TALEN Tekniği: Genetik Düzenleme

Yeni nesil genom dizileme ailesinin ikinci üyesi olan TALEN sistemi ZFN sistemine bir alternatif olarak ortaya çıkmıştır. TALEN sistemine geçmeden genom dizileme nedir ona bakalım isterseniz. 

Genom Dizileme Nedir?

• Genom dizileme, hücre içindeki DNA’nın hatasız ve verimli şekilde modifiye edilmesi için kullanılan bir tekniktir.
• Genom dizileme, genomdaki DNA’lara ekleme, çıkarma ve değiştirme yapmak için kullanılabilir.
• Genom düzenlenerek, bir hücrenin ya da organizmanın karakteristik özellikleri değiştirilebilir.
• Genom dizileme, hücrelerin veya organizmaların biyolojisini ve nasıl çalıştıklarını anlamak için kullanılabilir.
• Genom düzenleme, lösemi ve AIDS de dahil çeşitli hastalıkların tedavisinde, insan kan hücrelerinin modifiye edildikten sonra vücuda geri yerleştirilmesi amacıyla kullanılabilir. Bu yöntemle başka enfeksiyonların ve genetik bozuklukların da (kas distrofisi ve hemofili gibi) tedavi potansiyeli bulunuyor.
• Genom düzenleme, tarımda ürün verimliliğini arttırmak, hastalıklara ve kuraklığa daha dayanıklı olmalarını sağlamak için ekinlere uygulanıyor. Ayrıca büyükbaş hayvanların boynuzsuz olmaları için de bu teknik kullanılıyor.

TALEN’ler (Yazım Etkinleştirici Benzeri Etkileyici Nükleaz)

TALEN’lerin DNA-bağlanma alanı, yazım etkinleştirici benzeri etkileyici (TALE) alanlardan oluşur. Dört farklı TALE alanı vardır; her biri bir DNA bazına karşılık gelir. Dolayısıyla belirli DNA dizilimlerine bağlanmak için mühendisliklerinin yapılması, ZFN’lerden çok daha kolaydır.

TALEN sisteminde DNA’ya bağlanmayı sağlayan TAL efektörleri ilk olarak bir bitki patojeni olan Xanthomonas bakterisinin türlerinde keşfedilmiştir.  Enfeksiyon sırasında Xanthomonas türüne ait bakteriler transkripsiyon aktivatör benzeri efektörleri bitki hücresine göndermekte ve bu efektörler spesifik bitki geni promotorlarına bağlanarak bu genleri aktive etmektedirler.

Xanthomonas türleri bu yolla bitkilerde hastalık yapmaktadırlar.

Genom modifikasyonu aracı olarak kullanılan TALEN’ler, her biri farklı bir nükleotidi tanıyıp bağlanan TALE protein dizisi ve FokI endonükleazının birleştirilmesiyle oluşturulmuştur. Her ne kadar TALEN sisteminin spesifikliği oldukça yüksek olsa da TALEN kullanılarak genom düzenlemede hedef dışı mutasyonların olabileceği rapor edilmiştir.

DNA’ya bağlanacak TALE sekanslarının belirlenmesinde hedef sekansa olan spesifisiteyi sağlamak ve aynı zamanda hedef dışı sekanslara bağlanmayı önlemek için bazı web temelli programlar geliştirilmiştir.

• Bunlardan en yaygın olarak kullanılanları TALE–NT (https://tale-nt.cac.cornell.edu/node/add/talen) ve E-TALEN (http://www.e-talen.org/E-TALEN/index.html)’dir.

TALEN sistemi DNA üzerinde istenen bölgeye bağlanıp çift iplik kesiği oluşturduğunda bu kesiğin NHEJ ya da HR tamiri ile mayada, bitkilerde, nematodlarda, zebra balığında, farelerde, insan somatik hücrelerinde ve pluripotent kök hücrelerde endojen genlerin değiştirilebileceği gösterilmiştir.

Ekonomik öneme sahip çeşitli bitkilerde hastalıklara dayanıklılık kazandırılarak verimin artırılması için TALEN teknolojisinin kullanımı bilimsel çalışmalarla ortaya konulmuştur.

TALEN’ler verim artışı yanında tarım ürünlerinde kalitenin artırılmasında ve pazar payının yükseltilmesinde de kullanılabilmektedir.

• Soya fasulyesi doymamış yağ asitlerince çok zengindir ve bu yağ asitleri soya yağının raf ömrünü uzatmak ve oksidatif stabiliteyi geliştirmek için hidrojenlenir. Hidrojenlenme sırasında oluşan trans yağ asitleri ise insan sağlığı açısından sakıncalıdır. Haun ve arkadaşları 2014 yılında TALEN’lerden yararlanarak tekli doymamış yağların çoklu doymamış yağlara çevrilmesinde görevli iki yağ asidi geninde mutasyon oluşturarak çoklu doymamış yağları az olan soya fasulyesi hatları elde etmişlerdir.
• Yine, çeltikte TALEN teknolojisi kullanılarak OsBADH2 genini kesip çıkararak piyasa değeri kokusuz pirinçlere kıyasla daha yüksek olan kokulu pirinç üretilmiştir.
• Soğuk depoda bekletilen patateslerde şekerler indirgenmekte ve indirgenen şekerlerin serbest amino asitler ile reaksiyona girmesiyle kahverengi, tadı acı ve yüksek akrilamid (sinir sistemini etkileyen bir toksin) seviyesine sahip patatesler oluşmaktadır ki bu hem sağlık açısından hem de ticari açıdan arzu edilmeyen bir durumdur. Clasen ve arkadaşları 2016 yılında TALEN sistemini kullanarak soğuk depoda bekletilen patateslerde oluşan bu problemin önüne geçmeyi başarmış, yaptıkları çalışmayla şekeri indirgeyen proteini kodlayan VInv genini kesip çıkararak tespit edilemeyecek derecede indirgenmiş şeker içeren transgensiz patates hatları oluşturmuşlardır.

TALEN teknolojisi CRISPR’ların maliyet ve kolay elde edilebilme gibi avantajlarına rağmen, hedef lokustaki yüksek spesifitesi nedeniyle yine de birçok araştırmacı tarafından tercih edilmektedir. Farklı TALEN yapılarının geliştirilmesi ve başka bakteri türlerinden doğal TALE proteinlerinin elde edilerek TALEN’lerin etkinliğinin artırılmasına yönelik çalışmalar hala devam etmektedir.

Kaynak: Tarla Bitkileri Merkez Araştırma Enstitüsü Dergisi, 2017, 26 (1), Yeni Nesil Genom Düzenleme Teknikleri: ZFN, TALEN, CRISPR’lar ve Bitkilerde Kullanımı, M. Aydın AKBUDAK, Kübra KONTBAY