Rekombinant DNA teknolojsi, canlıdaki genetik materyalin istenilen şekilde değiştirilmesidir. Bu teknoloji, çeşitli kaynaklardan DNA parçalarının eklenmesini ve istenilen DNA dizisinin uygun bir aracı (vektör) ile aktarılmasını içerir. Canlının genomundaki manipülasyon, yeni genlerin eklenmesiyle ya da var olan genlerin aktivitesinin kısıtlanmasıyla gerçekleştirilir. Farklı DNA parçaları elde etmek için enzimatik parçalama yöntemi kullanılır. DNA ligaz enzimi de DNA parçalarının vektöre eklenebilmesi için kullanılır. Ardından vektör, konak hücreye aktarılır. Konak hücreler çoğalırken vektörün ve DNA fragmentininin de çok sayıda kopyası meydana gelir. Son aşamada, aktarılan DNA dizisini taşıyan hücreler seçilir ve çoğaltılır. İlk rekombinant DNA molekülü 1973 yılında Paul Berg, Herbert Boyer, Annie Chang ve Stanley Cohen ile Stanford Üniversitesi ve Kaliforniya Üniversitesi’nde üretilmiştir. 1975 yılındaki Asimolar konferansında rekombinant DNA teknolojisinin güvenilirliği tartışılmıştır. Buna rağmen, 1980’li yılların ortalarından itibaren hormonlar, aşılar, tedavi edici araçlar ve tanı araçları bu teknolojiye dayanarak geliştirilmeye başlanmıştır.
Bu gelişmelerin ardından, genlerde meydana gelen mutasyonların gen işlevine etkisini dikkatlice incelemek için, insülün genine simian virüs parçası eklenmiştir. Benzer şekilde tümör gelişimi de bir anti-anjiogenez (dokuda damarlanmanın engellenmesi) etki gösteren endostaini taşıyan adenoviral vektör tarafından durdurulmuştur. Bunların yanında, rekombinant DNA teknolojisiyle daha uzun süre etki gösteren tedavi edici proteinler geliştirilmiştir. Örneğin; en çok kullanılan yöntem protein dizisine ek bir glikozilasyon bölgesi eklemektir. Bu sayede ek bir kimyasal grup içeren protein, dokuda kolayca parçalanamaz ve işlevini yerine getirebilir. Buna örnek olarak, FSH beta alt birimini kodlayan dizi ve hCG beta alt birimini kodlayan dizinin C terminal dizisini içeren bir kimerik gen geliştirilmiştir. Ayrıca araştırmacılar, gen terapisi ve genetik modifikasyon yaklaşımları için yeni vektörler ve vektör kombinasyonları geliştirmişlerdir. Günümüzde, viral vektörler klinik uygulamalar için çok dikkatli incelenmektedirler. Bazı virüs vektörler de ticarileştirilmiştir. Bunun için temelde virüsler, klinik uygulamalarda güvenli olmaları için modifiye edilirler. Kanser gibi ciddi hastalıkların, in vivo ortamda, gen terapisi, aşılama, protein üretimi gibi yollarla tedavisini içeren viral vektörlerin kullanıldığı birkaç uygulama vardır.
Klinik uygulamalar için kullanılacak olan viral vektörlerin üretimi, ileri iretim teknolojileri sayesinde mümkün olabilmektedir. Şu anda, ciddi yan etkilerden dolayı retroviral vektörler (retrovirüs türevli aracılar) önemini kaybetmiştir. Fakat bu vektörler; genleri çabuk ve hızlı şekilde çok sayıda canlıya aktarabilirler. Viral vektörlere alternatif olarak; en basit viral olmayan gen aktarım sisteminde çıplak DNA kullanılır ve ilgili dokuya doğrudan enjekte edilir. Daha güncel bir yöntem olarak P1 vektörü, E.coli bakterisine rekombinant DNA aktarımı için kullanılmıştır. Bu yeni klonlama sistemiyle 15,000 klon kütüphanesi ve 130-150 kb DNA aktarılabilir. Başka bir teknoloji olan PAC klonlama sistemi ise kompleks genom analizi ve haritalama için elverişlidir. Bu vektörler aynı zamanda; delesyon (DNA’dan bir bölgenin kopması), DNA dizileme ve transkripsiyonun (DNA’dan RNA üretimi) durdurulmasında kullanılır.
Özetle, rekombinant DNA teknolojisinin hastalıkları tedavi etmede ve sağlık koşullarının iyileştirmede geniş uygulama alanları vardır.
Gen Terapisi
Gen terapisi, tedavi edici potansiyeli olan ileri düzey bir tekniktir. Bu konuda ilk başarılı çalışma, ölümcül bir genetik hastalığın tedavisi ile ilgilidir. Bu strateji, bağışıklık sistemi yetmezliğinin görüldüğü ADA-SCID hastalığının tedavisi için başarılı sonuçlar ortaya çıkarmıştır. Bu teknolojinin başlangıcında, T lenfositlerine gen transferi konusunda zorluklar yaşanmıştır. Buna rağmen daha sonra, kandaki kök hücreler hedeflendiğinde daha başarılı sonuçlar elde edilmiştir.
Metastatik melanoma 2006 yılında spesifik proteinlerin ekspresyonun arttırılmasıyla tedavi edilmiştir. Sağlık bilimlerindeki bu başarı, immuno terapi ile ölümcül hastalıkların tedavi edilmesi konusunda yeni kapılar açmıştır. Yüksek miktarda hücre, kanda tümörleri tanıması için genetik mühendisliği yöntemleriyle değiştirilmiştir. Bunun için, T hücresi reseptörü kodlayan bir retrovirüs kullanılmıştır. Bu yöntemin, iki hastada bir yıl boyunca uygulanmasıyla metastatik tümörde küçülme görülmüştür. Bu strateji daha sonra metastatik eklem boşluğu karsinomasının tedavisinde de kullanılmıştır. Kronik löseminin tedavisi için, hastanın kendisinden alınan T hücreleri, B hücresi antijeni CD19’a spesifik olan Kimerik Antijen Reseptörünü (CAR) üretmek için genetik olarak modifiye edilmiştir. Bu sayede T hücreleri, lösemiye neden olan B hücrelerini tanıyıp yok ederek, lösemin vücutta azalmasını sağlamıştır.
Anatomik olarak ulaşması zor bölgelerde olan bir grup hücreye gen terapisi yapılmasının tedavi edici faydaları vardır. Bu konuda doğuştan körlük ile ve LCA hastalığı ile ilgili başarılı sonuçlar elde edilmiştir. İsvçre ve Almanya’daki klinik gen terapisi denemeleri, Nisan 2006’da kronik granulamatoz hastalığı için de başarılı olmuştur. Kandan izole edilmiş CD34+ hücreleri, retrovirüsler tarafından modifiye edilerek hastalara aktarılmıştır. Hastaların üçte ikisi tedavinin faydasını görmüştür.
Akciğer, jinekolojik, deri, ürolojik, nörolojik, gastrointestinal tümörler, kan kanseri ve pediatrik tümörler gibi çok sayıda kanserin tedavisi için gen terapisinin uygulanması hedeflenmiştir. Tümör baskılayıcı genlerin immunoterapi yoluyla aktarımı, onkolitik viroterapi (tümörü hedefleyen virüslerin uygulanması) ve genin yönlendirdiği enzimle ilaç terapisi, farklı türde kanserlerin tedavisi için kullanılan farklı stratejilerdir. En yaygın olarak kullanılan tümör baskılayıcı gen p53’tür. Bazı stratejilerde p53 gen transferi, kemoterapi ya da radyoterapi ile birlikte uygulanmaktadır. Onkolitik viroterapi stratejisinde, tümör hücreleri, tümör antijenleri kodlayan rekombinant viral bir vektörle aşılanır. Böylece, bağışıklık sistemi hücreleri tümör antijenlerini tanır ve sadece tümör hücrelerini hedef olarak görerek onlara saldırır. Bu sayede, tümörlerin büyümesi, bu teknolojiden faydalanılarak engellenmiştir. Böylece, kanser gen terapisi son yıllarda büyük ilerleme kaydetmiştir.
Metastatik kanserler de genetik miühendisliği yoluyla değiştirilmiş T hücreleri ile azaltılabilir. Kanser hücreleri kendilerini bağışıklık sistemine karşı görünmez yaparlar ve bulundukları mikroçevre T hücrelerinin yaşamını kısıtlar. T-hücrelerine kansere spesifik antijenler aktarılarak, hayatta kalması ve tümörün içerisine göç etmesi sağlanır. Tümör hücrelerine de onkolitik virüsler aracılığıyla antijenler aktarılır. Bu sayede, tümör hücreleri eklenen antijenler nedeniyle bağışıklık sistemi tarafından görünüp, yok edilebilir. Kanser hücreleri viral replikasyonlar yoluyla onkolitik virüsler tarafından yok edilebilir.
Antikorların ve Türevlerinin Üretimi
Son yıllarda bitki sistemleri antikorların ve türevlerinin üretilmesi için kullanılmaktadır. Çoğu antikor ve türevi bu yollarla tatmin edici miktarlarda üretilebilmektedir. Örneğin; transgenik tütün bitkisi, immunoglobulin A/G antikorunu üretmek için kullanılmaktadır. Bu antikor, dişin çürümesine neden olan Streptococcus türlerini tanıyabilir. Ayrıca, bitkiler tarafından üretilmesi sağlanan T84.66 adlı monoklonal antikor ise, epitel kanserine özel bir proteini tanıyabilir. Rekombinant DNA teknolojisi aracılığıyla üretilen immunoglobulin G1 ise herpes simpleks virüsüne karşı olarak üretilir. PIPP isimi antikor ise insan koriyonik gonadotropin hormonunu tanıyabilir. Bu yöntemler, tümörlerin tanı ve tedavisi antikorların yardımıyla gerçekleştirilebilir.
Aşıların ve Rekombinant Hormonların Geliştirilmesi
Kullanılan standart aşılar, rekombinant aşılarla karşılaştırıldığında daha az etkili ve daha az spesifiktir. Patojen antijenleri kodlayan adenovirüslerin aktarımı, mukozal antijenlere karşı hızlı bir çözüm olmuştur. Böylece bu adenovirüsler, infulenza için bir aşı görevi görmektedir.
İnsan folikül uyarıcı hormonun (FSH) laboratuvar ortamında üretimi, rekombinant DNA teknolojisiyle mümkün hale gelmiştir. FSH kompleks bir protein molekülüdür ve üretimi için ökaryot hücreler kullanılır. Foliküllerin bu hormon yoluyla uyarılmasıyla kısırlığın tedavisi, rekombinant DNA teknolojisinin bir başarısıdır. Günümüzde çok sayıda hasta rekombinant FSH ile tedavi edilmektedir.
Meyvelerde Tıbbi Açıdan Önemli Bileşiklerin Üretilmesi
Çilekte bulunan; proantosiyanin, l-askorbat, flovanoid ve polifenoller önemli bileşiklerdir. Böğürtlende ise, bHLH ve FRUİTE4 genleri antosiyanin üretimini kontrol eder. Transformasyon yoluyla bu genlerin üretim miktarı arttırılır ve meyvelerin kalitesi artar. Bu bileşikler de antioksidan özelliklerinden dolayı tıbbi açıdan önemlidirler.
Rekombinant DNA teknolojisi insan hayatını kolaylaştıran önemli bir teknolojidir. Son yıllarda, kanser tedavisi, genetik hastalıklar ve diyabet ile ilgili biyomedikal uygulamalarda önemli gelişmeler olmuştur. Farmasötiklerin üretimi konusunda, aktarılmak istenen genin vücut tarafından kabul edilmemesi ve istenen ürünün iyi kalitede üretilmesi ile ilgili sorunlar ortaya çıkmaktadır. Hastalıkların bu yolla tedavi edilmesi konusunda, bağışıklık sisteminden kaynaklanan sorunlar ortaya çıkabilmektedir.
Genetik mühendisliği yöntemleri ile değiştirilen bitkiler ve ürünlerle ilgili de bazı endişeler vardır. Örneğin; genetik olarak değiştirilmiş bitkilerin doğadaki bitkilerle üremesi, genetik olarak değiştirilmiş genlerin biyoçeşitliliği etkilemesinden endişelenilmektedir. Bu nedenle, yöntemin güvenliğini arttırmak için bu alanda yeni çalışmalar yapılmalıdır.
Kaynakça:
1) Khan ve ark. Role of Recombinant DNA Technology to Improve Life. http://dx.doi.org/10.1155/2016/2405954
Yazar: Ayça Olcay