JEL ELEKTROFOREZİ

Klonlanmış DNA'nın kaynağı ne olursa olsun - bakteri veya test tüpü - bu materyalle çalışmanın bir sonraki adımı, ilgili parçaları ayırmaktır. DNA parçalarını izole etmenin en popüler yöntemi, DNA parçalarını boyuta göre ayıran bir teknik olan jel elektroforezidir. Gözenekli jöle benzeri bir malzeme levhasının üstüne bir DNA parçaları karışımı yüklenir ve jelden bir elektrik akımı geçirilir. Negatif yüklü DNA fragmanları, levhanın dibindeki pozitif elektrota çekilir ve daha küçük fragmanlar, jelin gözenekli yapısı boyunca daha büyük olanlardan daha hızlı kıvrılırken, jel boyunca aşağı doğru hareket eder. Aynı boyuttaki DNA parçaları aynı hızda göç eder, bu nedenle elektrik akımı kesildiğinde, farklı boyuttaki DNA farklı bantlar olarak görülebilir, bu daha sonra jelden kesilebilir ve DNA ekstrakte edilebilir.

Moleküler biyologlar, jeldeki hangi bandın kurtarmak istedikleri klonlanmış DNA'yı içerdiğini nasıl biliyorlar? İlgilenilen parçaları araştırmak için, hedef diziyi tamamlayan kısa bir DNA dizisi olan bir sonda tasarlayabilirler. Proba, hedef DNA'ya bağlanan ve jeldeki doğru bandı vurgulayan radyoaktif veya floresan bir etiket yapıştırılmıştır.

DNA Dizileri

Bir organizmanın genomu -tüm genetik materyali- organizmanın faaliyetlerini yönlendirmek için gereken bilgiyi içerir. Bireysel genler, RNA molekülleri ve ardından proteinler üretmek için gereken bilgileri içerir. Bu bilgi, DNA'daki nükleotid dizisinde kodlanmıştır. Araştırmacıların herhangi bir DNA parçasıyla yaptığı en temel şeylerden biri, kimliğini ve nükleotitlerinin sırasını belirlemektir - DNA dizilimi adı verilen bir süreç. İlk birkaç nesil sekanslama tekniği, DNA polimeraz aktivitesinden yararlanmayı içeriyordu. Enzim, kimyasal olarak modifiye edilmiş nükleotidlerle birlikte dizilen DNA'ya eklenecektir. Bu özel zincir sonlandırıcı nükleotitler, büyüyen bir DNA zincirine eklenebilir, ancak daha sonra modifiye edilmiş nükleotite ek nükleotit eklenemez. Sonuç, aniden sonlandırılan bir DNA ipliğidir. Bu ipliklerin birçok kopyası jel elektroforezi ile uzunluklarına göre sıralanır ve ardından sonlanan nükleotidler tanımlanır. Modifiye edilmiş A, T, G ve C nükleotidlerine farklı floresan işaretleyiciler eklemek, tanımlamayı kolaylaştırır. En kısadan en uzuna doğru, orijinal DNA'daki nükleotid dizisini tanımlayabiliriz.

Şaşırtıcı yeni dizileme teknikleri, DNA dizisini gerçek zamanlı olarak, her seferinde bir nükleotid olmak üzere, nanoteknolojiyi (moleküler ölçekte cihazlar) kullanarak "okumaktadır". Nanowell yöntemi, nükleotid ekleme reaksiyonunu gerçekleştiği anda izler ve hangi nükleotidin eklendiğini anında bildirir. Nanopor yöntemi aslında DNA zincirinin kendisini tarar ve çok hassas elektriksel ölçümlerle iplik detektörden çekilirken nükleotidlerin sırasını bildirir. Her iki teknik de tamamen otomatiktir ve büyük ölçüde paraleldir—genomlar, her biri ayrı bir nano-ölçekli reaksiyon bölgesinde, aynı anda binlerce farklı başlangıç ​​bölgesinden başlayarak sıralanır. Birikmiş, örtüşen sonuçlar, tam dizileri yeniden oluşturmak için bilgisayar tarafından birleştirilir.

Şimdi bir saat içinde milyarlarca nükleotid dizilenmektedir, ancak dizileme teknikleri her zaman bu kadar hızlı değildi. 1990 yılında bir insan genomunun dizilenmesi üzerinde çalışmaya başlayan İnsan Genom Projesi, dünyanın dört bir yanındaki bilim adamlarından oluşan ekiplerin tamamlanması 10 yıldan fazla sürdü. 

Bu devasa girişimin sonuçları 2003 yılında yayınlandı ve genetik planımızla ilgili bir takım sürprizleri ortaya çıkardı. Birincisi, gerçekte ne kadar az gene sahip olduğumuzdu. İlk tahminler 100.000 gen bulacağımızı tahmin ediyordu, ancak aslında sadece yaklaşık 22.000 genimiz var - bir meyve sineği (15.000) veya bir solucandan (21.000) fazla değil. DNA kodlarımızın sadece %2'sinin proteinler için olması da şaşırtıcıydı. Gen birleştirme sırasında çıkarılan intronlar için DNA kodlarımızın yaklaşık dörtte biri ve DNA'mızın yaklaşık yarısı, genomda bir yerden bir yere "zıplayabilen" parazitik DNA dizileri olan hareketli genetik elementlerden oluşur. Evrimimiz boyunca, bu genetik unsurlar DNA'mızı kolonize etti ve bizi biz yapan özelliklere katkıda bulunabilir. DNA dizilerinde henüz keşfedilmemiş, gen olmayan pek çok sır vardır. Kromozom yapısındaki rolleri, gen ekspresyonunun düzenlenmesi ve genetik bilginin yönetiminin diğer yönleri yoğun araştırmaların konusudur. "Sırları, işlevleri ve evrimi dahil olmak üzere genomların incelenmesi, genomik olarak bilinir. Bilim adamları, farklı organizmaların genom dizilerini karşılaştırarak, organizmaların evrimsel tarihine dair ipuçları keşfederler. Dizi karşılaştırmaları ayrıca genlerin varlığını da ortaya çıkarabilir: Birçok organizmada bulunan benzer dizilerin gen olması muhtemeldir. 

Aralarında 1000 Genom Projesi'nin de bulunduğu devam eden çabalar, dünyanın dört bir yanından insanların genomlarını topluyor ve karşılaştırıyor. 1000 Genom Projesinin amacı, insan popülasyonunda sıklığı en az %1 olan tüm genetik varyantları sonunda keşfetmektir. Karşılaştırmalar, hepimizin ortak noktalarını ve popülasyonların nasıl farklılaştığını ortaya çıkarabilir. Bu karşılaştırmalar, bizi neyin insan yaptığına ve her birimizi neyin benzersiz kıldığına dair iç-görüler sağlayabilmektedir.