İnsan Genom Projesi 2003 yılında ilk insan genomunu tamamladıklarını açıkladığında, bu çok önemli bir başarıydı - ilk kez insan yaşamının DNA planının kilidi açılmıştı. Ama bir yakalama ile geldi - genomdaki tüm genetik bilgiyi bir araya getiremediler . Boşluklar vardı: bir araya getirilemeyecek kadar kafa karıştırıcı olan doldurulmamış, genellikle tekrar eden bölgeler.
Bu tekrarlayan dizilerin üstesinden gelebilecek teknolojideki gelişmelerle, bilim adamları nihayet bu boşlukları Mayıs 2021'de doldurdu ve ilk uçtan uca insan genomu resmi olarak 31 Mart 2022'de yayınlandı .
Ben tekrarlayan DNA dizilerini ve bunların evrimsel tarih boyunca genomları nasıl şekillendirdiğini inceleyen bir genom biyoloğuyum . Genomda eksik olan tekrar dizilerini karakterize etmeye yardımcı olan ekibin bir parçasıydım . Ve şimdi, gerçekten eksiksiz bir insan genomuyla, ortaya çıkarılan bu tekrarlayan bölgeler nihayet ilk kez tam olarak araştırılıyor.
Eksik Yapboz Parçaları
Alman botanikçi Hans Winkler 1920'de "gen" kelimesini, her hücrede bulunan tam DNA dizisini tanımlamak için "komple set" anlamına gelen "-ome" son ekiyle birleştirerek " genom " kelimesini türetti. Araştırmacılar, bir asır sonra hala bu kelimeyi bir organizmayı oluşturan genetik materyale atıfta bulunmak için kullanıyorlar.
Bir genomun neye benzediğini tanımlamanın bir yolu, onu bir referans kitabıyla karşılaştırmaktır. Bu benzetmede genom, yaşam için DNA talimatlarını içeren bir antolojidir. Kromozomlar (bölümler) halinde paketlenmiş çok sayıda nükleotidden (harf) oluşur. Her kromozom, bir organizmanın çalışmasına izin veren spesifik proteinleri kodlayan DNA bölgeleri olan genler (paragraflar) içerir.
Her canlı organizmanın bir genomu olsa da, bu genomun boyutu türden türe değişir. Bir fil, yediği ot ve bağırsaklarındaki bakterilerle aynı genetik bilgiyi kullanır. Ancak hiçbir iki genom tam olarak birbirine benzemez. Bazıları, böcekte yaşayan bakteri Nasuia deltocephalinicola'nın 112.000 nükleotitte sadece 137 gen içeren genomu gibi kısadır. Bazıları, çiçekli bitki Paris japonica'nın 149 milyar nükleotidi gibi , o kadar uzundur ki, içinde kaç tane genin bulunduğuna dair bir fikir edinmek zordur.
Ancak genler, geleneksel olarak anlaşıldıkları şekliyle – proteinleri kodlayan DNA uzantıları olarak – bir organizmanın genomunun sadece küçük bir parçasıdır. Aslında, insan DNA'sının yüzde 2'sinden daha azını oluştururlar .
İnsan genomu , kabaca 3 milyar nükleotid ve 20.000'in hemen altında protein kodlayan gen içerir - genomun toplam uzunluğunun tahmini yüzde 1'i. Kalan yüzde 99, protein üretmeyen kodlamayan DNA dizileridir. Bazıları, diğer genlerin nasıl çalıştığını kontrol etmek için bir santral görevi gören düzenleyici bileşenlerdir. Diğerleri psödojenler veya işlev yeteneklerini kaybetmiş genomik kalıntılardır.
Ve insan genomunun yarısından fazlası , neredeyse aynı dizilerin birden fazla kopyasıyla tekrarlıdır.
Tekrarlayan DNA Nedir?
Tekrarlayan DNA'nın en basit şekli, uydu adı verilen ardışık düzende tekrar tekrar tekrarlanan DNA bloklarıdır . Belirli bir genomun ne kadar uydu DNA'sı olduğu kişiden kişiye değişmekle birlikte, genellikle telomer adı verilen bölgelerde kromozomların uçlarına doğru kümelenirler . Bu bölgeler, kromozomları DNA replikasyonu sırasında bozulmaya karşı korur. Ayrıca, hücreler bölündüğünde genetik bilginin bozulmadan kalmasına yardımcı olan bir bölge olan kromozomların sentromerlerinde de bulunurlar.
Araştırmacılar hala uydu DNA'nın tüm işlevlerini net bir şekilde anlamıyor. Ancak uydu DNA'sı her insanda benzersiz modeller oluşturduğundan, adli biyologlar ve soybilimciler, olay yeri örneklerini eşleştirmek ve ataları izlemek için bu genomik "parmak izini" kullanır. Huntington hastalığı da dahil olmak üzere 50'den fazla genetik bozukluk uydu DNA'sındaki varyasyonlarla bağlantılıdır .
Bir başka bol tekrarlayan DNA türü, transpoze olabilen elementler veya genom etrafında hareket edebilen dizilerdir.
Bazı bilim adamları, sonuçları ne olursa olsun kendilerini genomun herhangi bir yerine yerleştirebildikleri için onları bencil DNA olarak tanımladılar. İnsan genomu geliştikçe, birçok transpoze edilebilir dizi, zararlı kesintileri önlemek için hareket etme yeteneklerini baskılayan mutasyonlar topladı. Ancak bazıları muhtemelen hala hareket edebilir. Örneğin, yer değiştirebilir eleman eklemeleri , bir genetik kanama bozukluğu olan bir dizi hemofili A vakasıyla bağlantılıdır.
Ancak yer değiştirebilir öğeler yalnızca yıkıcı değildir. Diğer DNA dizilerinin ifadesini kontrol etmeye yardımcı olan düzenleyici işlevlere sahip olabilirler . Sentromerlerde konsantre olduklarında , hücrenin hayatta kalması için temel olan genlerin bütünlüğünü korumaya da yardımcı olabilirler.
Ayrıca evrime katkıda bulunabilirler. Araştırmacılar yakın zamanda, gelişim için önemli olan bir gene yer değiştirebilir bir elementin eklenmesinin, insanlar da dahil olmak üzere bazı primatların artık kuyrukları olmamasının nedeni olabileceğini buldular . Yer değiştirebilen elementlerden kaynaklanan kromozom yeniden düzenlemeleri , güneydoğu Asya'nın şebekleri ve Avustralya'nın valabileri gibi yeni türlerin oluşumuyla bile bağlantılıdır .
Genomik Bulmacayı Tamamlamak
Yakın zamana kadar, bu karmaşık bölgelerin çoğu ayın uzak yüzüyle karşılaştırılabilirdi: Var olduğu biliniyor ama görülmüyordu.
İnsan Genom Projesi 1990'da ilk kez başlatıldığında, teknolojik sınırlamalar genomdaki tekrarlayan bölgelerin tam olarak ortaya çıkarılmasını imkansız hale getirdi. Mevcut dizileme teknolojisi bir seferde yalnızca yaklaşık 500 nükleotid okuyabiliyordu ve bu kısa fragmanların tam diziyi yeniden yaratmak için birbiriyle örtüşmesi gerekiyordu. Araştırmacılar, dizideki sonraki nükleotitleri tanımlamak için bu örtüşen segmentleri kullandılar ve genom düzeneğini her seferinde bir parça aşamalı olarak genişlettiler.
Bu tekrar eden boşluk bölgeleri, bulutlu bir gökyüzünün 1000 parçalık bir yapbozunu bir araya getirmek gibiydi: Her parça aynı göründüğünde, bir bulutun nerede başlayıp diğerinin nerede bittiğini nasıl bilebilirsiniz? Pek çok noktada neredeyse aynı örtüşen uzantılarla, genomu parça parça tam olarak sıralamak olanaksız hale geldi. Milyonlarca nükleotit , insan genomunun ilk yinelemesinde saklı kaldı.
O zamandan beri, dizi yamaları yavaş yavaş insan genomunun boşluklarını yavaş yavaş doldurdu. Ve 2021'de, uçtan uca bir insan genomu derlemesini tamamlamak için çalışan uluslararası bir bilim adamları konsorsiyumu olan Telomere-to-Telomere (T2T) Konsorsiyumu , kalan tüm boşlukların nihayet doldurulduğunu duyurdu .
Bu, binlerce nükleotit uzunluğundaki daha uzun dizileri okuyabilen gelişmiş dizileme teknolojisi ile mümkün olmuştur . Tekrarlayan dizileri daha büyük bir resim içinde konumlandırmak için daha fazla bilgi ile, genomdaki uygun yerlerini belirlemek daha kolay hale geldi. 1000 parçalık bir yapbozu 100 parçalık bir yapboza basitleştirmek gibi, uzun okuma dizileri de ilk kez büyük tekrarlayan bölgeleri birleştirmeyi mümkün kıldı .
Uzun süredir okunan DNA dizileme teknolojisinin artan gücüyle birlikte, genetikçiler, popülasyonlar ve türler arasında ilk kez karmaşık tekrarlayan dizileri çözerek yeni bir genomik çağı keşfetmek için konumlandılar. Eksiksiz, boşluksuz bir insan genomu, araştırmacıların genetik yapıyı ve varyasyonu, tür evrimini ve insan sağlığını şekillendiren tekrarlayan bölgeleri araştırmaları için paha biçilmez bir kaynak sağlar.
Ancak tam bir genom hepsini yakalamaz. İnsan popülasyonunu ve Dünya'daki yaşamı tam olarak temsil eden çeşitli genomik referanslar yaratmaya yönelik çabalar devam etmektedir . Daha eksiksiz, "telomerden telomere" genom referanslarıyla, bilim adamlarının DNA'nın tekrarlayan karanlık maddesine ilişkin anlayışları daha net hale gelecektir.
Gabrielle Hartley , bir Ph.D. Connecticut Üniversitesi'nde moleküler ve hücre biyolojisi adayı. Ulusal Bilim Vakfı'ndan fon alıyor.
Bu makale, Creative Commons lisansı altında The Conversation'dan yeniden yayınlanmıştır. Orijinal makaleyi burada bulabilirsiniz .
