transformasyon

BAKTERİ GENETİĞİ
Prof.Dr. Davut ALPTEKİN
Ç.Ü. Tıp Fakültesi
Tıbbi Biyoloji Anabilim Dalı
ADANA
Bakterilerde üreme genetik materyali
olan sirküler DNA’sının ikiye katlanması
ve arkasından hücrenin ikiye bölünmesi ile
olur. Ancak bu üreme şekli bakterilerde
genetik değişiklik oluşturmaz. Oysa
bakteriler doğada sürekli değişim
içerisindedir. Bu değişimi sağlayan da bir
bakterinin genetik materyalinin bir
kısmının başka bir bakteriye aktarılması ile
oluşur.
Verici bir bakteri hücresinden alıcı bir
bakteriye genetik materyalin bir kısmı
aktarılarak sonuçlanan olayda alıcı hücre
genetik materyalinin yalnızca bir kısmı için
diploit duruma geçer.
Böylece kısmi zigot (merozigot) oluşmuş
olur. Aslında haploit olan bakteri kromozomu
yalnız bir bölümünde diploit olur. Bu olaya
kısmi karışım yada meromiksis denir. Burada
verici hücreden alınan genetik parçaya
ekzogenot, bu parçanın alıcı hücredeki
karşılığına da endogenot adı verilir.
Alıcı bir bakteriye bir DNA parçası
kendiliğinden, bir faj aracılığı ile veya iki
bakteri arasında oluşan bağlantı aracılığı ile
geçerek alıcı bakterinin DNA’sı yeni bir
kombinasyon oluşturur. Bu olaya
rekombinasyon, oluşan melez bakteriye de
rekombinant adı verilir.
Bakterilerde rekombinasyona yol açan
başlıca olaylar transformasyon,
transdüksiyon ve konjugasyon olaylarıdır.
A-TRANSFORMASYON
Ortada ikinci bir canlı hücre ya da bakteriyofaj
bulunmaksızın verici hücre tarafından bırakılmış,
ortamdaki parçalanmış DNA'nın alıcı hücre
tarafından alınarak rekombinant hücreler
oluşmasına transformasyon denir. DNA, ortama
genellikle verici hücrelerin parçalanması ya da
bazı kimyasal maddeler kullanılarak ekstraksiyonu
ile verilebilir. Ancak alıcı hücre tarafından
alınabilmesi için DNaz enzimi etkisinden korunmuş
olması ve alıcı hücrenin dışarıdan gelen DNA
moleküllerini hücre içine alabilecek yetenekte
bulunması gereklidir.
Fred Griffith (1928), Avery ve ark. (1944) genetik
materyalin bakteriler arasında geçiş gösterdiğini, yani
transformasyon olayını açıkladılar.
Canlı S formundaki
bakteriler
Canlı R formundaki
bakteriler
Fare ölür
Fare sağlıklı
Isıtılarak öldürülmüş S
formundaki bakteriler
Fare sağlıklı
Isıtılarak öldürülmüş S
formu ve canlı R formu
bakterileri karışımı
Fare ölür
Canlı S formundaki
bakteriler
Griffith’in çalışmalarından elde edilen sonuçlar:
1. Saflaştırılmış transformasyon yapan faktörün
beklenildiği gibi kimyasal yapıda olduğu,
2. Elde edilen materyalin genel özelliklerinin DNA’ya
benzediği,
3. Protein veya lipidlerin ortamdan uzaklaştırılması
sonrası transformasyon yapma aktivitesinde bir
kayıp olmadığı,
4. Tripsin ve kimotripsin gibi polipeptid kıran (protein
parçalayan) enzimlerin transformasyon yapan
aktiviteyi etkilemediği,
5. RNaz’ın transformasyon üzerine etkisinin olmadığı,
6. Ortama DNaz ilavesi ile transformasyon tamamen
ortadan kalktığını belirlemişlerdir.
Griffith’in çalışmaları moleküler çalışmaların
gelişmesinde önemli bir adım olmuştur. 1944’lere
kadar proteinlerin genetik bilgiyi taşıdığına ve bu
nedenle DNA’nın ikinci rolde kaldığına
inanılıyordu. Ancak sadece saf DNA’nın genetik
özgüllüğe sahip olduğunu belirtir makalelerin
ortaya çıkması ile bu durum tamamen değişmiştir.
Nihayet Hershay ve Chase’nin deneyi ile genetik
materyalin protein olmadığı yani DNA olduğu
kesinlik kazanmıştır.
A.Hershay ve M.Chase Deneyi (1952)
(Genetik materyalin Proteinmi/DNA’mı olduğunun ispatı)
Bakteriyofaj
P işaretli
virüs DNA’sı
32
S işaretli
protein kapsül
35
Faj DNA’sının
bakteriye girme aşaması
Karıştırma aşaması
Santrifüj etme aşaması
35
S bakterilerde yok
+
S süpernatantta var
35
32
P bakterilerde var
+
P süpernatantta yok
32
Doğada Spontan Transformasyon
Doğada bakteriler arasında spontan
transformasyonun oluştuğu artık kabul
edilmektedir. Çeşitli bakteriler ile yapılan
çalışmalar bunu kanıtlamıştır. Bu olgunun yeni gen
düzenlemelerinin ortaya çıkmasına neden olarak
doğada Doğal Seçim (Natural Selection)
yasalarının işlemesinde aracı olduğu ve türlerin
doğal gelişiminde önemli rol oynadığı kabul
edilebilir. Çünkü doğada sürekli olarak yeni
bakteriler yeni çevre koşullarına karşı direnç
geliştirmekte ve dirençli olanlar ancak yaşamını
sürdürebilmektedirler.
Transformasyon için gerekli şartlar
DNA Segmentleri ve Alıcı Hücreye Giriş
Transformasyon; ortamdan moleküler ağırlığı
büyük olan DNA parçalarını alabilen bakterilerde
oluşabilmektedir. Bu bakteriler Mol. ağırlığı 4x105
Dalton'dan küçük olan DNA parçalarını içlerine
alamazlar. Ör. Pnömokoklarda 5x106, H.
influenzae’de 1.5x107 Dalton DNA parçasını içlerine
alabilmektedirler.
Bakteri transformasyonunda DNA molekülünün
üst sınırı yoktur. Örneğin; 1.2x108 Dalton olan DNA
parçası bir bakteri tarafından alınabilmektedir. Fakat
insan DNA’sı gibi çok büyük parçalar da alıcı hücre
tarafından alınamaz.
Ortamdaki DNA Miktarı ve Transformasyon
Oranı
Yapılan çeşitli çalışmalar sonucunda; ortamda
serbest olarak bulunan DNA konsantrasyonunun
yaklaşık olarak 50 μg/ml olduğu zaman
transformasyonun oluştuğu görülmüştür. Bu
noktadan itibaren DNA yoğunluğundaki artış
transformasyon sayısını da artırmaktadır.
Ancak DNA yoğunluğu, her alıcı hücre başına
yaklaşık 50 DNA segmenti sınırını aşması ile
transformasyon sayısında bir artış olmadığı da
saptanmıştır.
Yeterlilik (Kompetans)
Bakteri hücresinin DNA segmentini alabilme
yeteneğine yeterlilik (kompetans) denilir. Bakteri,
yaşam döngüsü içinde sadece kısıtlı bir dönem
içinde bu yeteneği kazanır.
Kazanılan bu yetenek hücrenin fizyolojik
durumuna göre ortaya çıkmaktadır. Yani her
bakteri hücresinin 30 dakika da bölündüğünü
düşünürsek bu sürenin her hangi bir dakikasında
bu özelliği kazanır ve kaybeder. Yani hücrenin
yaşam döngüsünün çok kısa bir dönemi ile
sınırlıdır. Ancak bu süre bakterinin türüne ve çevre
koşullarına bağlı olarak kısa veya uzun süreli
olabilir.
DNA'nın Bütünlüğü ve Hücrelere Girişi
Transforme olacak DNA segmentlerinin
belli büyüklükte olması gerektiği yanında, çift
sarmallı orijinal hallerini korumuş olmaları
zorunludur. Ancak zincir bir kez alıcı
hücreye girdikten sonra transformasyonun
olabilmesi için tek bir zincir yeterlidir. Yeni
bakteriye giren tek zincir DNA bakterinin
mezozomuna tutunarak kendi eksik zincirini
tamamlar.
DNA-Konak (Alıcı Hücre) Bağlantısı ve
DNA'nın Alıcı Hücreye Girişi
Transformasyon öncesi DNA-hücre bağlantısı
geçici durumda olabilir. Yani dışarıdan gelen DNA,
alıcı hücrenin salgıladığı DNaz aktivitesine
duyarlıdır ve parçalanır. Transformasyon esnasında
ortama DNaz ilave edilirse 1 saniye sonra da
ortama yeniden DNA parçaları konulsa dahi hiç bir
transformasyon elde edilmez. Çünkü ortama konan
DNaz ortamdaki bütün DNA’yı parçalar.
DNA-hücre bağlantısı kalıcı durumda olabilir.
Yani dışarıdan gelen DNA, alıcı hücrenin salgıladığı
DNaz aktivitesine dirençlidir. Bu durumda DNA
parçalanmaz ve transformasyon oluşur.