Bilim dünyasında, DNA'nın elde edilmesi ve incelenmesi, birçok temel araştırmanın ve gelişmenin temelini oluşturur. Tüm bu süreçlerin başarılı bir şekilde gerçekleştirilmesi için DNA'yı doğru bir şekilde görselleştirmek çok önemlidir. Ancak, bilim insanları DNA’yı nasıl görselleştirip üzerinde deneyler yapabiliyor? İşte burada devreye jel elektroforez tekniği girmektedir. Bu teknik, bilim insanlarının minik DNA moleküllerini yük ve boyutlarına göre ayrıştırmalarını sağlamaktadır. Bu da DNA'nın incelemesini kolaylaştırmaktadır ve birçok keşif ve ilerleme için temel oluşturmaktadır.
Deoksiribonükleik asit (DNA), canlı organizmaların gelişimi, işlevselliği ve sürdürülebilirliği için kullanılan tüm proteinlerin genetik talimatını taşıyan organik, moleküler bir komplekstir. DNA, dört nükleobazdan birini (sitozin (C), guanin (G), adenin (A) veya timin (T), bir deoksiriboz şekeri ve bir fosfat grubu içeren nükleotid moleküllerinden oluşur. Bu nükleotidler, geçerli bilgiyi saklama kapasitesine sahip uzun nükleik asit dizileri oluşturmak üzere birbirlerine kovalent olarak bağlanırlar. Normal şartlarda DNA molekülleri, birbirinin yanında antiparalel ilerleyen iki tamamlayıcı DNA zincirinden oluşan bir çift sarmal oluşturur. DNA'nın hassas mekanizmalarını ve işlevselliğini daha iyi anlamak amacıyla, DNA numunelerini etiketlemek ve görselleştirmek için DNA boyama gibi etiketleme teknikleri geliştirilmiştir.
RNA da DNA gibi organik ve moleküler bir komplekstir. Ancak, RNA'nın yapısal özellikleri ve işlevleri DNA'dan farklıdır. RNA molekülleri, DNA'daki deoksiriboz yerine riboz şekeri içerir ve timin yerine urasil (U) bazını içerir. RNA, genetik bilginin aktarılmasında ve protein sentezinde önemli bir rol oynar. Örneğin, mRNA (mesajcı RNA), bir genin DNA'daki talimatlarını ribozomlara taşır, burada protein sentezi gerçekleşir. rRNA (ribozomal RNA), ribozomların yapısal bileşenlerinden biridir ve protein sentezi sırasında mRNA ve tRNA ile etkileşime girer. tRNA (transfer RNA), amino asitleri ribozomlara taşır ve protein sentezine katılır.
DNA'nın görselleştirilmesi için kullanılan DNA boyama gibi etiketleme tekniklerine benzer şekilde, RNA'nın görselleştirilmesi için de çeşitli teknikler geliştirilmiştir. Bu teknikler, özellikle hücre içindeki RNA'nın lokalizasyonunu ve ekspresyonunu belirlemek için kullanılır. Örneğin, RNA floresan in situ hibridizasyonu (FISH) gibi teknikler, belirli RNA moleküllerini hücre içinde doğrudan görselleştirmek için kullanılır.
Jel Elektroferezi Tekniği Nasıl Çalışır?
Bu teknik, DNA, RNA ve protein gibi yüklü biyomolekülleri elektrik kullanarak ayırmaktadır. Elektroforezin temel prensibi, benzer yüklerin birbirini iterken zıt yüklerin birbirini çekmesine dayanır. DNA ve RNA, yapılarında bulunan fosfat grupları nedeniyle negatif yüke sahiptir. Bu prensibe göre, negatif yüklü biyomoleküller pozitif elektrot tarafına doğru hareket ederken, pozitif yüklü olanlar negatif elektrot tarafına doğru hareket etmektedir.
Jel elektroforezinde kullanılan jel, biyomoleküllerin ayrıldığı matrisi ifade eder. Bu matris genellikle polisakkarit agarozdan yapılır. Agaroz, biyomoleküllerin boyutlarına bağlı olarak içinden kolayca geçebilecekleri bir ağ yapısı oluşturur. Elektroforez tankı içindeki jel, numunelerin yüklendiği küçük kuyucuklara sahiptir. Numuneler, negatif elektrot yakınındaki kuyucuklara yerleştirilir ve güç kaynağı açıldığında pozitif elektrot tarafına doğru hareket ederler ve bunun tersi de geçerlidir.
Küçük parçalar genellikle düşük moleküler ağırlığa sahip olur, bu da onların hafif olduğu anlamına gelir ve jel içinde hızlıca hareket etmelerini sağlarlar. Büyük parçalar ise genellikle yüksek moleküler ağırlığa sahiptir, dolayısıyla agaroz jelinin gözenek boyutu, bu büyük moleküllerin daha yavaş hareket etmesine neden olur.
DNA Nasıl Görselleştirilir?
DNA renksiz olduğundan jel içerisinde ilerlemesi gözükmemektedir, bu yüzden DNA'yı görselleştirmek ve fotoğraflamak için kullanılabilecek birkaç farklı boyadan yardım alınmaktadır.
En yaygın kullanılan boya, etidyum bromürdür. Boyanın molekülleri DNA iplikçiklerine yapışır ve UV ışığı altında floresan ışık saçarak bantların jel içinde tam olarak nerede olduğunu gösterir. Avantajına rağmen olumsuz tarafı, etidyum bromürün potansiyel bir kanserojen olmasıdır, bu nedenle büyük bir dikkatle kullanılmalıdır.
DNA, karanlık bir arka plan üzerinde bant adı verilen parlak küçük dikey çizgiler olarak görülecektir. Her bant aynı büyüklükteki DNA moleküllerinden oluşur. Sağlam bantlar iyi kalitede DNA'yı gösterir. DNA'nın kalitesi düşükse veya kirletici maddeler içeriyorsa, DNA bandı sağlam olmayacak, yayma adı verilen şekilde yayılacaktır.
DNA'nın boyutunu veya moleküler ağırlığını belirlemek istiyorsak, piyasada satılan bilinen boyutlardaki DNA örneklerini kullanabiliriz ve her iki DNA örneğinin taşıdığı mesafe, örnek DNA'nın moleküler ağırlığını belirlemek için karşılaştırılabilir.
Jeldeki DNA Göçünü Hangi Faktörler Etkileyebilir?
Jelde kullanılan agaroz yüzdesi de hareketi etkiler. Düşük yüzdeli agaroz jeller, büyük moleküllerin daha hızlı hareket etmesini sağlayacak kadar geniş gözenek boyutlarına sahiptir. Ancak küçük DNA moleküllerini ayırmak için daha iyi ayrışma sağlamak amacıyla, daha yüksek bir agaroz jel yüzdesi tercih edilir çünkü bu, daha küçük gözenek boyutlarına sahiptir.
Bunun yanı sıra, uygulanan voltaj da önemlidir. Yüksek voltaj altında numuneler daha hızlı göçer, ancak bu durum DNA bantlarının bütünlüğünü etkileyebilir. Daha düşük bir voltajda ise DNA'nın göçü daha yavaş olur, ancak bantlar daha net olabilir. Dolayısıyla, uygun DNA ayrımı için voltaj ve süre arasında denge sağlanması önemlidir.
Ayrıca, etidyum bromidin (EtBr) varlığı, agarozun kalitesi ve kullanılan tamponun pH'ı ve bileşimi de DNA hareketliliğini etkiler. Bu faktörlerin hepsi, DNA'nın jel içindeki göç hızını ve bantların netliğini etkileyebilir.
DNA veya RNA'nın varlığını tespit etmek ve belirlemek; genetik analizler, hastalık teşhisi ve bulaşıcı mikroorganizmaların saptanması gibi birçok alan için önemlidir. Ayrıca DNA’ nın görselleştirilmesi, adli bilimlerde suçluların tanımlanması, akrabalık ilişkilerinin belirlenmesi ve anne-baba tespitinin yapılması gibi alanlar için gerekli olmaktadır. Nükleik asitlerin görselleştirilmesi, moleküler biyolojik araştırmalarda gen ifadesi, mutasyon analizi, PCR ürünlerinin belirlenmesi ve klonlama sonuçlarının doğrulanması gibi birçok uygulama için de oldukça gereklidir.
