonükleaz olarak , E. coli 1969 Arber ve Linn alanını açılan genetik mühendisliği . Elektroforez ile ayırma için DNA'yı doğrusallaştırmak için kısıtlama enzimleri kullanıldı ve hibridizasyon probları yoluyla spesifik DNA segmentlerinin tanımlanmasına izin veren Southern blot işlemine izin verildi . 1971'de Berg, ilk rekombinant DNA molekülünü ve ilk rekombinant DNA plazmitini oluşturmak için kısıtlama enzimlerini kullandı . 1972'de Cohen ve Boyer , şimdi bakteriyel transformasyon olarak bilinen E. coli'ye rekombinant DNA plazmitleri ekleyerek ilk rekombinant DNA organizmasını yarattılar ve moleküler klonlamanın yolunu açtılar. 1970'lerin sonlarında önce Maxam ve Gilbert ve daha sonra Frederick Sanger tarafından DNA dizileme tekniklerinin geliştirilmesi moleküler genetik araştırmalar için çok önemliydi ve bilim adamlarının genotipik dizileri fenotiplerle ilişkilendirmek için genetik taramalar yürütmeye başlamasını sağladı . 1985 yılında Mullis tarafından icat edilen Taq polimeraz kullanan polimeraz zincir reaksiyonu (PCR), bilim adamlarının, transformasyon için kullanılabilecek veya agaroz jel ayrımı kullanılarak manipüle edilebilecek belirli bir DNA dizisinin milyonlarca kopyasını oluşturmasını sağladı . On yıl sonra, ilk genomun tamamı dizilendi ( Haemophilus influenzae ), ardından 2001 yılında İnsan Genom Projesi aracılığıyla insan genomunun nihai dizilemesi yapıldı . Tüm bu keşiflerin doruk noktası , moleküler yapıyı birbirine bağlayan genomik adı verilen yeni bir alandı . bir genin, DNA'nın o segmenti tarafından kodlanan protein veya RNA'ya bağlanması ve bu proteinin bir organizma içinde fonksiyonel ifadesi. Bugün, moleküler genetik tekniklerin uygulanması yoluyla, genomik birçok model organizmada çalışılmakta ve veriler NCBI ve Ensembl gibi bilgisayar veri tabanlarında toplanmaktadır . Farklı türler içindeki ve arasındaki genlerin bilgisayar analizi ve karşılaştırmasına biyoinformatik denir ve genetik mutasyonları evrimsel bir ölçekte birbirine bağlar.

Merkez Dogma

Bu görüntü, transkripsiyonu yapılan bir DNA zincirinin kullanıldığı merkezi dogmanın bir örneğini ve işlemlerde kullanılan önemli enzimleri göstermektedir.

Bu görüntü, bir DNA zincirinin transkripsiyonu ve ardından çevrilmesi ve işlemlerde kullanılan önemli enzimleri gösteren merkezi dogmanın bir örneğini göstermektedir

Merkez Dogma tüm genetik temeli olduğunu ve moleküler genetik çalışmalarında önemli bir rol oynar. Merkezi Dogma, DNA'nın kendini kopyaladığını, DNA'nın RNA'ya kopyalandığını ve RNA'nın proteinlere çevrildiğini belirtir. Merkezi Dogma ile birlikte , genetik kod , RNA'nın proteinlere nasıl çevrildiğini anlamada kullanılır. DNA'nın replikasyonu ve DNA'dan mRNA'ya transkripsiyon mitokondride meydana gelirken, RNA'dan proteinlere çeviri ribozomda meydana gelir . Genetik kod dört baz çiftinden oluşur: adenin, sitozin, urasil ve guanin ve bu baz çiftlerinin (üç kopya halinde okunur) çoklu kombinasyonlarının aynı amino asidi ürettiği anlamına gelir. Proteomik ve genomik , biyolojide moleküler genetik ve Merkezi Dogma çalışmalarından çıkan alanlardır.

Teknikler

ileri genetik

İleri genetik , belirli bir fenotip üreten genleri veya genetik mutasyonları tanımlamak için kullanılan bir moleküler genetik tekniğidir . Bir de genetik ekran , rastgele mutasyonların oluşturulacak mutajenler (kimyasal veya radyasyon) veya transpozonlar ve bireyler belirli bir fenotip için görüntülenir. Genellikle, bir seçim biçimindeki ikincil bir tahlil , örneğin bakteri veya hücre kültürlerinde, istenen fenotipin gözlemlenmesinin zor olduğu durumlarda mutajenezi izleyebilir. Hücreler , istenen fenotipe sahip mutantların mutant olmayanlardan seçilmesi için antibiyotik direnci için bir gen veya bir floresan raportör kullanılarak dönüştürülebilir .

İlgili fenotipi sergileyen mutantlar izole edilir ve fenotipin birden fazla genden kaynaklanıp kaynaklanmadığını belirlemek için bir tamamlama testi yapılabilir. Mutant genler daha sonra baskın (fonksiyon kazancı ile sonuçlanan), çekinik (fonksiyon kaybı gösteren) veya epistatik (mutant gen başka bir genin fenotipini maskeler) olarak karakterize edilir. Son olarak, mutasyonun yeri ve spesifik doğası, dizileme yoluyla haritalanır . İleriye dönük genetik, tarafsız bir yaklaşımdır ve çoğu zaman beklenmeyen birçok keşfe yol açar, ancak maliyetli ve zaman alıcı olabilir. Nematod solucanı Caenorhabditis elegans , meyve sineği Drosophila melanogaster ve zebra balığı Danio rerio gibi model organizmalar , gen mutasyonlarından kaynaklanan fenotipleri incelemek için başarıyla kullanılmıştır.

C. elegans'ta (bir nematod) mutajenez kullanan bir ileri genetik örneği .

ters genetik

Ters genetik teknikleri ile kuş gribi aşısının geliştirme sürecini gösteren diyagram

Ters genetik, ilgilenilen bir gende kasıtlı bir mutasyondan kaynaklanan fenotipi belirlemek için kullanılan moleküler genetik teknikleri için kullanılan terimdir. Fenotip, genin mutasyona uğramamış versiyonunun işlevini çıkarmak için kullanılır. Mutasyonlar, ilgilenilen gende rastgele veya kasıtlı değişiklikler olabilir. Mutasyonlar, nükleotit ikamesinin neden olduğu bir yanlış algı mutasyonu , bir çerçeve kayması mutasyonunu indüklemek için bir nükleotit eklenmesi veya silinmesi veya bir gen veya gen segmentinin tam eklenmesi/silinmesi olabilir. Belirli bir genin silinmesi , genin eksprese edilmediği bir gen nakavtına neden olur ve fonksiyon kaybı meydana gelir (örn. nakavt fareler ). Yanlış algılama mutasyonları, tamamen işlev kaybına neden olabilir veya devrilme olarak bilinen kısmi işlev kaybına neden olabilir. Knockdown, RNA interferansı (RNAi) ile de sağlanabilir . Alternatif olarak genler, bir gen knock-in oluşturmak ve konakçı tarafından bir işlev kazanımı ile sonuçlanmak üzere bir organizmanın genomuna (bir transgen olarak da bilinir ) ikame edilebilir . Bu tekniklerin bir fenotipi belirli bir işleve bağlama kararıyla ilgili bazı doğal önyargıları olmasına rağmen, üretim açısından ileri genetikten çok daha hızlıdır çünkü ilgilenilen gen zaten bilinmektedir.

Ayrıca bakınız

Kaynaklar ve notlar

daha fazla okuma

Dış bağlantılar