Önce biraz genel bilgi ile başlayalım…
Bir organizmanın DNA’sını oluşturan nükleik asit sekansları veya gen seti, onun genomudur. Esasen, bir genom, bir organizmayı inşa etmek için moleküler bir plandır.
İnsan genomu, Homo sapiens‘in 23 kromozom çiftinin DNA’sındaki genetik kod ve insan mitokondrisinde bulunan DNA’dır.
Yumurta ve sperm hücreleri yaklaşık 3 milyar DNA baz çiftinden oluşan 23 kromozomu (haploid genomu) içerir.
Somatik hücreler (örneğin, beyin, karaciğer, kalp) 23 kromozom çiftine (diploid genomu), yani 6 milyar baz çiftine sahiptir. Bunun yaklaşık yüzde 0.1’i bir insandan diğerine farklılık gösterir.
İnsan genomu, kendine nispeten en yakın tür olan bir şempanze ile yaklaşık yüzde 96 benzerlik gösterir.
Birleşik Devletler (ABD) hükümeti, haploid genomun üç milyar nükleotidini dizilemek amacıyla 1984 yılında İnsan Genomu Projesi veya İngilizce kısaltması ile HGP’yi planlamaya başladı. Az sayıda anonim gönüllü projeye DNA’sını bağışladı, bu yüzden tamamlanmış insan genomu insan DNA’sının bir mozaiği idi ve herhangi birinin genetik dizilimi değildi.
Şimdi kronoloji …
Augustinian bir rahip olan Gregor Mendel‘e modern genetiğin babası olarak kabul edilir. Farklı büyüklük, renk, tohum şekli ve çiçek konumlarına sahip bezelye bitkileri ile yaptığı dneyleri için manastır bahçesini kullandı. Mendel’in bu 1856 ve 1863 arasındaki deneyleri, özelliklerin ebeveynlerden döllerine nasıl geçtiğini ortaya koydu. Örneğin, sarı bezelyeyi yeşil bezelye ile çaprazladığında, yavru bezelerin hepsi sarıydı. Ancak bu yavrular çoğaltıldığında, yeni nesil ¾ sarı ve ¼ yeşil oldu. Mendel’in 1865 yılında sunduğu çalışması, şu anda “genler” olarak adlandırdığımız şeyler tarafından öngörülebilir şekilde belirlendiğini gösterdi.
Friedrich Miescher, 1844’te İsviçre, Basel’de dünyaya geldi. Tıp okuduktan sonra Tübingen Üniversitesi’ne giderek beyaz kan hücrelerini araştırdı. Beyaz kan hücreleri enfeksiyon sonrasında büyük miktarlarda bulunur. Bu nedenle Miescher yakın bir kliniğin kullandığı bandajları araştırması için topladı. 1869’da hücrenin çekirdeğinden yeni bir molekül izole etti ve onu “nüklein” olarak adlandırdı. Nüklein’in hidrojen, oksijen, azot fosforu sabit oranda içerdiğini gördü. Her ne kadar Miescher kariyeri boyunca nüklein çalıştı ise de, o ve diğer bilim adamları ebeveynlerden çocuklara geçen kalıtım moleküllerinin proteinler olduğuna inanıyordu. Nüklein (yani DNA) ‘nın önemi uzun yıllar anlaşılmadı.
Rosalind Franklin 1920’de Londra’da dünyaya geldi. Cambridge Üniversitesi’nden mezun olduktan birkaç yıl sonra Paris’te X-ışını kırınım teknikleri üzerine çalıştı. 1951’de Franklin, bir fizikçi ve moleküler biyolog olan Maurice Wilkins’in DNA’yı incelemek için X-ışını kristalografisini kullandığı Londra’daki King’s College’da bir araştırma bursunu kabul etti. Franklin, kristalize DNA elyaflarının iki ayrı yüksek çözünürlüklü fotoğrafını çekti. Franklin’in X-ışını kırınım verileri ile elde ettiği fotografı, Watson ve Crick’in makalesi olan 3 boyutlu DNA yapısının modelini tanıtan Nature dergisinde yayınlandı.
1953 ames Watson ve Francis Crick, DNA’nın çift sarmal yapısını keşfettiler.
Francis Crick ve James Watson DNA’nın yapısını modellediğinde, metal çubuklar (A, C, G, T) ve kağıt tutaçları kullandılar. Onların modeli, DNA’nın çift sarmal olduğunu gösteriyordu; şeker ve fosfatlar sarmalın dış kordonlarını (omurga), bazlar ise merkezde bulunuyordu. Hidrojen bağları, A-T ve C-G’yi eşleştirerek bazları birleştiriyot ve sarmalın iki ipliği paraleldi ancak zıt yönlerde idiler. 1953 tarihli makalelerinde, modelin “genetik materyal için olası bir kopyalama mekanizması olduğunu” önerdiler.
1960’ların başında, Marshall Nirenberg ve Ulusal Sağlık Enstitüsi, DNA’nın protein sentezini ve bu işlemlerdeki RNA’nın rolünü nasıl yönlendirdiğine odaklandı. Sadece ürasil (U) içeren sentetik bir haberci RNA (mRNA) ipliğini kullanarak yaptıkları 1961 deneyinde, yine sadece fenilalanin içeren bir protein elde edildi. Fenilalanin için RNA kodunun UUU olduğunu tanımladılar. Birkaç yıl içinde, Nirenberg ve ekibi, 20 amino asittin 60 mRNA kodonunu deşifre ettiler. 1968’de Nirenberg, genetik kodun dejenerasyonu ve protein sentezinin anlaşılmasına katkılarından ötürü Nobel Fizyoloji veya Tıp Ödülü’nü paylaştı.
1977’de Frederick Sanger, bir DNA dizisinde bazların sırasını belirlemek için şu anda Sanger yöntemi olarak bilinen klasik “hızlı DNA dizilimi” tekniğini geliştirdi. Kısa DNA parçalarını sentezlemek için özel enzimler kullandı ve seçilen “sonlandırıcı” bir baz sentezlenen DNA’nın ortamına eklendiğinde sentez durudu . Tipik olarak, bu sonlandırıcı bazların her biri bir radyoaktif işaretleyici ile etiketlenmiştir, bu nedenle tespit edilebiliniyordu. Ardından farklı uzunluklardaki DNA parçaları, elektroforez denen bir teknikle bir elektrik alanı uygulandığında jel matrisi boyunca yürürler ve boyutlarına göre ayrılırlar (daha kısa olan daha ileriye gider, daha uzun olan geride kalır) . Frederick Sanger DNA dizilemeye yönelik yöntemlere katkılarından ötürü 1980 Nobel Kimya Ödülü’nü paylaştı.
Huntington hastalığı (HD) beynin belirli sinir hücrelerinin (nöron) ölümüne neden olur ve titrelemeli hareketler, fiziksel sertlik ve bunama ile sonuçlanır. Semptomlar (belirtiler) genellikle orta yaşta görülür ve gittikçe kötüleşir. Mutasyon (değişime) uğradığında Huntington hastalığına neden olan HD geninin yeri 1983’te 4. kromozom üzerine gösterildi. Bu, onun DNA dizilerinde varyasyonlar analmına gelen “polimorfizm”i ilke defa gösterilen genetik hastalık yaptı. Mutasyon, “huntingtin” proteinini kodlayan DNA’daki artan “CAG” tekrarlarından oluşuyordu. CAG tekrarlarının sayısı, ebeveynden çocuğa geçtiğinde artabilir, bu da her kuşakta HD’ın daha erkenbaşlamasına neden olur.
1983’de Kary Mullis tarafından tasarlanan Polimeraz Zincir Reaksiyonu (PCR), DNA’nın bir bölümünün milyarlarca kopyasını büyütmek veya üretmek için kullanılan nispeten basit ve ucuz bir teknolojidir. Moleküler biyolojideki en önemli bilimsel gelişmelerden biri olan PCR amplifikasyonu (çoğaltma), hastalıkları teşhis etmek, bakteri ve virüsleri tespit etmek ve suçluları suç mahalliyle eşleştirmek için her gün kullanılmaktadır. PCR, DNA araştırmasını 1993 yılında Dr. Mullis’e Kimya Nobel Ödülü verene kadar büyük devrimler yaptı.
Akciğerler, sindirim sistemi, pankreas ve diğer organlarda kalın, yapışkan mukus oluşmasına neden olan hayatı tehdit eden genetik bir hastalık olan kistik fibroz (KF), çocuklarda ve genç erişkinlerde en sık görülen kronik akciğer hastalıklarından biridir. 1980’lerin başında, sorumlu geni bulmaya çalışmak için CF’ye bir takım yeni laboratuvar araçları uygulandı. Haziran 1989’da, araştırmacılar, kistik fibrozlu hastaların% 70’inde küçük bir DNA mutasyonu tespit ettiler. Sağlıklı bireylerde bu durum yoktu. CFTR (kistik fibroz transmembran iletkenlik düzenleyicisi) geninin keşfi, CF araştırmasında şimdiye kadarki en önemli bulgudur.
BRCA1 (BReast CAncer gen 1= Gögüs kanseri geni), hücrelerin kontrolsüz büyümesini engelleyen bir protein üreten bir “tümör süpresör geni” yani tümör baskılayıcı bir gendir. Bununla birlikte, BRCA1’in bazı varyasyonları, kanser için kalıtsal riskin artmasına yol açarak normal işlevini bozabilir. BRCA1 geninin varlığı için ilk kanıt 1990’da sağlanmıştır. Uluslararası bir rekabetçi çalışmanın ardından, gen 1994 yılında izole edildi. Araştırmacılar, BRCA1 geninde 1.000’den fazla mutasyon tespit ettiler; bunların çoğu özellikle kadınlarda meme kanseri ve yumurtalık kanseri riskini artırmaktadır.
1984’ten başlayarak, ABD Enerji Bakanlığı (DOE), Ulusal Sağlık Enstitüsü (NIH) ve uluslararası gruplar, insan genomunun incelenmesine ilişkin toplantılar düzenlediler. 1988’de Ulusal Araştırma Konseyi, insan genomunu haritalamak için bir program başlatmayı önerdi. Nihayet, 1990’da NIH ve DOE beklenen 15 yıllık bir projenin ilk beş yılı için bir plan yayınladı. Proje, DNA analizi için teknoloji geliştirir; meyve sinekleri ve fareler de dahil olmak üzere insan ve diğer genomları haritalamak ve dizilemek; ve etik, yasal ve sosyal konularda çalışma yapar diye bir taslak yayınladı.
İnsan genom dizisinin erken tamamlanmasına yol açan olaylar, 1998’de Craig Venter tarafından kurulan özel şirket Celera Genomics ve halka açık Uluslararası İnsan Genomu Dizilim Konsorsiyumunu içeriyordu. İnsan genom dizisini tamamlayan bu son derece rekabetçi girişimde, kamu tarafından finanse edilen bilim, özel sektör girişimleri, işbirliğine dayalı veri paylaşımı, rekabet ve veri mülkiyeti ile bir arada bulunmakta ve çığır açan teknolojik yenilikler, genomik üretim, montaj ve analizdeki iyileştirmelere katkıda bulunmuştur. “İnsan genom dizisi için yarış”, 10 yıldan fazla bir süredir, bilim insanlarının insanların ve diğer organizmaların genomlarını haritalamak ve dizilemek için gösterdikleri çabalar ve heyecanları somutlaştırdı.
1999 Kromozom ilk dizilenen insan kromozomu oldu.
İnsan 22. kromozomunun 1999’da ilk kez dizilendiği bildirildiğinde, o zamana kadarki kodu çözülmüş ve bir araya getirilmiş en uzun DNA parçası idi. Kromozom 22, nispeten küçük boyutları ve çeşitli hastalıklarla ilişkisi nedeniyle şifresi çözülecek olan 23 insan kromozomunun ilki olarak seçildi. Bir insan kromozomunun organizasyonunun ilk kez harfleri (baz çifti) seviyesinde gösterilmesi İnsan Genom Projesinin geri kalanı için yol açtı. 22. kromozomun dizisi ABD, İngiltere, Japonya, Fransa, Almanya ve Çin’deki bilim insanları arasındaki uluslararası bir işbirliği ile mümkün oldu.
2000 odel organizma olan meyve sineğinin genom dizisi bildirildi.
Meyve sinekleri Drosophila melanogaster gibi organizmalar, insan genlerinin işlevlerini tanımlamak için çok önemlidir. 2000’de bir bilim adamları konsorsiyumu, pek çok farklı fakat birbirini tamamlayıcı sıralama stratejileri kullanılarak elde edilen, tamamlanmış bir meyve sinek genom dizisini yayımladı.
2001 yılında, İnsan Genomu Projesi uluslararası konsorsiyum, insan genom dizisinin ilk taslağını ve ilk analizini yayınladı. Aynı zamanda, Craig Venter ve Celera Genomics Corporation’da çalışan meslektaşları, insan genom dizisinin bir başka sürümünü yayınladılar. İnsan genom taslağının ilk analizinden zengin bilgiler elde edildi. Örneğin, insan genlerinin sayısı yaklaşık 30.000 olarak hesaplandı (daha sonra 20.000’e revize edildi). Araştırmacılar ayrıca herhangi bir iki insanın DNA dizilerinin yüzde 99.9 özdeş olduğunu bildirdiler.
2002 Fare, genomu tümü ile dizilenen ilk memeli araştırma organizması oldu.
2002’de uluslararası Fare Genom Dizilimi Konsorsiyumu, fare genomunun yüksek kalitede bir taslak dizisini yayınladı. Bilim insanları, ilk kez, insan genom dizilerini bir başka memelinin genom dizileriyle karşılaştırdılar. Bu kilometre taşı, laboratuar faresinin insan hastalığklarını araştırmak için bir hayvan modeli olarak yaygın bir şekilde kullanılması nedeniyle daha da önemliydi. Araştırmacılar, diğer bilgilendirici keşifler arasında, fare genomunun yüzde 90’ından fazlasının insan genomu ile eş olduğunu ve iki genomun her birinin 30.000’e yakın protein kodlayıcı gen içerdiğini bildirdi.
2003 |İnsan Genomu Projesi tamamlandı.
2003 yılında, İnsan Genomu Projesinin iddialı hedeflerine varıldı hatta aşıldı. İnsan Genom Projesi tarafından üretilen sekanslar (diziler ), insan genomunun gen içeren bölgelerinin yaklaşık yüzde 99’unu kapladı. Proje sadece iki buçuk yıl erken bitmekle kalmadı, aynı zamanda başlangıçta öngörülen bütçenin altında bir bütçe ile başarıldı. Proje, hastalık araştırmalarında kullanılan organizmaların genomlarının diziliminden tüm genomların araştırılması için yeni teknolojilerin geliştirilmesine kadarbir bir seri hedefi başarıyla gerçekleştirdi: . İnsan Genomu Projesi, insanlığın olağanüstü bir bilimsel başarısı olarak aya ilk adım atmakla eş tutulmuştur.