SOMATİK REKOMBİNASYON

Rekombinasyon : Bir bileşiği oluşturan unsurların ayrılmalarını takiben yeniden birleşmeleri; tekrar bir araya gelmeye, genetikte homolog kromozomlar arasında cross-over sonucu gen kombinasyonlarının oluşumuna denir. Çeşitli bireylerde bulunan vasıflar döllenmeden sonra iki gametin birleşmesinden meydana gelen zigotta yeniden kombine olurlar. Şu halde genetik çalışmalar, ancak eşeyli üreyen organizmalarda yapılabilir. Dünyada yüksek bitkiler ve hayvanlar genellikle eşeyli ürer. Bununla beraber birçok organizmalar eşeysiz veya vejetatif yolla çoğalır. Bunlarda rekombinasyonlara rastlanmaz. Rekombinasyon, atasal kalıtsal özelliklerin değişik karışımlar halinde yeni kuşaklarda bir araya gelmesine yol açan olaylar dizisidir. Moleküler deyimi ile “yeni bileşim” farklı iki atasal bireyden gelen DNA segmentlerinden bir yeni bileşen kromozom oluşması işlemi olarak tanımlanabilir.
Bakteri genetiği alanındaki gelişmeler, rekombinasyon olaylarını inceleyebilmek için yeni olanaklar sağlamıştır. Bugüne dek çok önemli bilgiler elde edilmiş olmakla birlikte bu bilgilerde hala bir çok eksiklikler vardır. Bu nedenle bütün bulguları, genelleştirilmiş ve bütün olayları kapsayan bir tablo halinde tamamlamak bugün bile olanaksızdır. Genetik rekombinasyon’la ilişkili yeni düşüncelerin gelişmesinde en büyük rolü mikroorganizmalar üzerinde yapılan incelemeler oynamıştır.

Mantarlarda Rekombinasyonlar : Kiasma oluşumu ve crossing over’in kromatitler arasında oluştuğunu mantarlar üzerinde yapılan araştırmalarla kanıtlamak olasıdır. Neurospora mantarı haploid haldedir. Sadece zigot diploiddir. Diploid zigot redüksiyona uğrar ve birbirini izleyen iki bölünme ile 8 adetaskorpor meydana getirir. Askorporlar askus içinde doğrusal olarak sıralanmıştır. Bu nedenle crossing over olmazsa, heterezigot olan bir zigottan 4 askospor dominant, 4 askospor resesif geni taşır. Sıralanış 4 dominant, 4 resesif biçimindedir. Askus içinde askosporları sırasına göre saptamak ve her askosporu ayrı yerleştirerek özelliklerini gözlemek olanağı vardır. Nitekim heterozigot olan zigotta redüksiyon bölünmesinde crossing over olmazsa baştan 4 askospor bir karekteri ve diğer 4 askosporda diğer karekteri taşır. Halbuki kardeş olmayan iki kromatit arasında crossing over olursa askus içinde askosporlar 2 dominant, 2 resesif, 2 dominant ve 2 resesif biçimindedir. Eğer crossing over tetrat safhasından önce olursa sıralanış 4-4 şeklindedir. Neurosporada al+ geni taşıyan normal haproit bir mantar ile al geni taşıyan albino mantar aralarında birleşerek zigotu meydana getirir. Bu zigottan redüksiyon bölünmesi sonucu 8 haploid askospor meydana gelir. Crossing over durumuna göre askosporların askus içindeki sıralanışı değişmektedir.

Bakteri ve Viruslarda Rekombinasyonlar : Escherichia coli bakterisinde desoksi-ribonükleik asitlerince zengin bir veya çok sayıda nükleoid bulunur. Bunlar elektron mikroskobunda az yoğun bölgelerdir. Nükleoidlerin yapısı ayırt edilmemekle beraber serbest uçları olmayan DNA fibrillerinden oluştuğunu yapılan çalışmalar göstermiştir. Bu şakilde kapalı DNA nükleoidleri işlevleri bakımından yüksek canlıların kromozomlar ile karşılaştırılabilir. Ancak bunlar yapı bakımından bir kromozom değildir. Bakteriler eşeysiz üredikleri gibi konjugasyon denilen bir tür eşeysel üremeleri de vardır. Konjugasyonda F- ile F+ tiplerini gereksinme vardır. HfrxF- konjugasyonunda önce verici tipin kromozomu replike olur. Replike olan kısım halka “kromozom” şekline dönüşmez, açık kalır. Hfr tipi ile F- tipi yan yana gelir ve aralarında bir köprü oluşturarak bağlanır. Bu köprüden replike olan açık Hfr tipinin kromozomu F- tipine geçer. Genellikle Hfr tipinden sadece küçük bir DNA segmenti F- bakterisine aktarılır. F- bakterisi bu yolla kısmi olarak diploid hale geçer. Konjugasyondan sonra her iki bakteri hücresi bölünerek ürer. F+ artı hücrelerinde fertilite faktörü hücre içinde kromozoma bağlı olmaksızın serbest bulunur. Ancak bazı bakterilerde fertilite segmenti, bakteri kromozumuna bağlanır. Bu tip bakterilere Hfr bakterileri denir. Hfr x F- konjugasyonunda Hfr verici bakterisinden F- alıcı bakteriye yeni replike olan kromozom kolundan bir kısmı geçer. F- bakterisi genellikle F- olarak kalır. Ancak bazen replike olan Hfr kromozomunun tümü F- hücresine aktarılırsa, F- hücresi fertilite faktörüne sahip olacağından, F+’ya dönüşür. Hfr bakterilerinde rekombinasyon frekansı F+’lara göre bin misli fazladır.
Görüldüğü gibi bir tür eşeyli üreme olan konjugasyonda verici hücrenin kapalı kromozumu açılır ve alıcı hücreye geçer. Alıcı hücreye geçen kromozom segmentinin uzunluğu aktarma süresinde bağlı olarak değişir.
Escherichia coli bakterisinde hakla şeklinde kapalı bir “kromozom” vardır. Adı geçen bakteriler F+ ve F- olmak üzere iki tiptedir. F+ ve F- tipleri ayrı üretilirse, bunlar konjugasyonla rekombinasyon meydana getirmez. Ancak F+ ve F- bakterileri aynı yerde bulunursa konjugasyon olur ve iki bakteride bulununan genler rekombine olur.hücre içinde kromozoma bağlı veya serbest fertilite faktörü bulunur. Fertilite faktörü DNA’dan meydana gelir. Bu faktörü taşıyan bakteriler F- bakterileri ile konjige olur ve F+’dan F-‘ye genetik materyal aktarılır. Bundan başka F fertilite faktörü aşağıdaki özelliklere sahiptir.
1.   Replikasyon : F faktörü bağımsız olarak replike olur.
2.   Bir hürede birden fazla F+ faktörü bulunamaz.
3.   F+ faktörlerini taşıyan bakteriler aralarında birleşemez.
F faktörü küçük halka şeklinde autonom bir parçadır. Bakteri DNA’sına bağlı olmaksızın replike olur ve ona bağlı olmaksızın aktarılır. Bu gibi bağımsız DNA parçalarına epizom denir. Bir F- kültürüne çok az sayıda F+ bakterisi aşılanırsa, F- kültürü, bölünme hızından daha çabuk F+ tipine dönüşür. Şu halde epizomlar, bakteri kromozomundan çok daha çabuk replike olur. Epizomlar, bakteri kromozomunun %2’si kadardır. Normal olarak serbest epizomları akridinoranj tahrip eder ve F+ bakterileri F-‘ye dönüşür. Halbuki bakteri kromozomuna bağlanan epizomlar akridinoranj’dan zarar görmez. Epizomlar bakteri kromozomunun belirli yerlerine strüktürleri bozulmadan bir crossing- overle bağlanır ve aktarılan genlerin sırasını tayin eder. F faktörü kromozom zincirinin sonunda olduğundan çok nadir F- bakterisine aktarılır. Çok defa F+ bakterisinin kromozom kolu daha önceden kopar.
Çok ender hallerde Hfr bakterisi F+ bakterisine dönüşür. F faktörünü taşıyan parça bir kısım genle beraber kromozomdan ayrılır ve bir epizom oluşturur. Epizomlar F+ bakterisinden F- bakterisine konjugasyonla geçince beraberinde bazı genleri de götürür ve kısmi bir heterozigotluğa neden olur. Hfr bakterisinde F- bakterisine kromozom aktarılması için bunların konjuge olmaları ve aralarında pilus adı verilen bir köprü meydana getirmeleri gerekir iki iplikli DNA molekülü, F faktörü yanından kırılır ve boydan boya açılan çift, tek iplikli hale gelir. İpliklerden biri pilus yolu ile F bakterisine geçer. Hfr hücresinde kalan ve F- hücresine geçen tek iplikler hemen replike olur. Bu nedenle başarılı bir konjugasyonda hem verici ve hem de alıcı bakteride DNA sentezine gerek vardır.
Kromozom kopması ile DNA aktarılması erken kesilebilir. Bu durumda eksik bir zigot oluşur. Aktarılan parça F- bakterisinin halka şeklindeki kromozomu ile birleşir.
DNA molekülünün aktarılması, sıcaklık ve PH dercesine bağlı olarak değişir. Konjugasyon olayı deneysel olarak santrifüj kullanılmak suretiyle çeşitli zamanlarda kesilirse pilus’tan içeri gire genlerin sırası tayin edilir ve bakteri kromozomlarının gen haritası çizilir. Bunun için gerek verici gerekse alıcı bakterilerinin genlerini iyi tanımak gerekir. Bunun içinde amino asitlerini sentez gücünü kaybeden genlerden (mutantlardan) yararlanılır. Alıcı bakterilerde çeşitli sentez güçlerini kaybeden mutantlar saptanır ve bunlar normal verici bakterilerle bir arada üretilir. Eksik amino asit bulunan belirli besin ortamlarında yetişebilen alıcılarda rekombinasyon olayının oluştuğuna hükmedilir. Örnek olarak 4 geni bilinen bir verici bakteriyi ele alalım:

pan           pantotenik asit
arg  D      Ornitin transkarbamilaze anzimi sentezi
lac   Z      galaktozidase anzimi sentezi
gal   A      Galaktokinaze sentezi
Bu genleri normal olarak taşıyan F+ bakterileri ile bu genlerin işlevlerini yapamayan F-  bakterileri arasındaki konjugasyon çeşitli zamanlarda kesilirse, genlerin bakteri kromozomu üzerinde aşağıdaki şekilde sıralandığı anlaşılır:

Konjugasyon süresi (dakika)                                               Aktarılan genler
                 
                    1,5                                                                               pan
                    5,0                                                                               pan, arg D
                   10,0                                                                              pan, arg D, lac Z
                   16,0                                                                              pan, arg D, lac Z, gal A

Görüldüğü gibi konjugasyon olayı 1,5 dakika sonra deneysel olarak kesilirse, verici bakteriden alıcıya sadece pan genini taşıyan parça girebilmektedir. 5, 10, 16 dakika sonra konjugasyon kesildiğinde vericiden alıcı bakteriye sırasıyla arg D, lac Z, gal A genleri aktarılmaktadır. Şu halde bakteri kromozomu üzerinde 4 gen pan, arg D, lac Z, gal A şeklinde sıralanmıştır.
Bir deneyde verici (F+) ve alıcı (F-) bakterilerinin genleri aşağıdaki şekilde sıralanmıştır:

Verici :          pan-          arg D-               lac Z+          gal A+....................

Alıcı :             pan+         arg D+              lac Z-          gal A-....................

Eksi işaretler, genlerin ilgili maddeyi sentez gücünü kaybettiğini (auxotrofik) ve artı işaretler ilgili maddeyi sentez edebildiklerini (prototrofik) gösterir. Verici ve alıcı bakteriler tam besin ortamında bir arada yetiştirilir. Konjugasyondan sonra tekrar tam besin ortamında üretilir.burada auxotrofik ve prototrofik bakteriler koloniler halinde ürer. Kuluçka devresinden sonra koloniler rekombine olanları saptamak için çeşitli amino asitlerinin eksik bulunduğu ortamlara aşılanır. Aşılamada kadifeden yapılmış mühürler kullanılır.
Üçlü auxotroflarla (---+++ x +++---) yapılan deneylerle Escherichia coli bakterisinin kromozom gen haritası çizilmiştir.konjugasyonla verici bakterinin tüm kromozomunun alıcıya aktarılması için konjugasyonun 89 dakika devam etmesi gerekmektedir. Konjugasyonda Hfr bakterilerinin halka kromozomu F faktörlerinin bulunduğu noktadan açılır. F lokusu DNA molekülünün ucunda bulunur ve en sonra aktarılır. Alıcı bakteriye köprüden ilk giren gen, ırklara göre değişmekle beraber, gen sıralanışı aynı kalır.

Dayanıklılık Aktaran Faktörler (RTF) : Streptomisin (Sn) Chloramphenicol (cm), Tetracylin (Tc) veya Sulfanamide (Su) gibi bazı ilaçlara karşı bakterilerde dayanıklılık genleri oluşur. DNA’dan meydana gelen ve kromozomların dışında bulunan bu genetik birimler, yukarıda adı geçen ilaçların tümüne veya bir kısmına karşı dayanıklılığı sağlar. Dayanıklılık faktörleri, bunları taşımayan bakterilere aktarılır ve tüm dayanıklılık faktörleri bir arada toplanabilir. Dayanıklılık faktörleri genetik bir birim oluşturur ve bu birim aynı zamanda konjugasyonu da etkiler. Dayanıklılık faktörleri F faktörlerinden bağımsız olarak diğer bakterilere geçer.

RTF’ler autonom ve bakteri kromozomlarına bağlı değildir. Ancak dayanıklılık faktörleri arasında bir bağlantı saptanmıştır. Dayanıklılık faktörleri kromozom dışında ürer. Bunlar epizom değil, plazmid şeklinde düşünülür. Ffaktörleri gibi dayanıklılık faktörleri de Akridin ile bertaraf edilir. Aynı şekilde Staphylococsus antreus bakterisnde penisiline karşı dayanıklılığı sağlayan penisilinase-plazmidleri vardır. Plazmidleri taşıyan bakteriler, penisilinase fermentini üretme gücüne sahiptir.
Plazmid olarak dayanıklılık faktörlerinin davranışı ve bunların diğer bakterilere kısa zamanda aktarılması, hastalık etmenlerine karşı savaş olanaklarını önemli derecede sınırlamaktadır.
Aynı türe ait bakteriler arasında gen transferi olduğu gibi, farklı türerlin bakterileri arasında da bu aktarma söz konusudur. Nitekim E. Coli F+ bakterisinde fertilite faktörü F, birkaç adet Salmonella-hücrelerine aktarılmıştır. Escherichia ile salmonella bakterileri arasında konjugasyona çok ender rastlanır. Ancak fertil olan bakteriler seçilirse, rekombinasyon faktörü yükselir. E. coli bakterisinden Salmonella’ya aktarılan F faktörü tekrar gerisin geriye E. Coli bakterisine geçebilir. Aynı şekilde F faktörü Salmonella genomu ile birleşir. Salmonella ile E. Coli genomları arasında benzerlik vardır.

REKOMBİNASYON OLAYININ BAZI ÖZELLİKLERİ

Simetrik ve Simetrik Olmayan Rekombinasyon : Rekombinasyon olayının en ilginç, şaşırtıcı ve başarılı olması için kesinlikle gerekli olan özelliği, olayın sonunda orijinal DNA nükleotid sıralanma düzeni ile sayılarının duyarlı biçimde korunabilmesidir. Fonksiyon görebilir sağlam bir rekombinasyon kromozomun oluşabilmesi, kolayca anlaşılacağı gibi bu diziliş düzeninin korunması ile kesinlikle ilişkilidir.
Mutasyonlar sonucu oluşan seyrek bozukluklar dışında rekombinasyon DNA molekülü daima atasal DNA moleküllerindeki taban-çifti sıralanma düzenini korur. Bunun sağlanabilmesi için her iki atasal DNA molekülünün karşılıklı olarak ve çok duyarlı biçimde aynı noktalarından kopmaları ve karşılıklı olarak çaprazlaşıp birleşmeleri zorunludur. Rekombinasyonun bu tipine, simetrik rekombinasyon denir.
Kromozom üzerinde birbirine çok yakın bağlantılı olan (aynı sistron içindeki) genler arasında bu biçime uymayan ve simetrik olmayan rekombinasyon denilen bir tip rekombinasyon da oluşabilmektedir. Bu olay ilk olarak 1955 yılında Mitchell tarafından Neurospora’da tanımlanmıştır. “Gen dönüşümü” de denilen bu rekombinasyon tipi daha sonra Aspergillus, mayalar ve Drosophila’larda da birçok gen bölgelrinde saptanmıştır. Ancak, oluşma sıklığı organizma, söz konusu gen bölgesine ve deney koşullarına bağlı olarak büyük farklılıklar göstermektedir. Bu işlemde kromozom segmentleri birbiri ile tam karşılıklı olarak birleşmediklerinden oluşan DNA molekülünde bir bölgenin 2 kopyasının bulunması, diğerinde bu bölgenin hiç bulunmaması gibi bir durum söz konusudur. Olay eğer kopya etme seçeneği dediğimiz mekanizma esnasında oluyorsa, DNA molekülünün kopyalarının eş zamanlı olarak çıkmayışı ile açıklanabilir. Bu olay sonunda oluşan kromozomların canlı ve fonksiyon görebilir.durumda olmaları olayın ilgilendirdiği bölgedeki genlerin yönettikleri fonksiyonlara bağlı olacaktır.

Linkback: http://www.gencveteriner.com/somatik-rekombinasyon-t4.0.html