Ünitenin tamamını tek sayfada görPremium
Kalıtsal madde, diğer adıyla kalıtsal molekül veya genetik materyal, canlıların yapı ve işlevlerinin belirlenmesinde, kendilerine benzer canlılar meydana getirmesinde ve doğadaki canlılar arasındaki çeşitlilik ile farklılıklardan sorumlu olan kritik molekül grubudur. Moleküler genetik alanı, bu kalıtsal olayların hücre ve molekül düzeyinde nasıl hayata geçirildiğini incelemek üzere kalıtsal maddenin yapısını, özelliklerini ve işlevlerini araştırır.
Bir molekülün gerçek anlamda kalıtsal madde görevi görebilmesi için belirli temel şartları sağlaması gerekir. İlk olarak organizma var olduğu sürece kimyasal olarak sabit kalmalı, ikinci olarak hücredeki makromoleküllerin sentezinden doğrudan sorumlu olmalıdır. Üçüncü olarak dölden döle miktarı ve temel özellikleri hiçbir değişikliğe uğramadan aktarılabilmeli, son olarak da farklı bireyler arasında gerekli çeşitliliği sağlayacak düzeyde değişkenlik gösterebilme yeteneğine sahip olmalıdır.
Canlıların çok büyük bir kısmında kalıtsal molekül görevi deoksiribonükleik asit (DNA) tarafından yürütülürken, sadece viroidlerde ve bazı özel virus türlerinde ribonükleik asit (RNA) kalıtsal materyal olarak işlev görür. Yönetici molekül olarak adlandırılan bu nükleik asitler, genetik bilginin depolanması, korunması ve sonraki nesillere hatasız bir şekilde aktarılmasının temel mimarlarıdır.
Nükleik asitlerin keşif süreci 1869 yılında Friedrich Miescher'in hücrelerin çekirdeklerinde (nukleus) bulunan yeni bir kimyasal maddeyi ortaya koymasıyla başlamıştır. İlk olarak 'nüklein' ad verilen bu madde, yüksek moleküler ağırlıklı organik bir fosfat bileşiği olup zamanla nükleik asitler adını almıştır. Araştırmalar sonucunda nükleik asitlerin beş karbonlu şeker, fosforik asit ve azotlu organik bazlardan oluşan yapıtaşlarına sahip olduğu anlaşılmıştır.
1937 yılında Feulgen, hücrelerdeki DNA içeriğinin çok büyük bir kısmının doğrudan nukleusta bulunduğunu sitolojik yöntemlerle kanıtlamıştır. Kalıtsal madde kavramına ilişkin ilk çığır açıcı deneysel çalışma ise 1928 yılında Griffith tarafından pnömokok bakterileri (Streptococcus pneumoniae) üzerinde gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmada, hastalık yapıcı S ırkı ile hastalık yapmayan R ırkı bakteriler kullanılarak transformasyon olayı keşfedilmiştir.
Griffith'in deneyinde, canlı R ırkı fareye verildiğinde fare yaşamakta, canlı S ırkı verildiğinde ise fare pnömoniden ölmektedir. Isıtılarak öldürülmüş S ırkı tek başına fareye verildiğinde hayvan hayatta kalırken, öldürülmüş S ırkı ile canlı R ırkı birlikte verildikten sonra farenin hastalanarak öldüğü görülmüştür. Bu durum, ölü S bakterilerinden canlı R bakterilerine bazı kalıtsal özelliklerin aktarıldığını ve transformasyonun gerçekleştiğini açıkça kanıtlamıştır.
1944 yılı, moleküler genetiğin resmi başlangıç noktası kabul edilir; çünkü Avery ve arkadaşları transformasyona neden olan asıl kalıtsal maddenin saf DNA olduğunu kesin olarak kanıtlamışlardır. Bu dönüm noktasını takiben 1952 yılında Hershey ve Chase, Escherichia coli bakterisi ve T2 bakteriyofajı kullanarak yaptıkları ünlü radyoaktif işaretleme deneyleriyle DNA'nın kesin olarak kalıtsal molekül olduğunu ve virusların da nükleik asitlerle çoğaldığını göstermişlerdir.
Hershey-Chase deneyinde E. coli hücreleri P32 (fosfor) ve S35 (kükürt) içeren besi ortamlarında üretilmiş ve T2 fajlarıyla bulaştırılmıştır. Fajların çoğalmasından sonra P32 işaretinin faj döllerinde devam ettiği, S35 işaretinin ise hemen hiç bulunmadığı görülmüştür. Bu sonuç, hücre içine girerek yeni fajları oluşturan kısmın protein kılıf değil, doğrudan DNA olduğunu şüpheye yer bırakmayacak şekilde ortaya koymuştur.
Tarih takvimler 1953 yılını gösterdiğinde James Watson ve Francis Crick, DNA'nın ünlü çift sarmal moleküler yapı modelini açıklamışlardır. Bu model, genetik bilginin depolanması, hücre fenotipinin belirlenmesi, RNA kopyalarının çıkarılması yoluyla proteine dönüşmesi (Sentral Dogma) ve DNA'nın kendine benzer kopya üreterek çoğalması gibi temel biyolojik süreçlerin mekanizmasını anlamak için devasa bir temel oluşturmuştur.
DNA'nın keşfinden sonra, 1956 yılında Gierer ve Schramm yaptıkları tütün mozaik virusu (TMV) çalışmalarıyla RNA'nın da bazı organizmalarda kalıtsal molekül görevini tek başına üstlenebileceğini kanıtlamışlardır. TMV'nin protein kılıfı ile RNA kısmını birbirinden ayıran araştırmacılar, sadece saflaştırılmış RNA ile tütün yapraklarını bulaştırdıklarında yapraklarda hastalıklı bölgeler oluştuğunu ve yeni TMV partiküllerinin saptandığını gözlemlemişlerdir.
1957 yılında Fraenkel-Conrat ve Singer, TMV'nin iki farklı ırkının RNA ve protein kısımlarını birbirleriyle değiştirerek melez virus partikülleri elde etmişlerdir. Bu melez viruslarla tütün yapraklarını bulaştırdıklarında, oluşan yeni virus dölünün protein kılıfına bakılmaksızın, RNA'nın alındığı virus ırkının tipinde olduğunu gözlemleyerek RNA'nın genetik rolünü pekiştirmişlerdir.
Moleküler genetiğin özellikle 1960'lı yılların başından itibaren hızla gelişmesi, 1973 yılıyla birlikte 'Moleküler Genetiğin Altın Çağı' olarak adlandırılan dönemi başlatmıştır. Cohen ve arkadaşları tarafından 1973 yılında temelleri atılan genetik mühendisliği ve rekombinant DNA teknolojisi sayesinde, istenilen bir gen başka kısımlardan ayrılarak taşıyıcı moleküller yardımıyla konak hücrelerde çoğaltılabilmiş (gen klonlaması) ve bilim dünyasında çığır açılmıştır.