İnsanın genetik planı aldatıcı derecede basittir. Genlerimiz, kromozom adı verilen 46 adet X şeklindeki yapıya sıkı bir şekilde sarılmıştır. Evrim tarafından üretilen bu hücreler DNA taşır ve hücreler bölündüğünde çoğalarak genomumuzun nesiller boyunca istikrarını sağlar.

1997 yılında yapılan bir çalışma evrimin taktik kitabını baltaladı. İlk defaBir ekip genetik mühendisliğini kullanarak yapay bir insan kromozomu yarattı. Yapay kromozom, bir petri kabındaki insan hücresine verildiğinde, doğal benzerlerine çok benzer şekilde davrandı. Hücreler bölündükçe çoğalarak 47 kromozomlu insan hücrelerini oluşturdu.

İçiniz rahat olsun, amaç türümüzü yapay olarak geliştirmek değildi. Bunun yerine, yapay kromozomlar, büyük miktarda insan genetik materyalini veya gen düzenleme araçlarını hücrelere taşımak için kullanılabilir. Mevcut dağıtım sistemleriyle (virüs taşıyıcıları veya nanopartiküller) karşılaştırıldığında yapay kromozomlar çok daha fazla sentetik DNA içerebilir.

Teorik olarak, genetik bozukluğu olan kişilere tedavi edici genler aktarmak veya kansere karşı koruyucu genler eklemek için tasarlanabilirler.

Yirmi yılı aşkın süredir yapılan araştırmalara rağmen, teknoloji henüz ana akıma girmedi. Zorluklardan biri, kromozomları oluşturmak için birleşen kısa DNA bölümlerinin hücre içine girdikten sonra birbirine yapışması ve bu da genlerin nasıl davranacağını tahmin etmeyi zorlaştırmasıdır.

Bu ay, yeni bir çalışma Pensilvanya Üniversitesi'nden bir bilim insanı 25 yıllık tarifi değiştirdi ve yeni nesil yapay kromozomlar üretti. Öncekilerle karşılaştırıldığında, yeni kromozomların işlenmesi daha kolay ve hücrelerin içinde birikmeyen daha uzun DNA parçaları kullanılıyor. Bunlar aynı zamanda teorik olarak kabaca en büyük maya kromozomu büyüklüğündeki genetik materyali insan hücrelerine taşıyabilen büyük bir taşıyıcıdır.

Çalışma yazarı Dr. Ben Black, "Aslında, HAC (insan yapay kromozomu) tasarımı ve dağıtımına yönelik eski yaklaşımı tamamen elden geçirdik" dedi. şuraya bir basın açıklamasında.

"Çalışma büyük olasılıkla hem hayvanlarda hem de bitkilerde yapay kromozom mühendisliği çabalarını yeniden canlandıracak." yazdı Araştırmada yer almayan Georgia Üniversitesi'nden Dr. R. Kelly Dawe.

Şekli

1997'den bu yana yapay genomlar yerleşik bir biyoteknoloji haline geldi. Bakteriler, mayalar ve bitkilerdeki DNA'yı yeniden yazmak için kullanıldılar ve sonuçta hayat kurtaran ilaçları sentezleyebilen hücreler oluştu. plastik yemek. Ayrıca bilim adamlarının, genomumuza dağılmış gizemli DNA dizilerinin işlevlerini daha iyi anlamalarına da yardımcı olabilirler.

Teknoloji aynı zamanda ilk sentetik organizmaları da beraberinde getirdi. 2023'ün sonlarında bilim insanları maya hücrelerini ortaya çıkardı Genlerinin yarısı yapay DNA ile değiştirildi; ekip sonunda her bir kromozomu kişiselleştirmeyi umuyor. Bu senenin başlarında, başka bir çalışmada Bir bitkinin kromozomunun bazı kısımlarını yeniden işleyerek sentetik organizmaların sınırlarını daha da zorladı.

Ve kromozomların yapılarını kurcalayarak (örneğin, işe yaramaz olduğundan şüphelenilen bölgeleri keserek) onların normalde nasıl çalıştığını daha iyi anlayabiliriz, bu da potansiyel olarak hastalıkların tedavisine yol açabilir.

İnsan yapay kromozomları oluşturmanın amacı sentetik insan hücrelerini tasarlamak değildir. Aksine, çalışma gen terapisini ilerletmeyi amaçlıyor. Terapötik genleri veya gen düzenleme araçlarını hücrelere taşımaya yönelik mevcut yöntemler, virüslere veya nanopartiküllere dayanmaktadır. Ancak bu taşıyıcıların kargo kapasitesi sınırlıdır.

Mevcut dağıtım araçları yelkenli tekneler gibiyse, yapay insan kromozomları da kargo gemileri gibidir; çok daha büyük ve daha geniş gen yelpazesini taşıma kapasitesine sahiptir.

Sorun? İnşa edilmeleri zordur. Dairesel şekilli bakteri veya maya kromozomlarının aksine, kromozomlarımız "X" gibidir. Her birinin merkezinde, bir hücre bölündüğünde kromozomun ayrılıp çoğalmasını sağlayan, sentromer adı verilen bir protein merkezi bulunur.

Bir bakıma sentromer, yıpranan kumaş parçalarını (kromozomun kollarını) sağlam tutan bir düğme gibidir. İnsan yapay kromozomları oluşturmaya yönelik daha önceki çabalar, bu yapılara odaklanmıştı ve kromozomları sabitlemek için insan hücrelerinin içindeki proteinleri ifade edebilecek DNA harflerini çıkarıyordu. Ancak bu DNA dizileri, çift taraflı bant gibi hızla kendi üzerine yapıştı ve hücrelerin eklenen genlere erişmesini zorlaştıran toplarla son buldu.

Bunun bir nedeni, sentetik DNA dizilerinin çok kısa olması ve mini kromozom bileşenlerini güvenilmez hale getirmesi olabilir. Yeni çalışma, öncekinden çok daha büyük bir insan kromozom düzeneği tasarlayarak bu fikri test etti.

Sekiz Şanslı Sayıdır

Ekip, insan yapay kromozomunu, X şeklindeki bir kromozom yerine, mayadaki replikasyonla uyumlu bir daire şeklinde tasarladı. Daire, 760,000 kadar ağır bir DNA harf çiftini içeriyordu; bu, kabaca tüm insan kromozomunun 1/200'ü büyüklüğündeydi.

Çemberin içinde daha sağlam bir sentromer (kromozom yapısını sağlam tutan ve çoğalmasını sağlayan "düğme") oluşturmaya yönelik genetik talimatlar vardı. Bir maya hücresi içinde ifade edildikten sonra düğme, sağlıklı bir insan yapay kromozomu oluşturmak için mayanın moleküler mekanizmasını çalıştırdı.

Maya hücrelerindeki ilk dairesel formundaki sentetik insan kromozomu, daha sonra hücre füzyonu adı verilen bir süreç yoluyla doğrudan insan hücrelerine aktarılabilir. Bilim insanları, kimyasal işlemlerle maya hücrelerinin etrafındaki "sargıları" kaldırarak, hücrelerin bileşenlerinin (yapay kromozom dahil) petri kapları içindeki insan hücrelerine doğrudan birleşmesine olanak sağladı.

Yardımsever dünya dışı varlıklar gibi, eklenen sentetik kromozomlar da insan konakçı hücrelerine mutlu bir şekilde entegre oldu. Daireler, zararlı döküntüler halinde toplanmak yerine, sentromerin daireleri bir arada tutmasıyla ikiye katlanarak sekiz şekline dönüştü. Yapay kromozomlar, normal işlevlerini değiştirmeden, doğal X şeklindeki kromozomlarla mutlu bir şekilde bir arada var oldu.

Gen terapisi için, hücreler bölünse bile eklenen genlerin vücutta kalması önemlidir. Bu avantaj özellikle kanser gibi hızlı bölünen ve terapilere hızla uyum sağlayabilen hücreler için önemlidir. Sentetik bir kromozom, kanseri baskıladığı bilinen genlerle paketlenirse, nesiller boyunca kanserleri ve diğer hastalıkları kontrol altında tutabilir.

Yapay insan kromozomları testi geçti. Hücreler bölündükçe yayılmalarına yardımcı olmak için insan konakçı hücrelerinden proteinler aldılar ve böylece yapay genleri nesiller boyunca korudular.

Bir Diriliş

İnsanın ilk yapay kromozomlarından bu yana çok şey değişti.

CRISPR gibi gen düzenleme araçları, genetik planımızı yeniden yazmayı kolaylaştırdı. Belirli organları veya dokuları hedef alan dağıtım mekanizmaları artıyor. Ancak sentetik kromozomlar ilginin bir kısmını yeniden kazanıyor olabilir.

Gen terapileri veya gen editörleri için en sık kullanılan dağıtım aracı olan viral taşıyıcıların aksine, yapay kromozomlar genomumuza tünel açamaz ve normal gen ifadesini bozamaz; bu da onları potansiyel olarak çok daha güvenli hale getirir.

Ancak teknolojinin güvenlik açıkları var. Tasarlanmış kromozomlar, hücreler bölündüğünde hâlâ sıklıkla kayboluyor. Sentromerin (kromozomun "düğmesi") yakınına yerleştirilen sentetik genler, hücreler bölündüğünde yapay kromozomun çoğalma ve ayrılma yeteneğini de bozabilir.

Ancak Dawe'e göre bu çalışma, yalnızca insan hücrelerinden daha büyük anlamlara sahip. Bu çalışmada gösterilen sentromerlerin yeniden yapılandırılması ilkeleri maya için kullanılabilir ve potansiyel olarak canlı organizmaların "krallıkları boyunca uygulanabilir".

Yöntem, bilim adamlarının insan hastalıklarını daha iyi modellemesine veya ilaç ve aşı üretmesine yardımcı olabilir. Daha genel anlamda, "Sağlık hizmetleri, hayvancılık, gıda ve lif üretimiyle ilgili küresel zorlukların üstesinden gelmek için genişleyen araç setinin bir parçası olarak yapay kromozomların dahil edilmesi yakında mümkün olabilir" diye yazdı.

Resim Kredi: Warren Umoh / Unsplash

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• PlatoData.Network Dikey Üretken Yapay Zeka. Kendine güç ver. Buradan Erişin.
• PlatoAiStream. Web3 Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
• PlatoESG. karbon, temiz teknoloji, Enerji, Çevre, Güneş, Atık Yönetimi. Buradan Erişin.
• PlatoSağlık. Biyoteknoloji ve Klinik Araştırmalar Zekası. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://singularityhub.com/2024/03/26/human-artificial-chromosomes-could-ferry-tons-more-dna-cargo-into-cells/