MOLEKÜLER BİYOLOJİ
Moleküler biyoloji, moleküler seviyedeki biyolojinin çalışma alanıdır. Biyokimya ve özellikle genetik gibi kimyanın ve biyolojinin diğer dallarıyla etkileşim halindedir. Moleküler biyoloji başlıca DNA, RNA ve protein biyosentezinin arasındaki etkileşimleri içeren hücrenin çeşitli sistemlerini anlamaya çalışır ve bunların nasıl etkileşim halinde olduklarını ve nasıl regüle olduklarını en iyi şekilde öğrenmeyi amaç edinir. ‘’Moleküler Biyoloji’’ genetik materyalin replikasyon, transkripsiyon ve translasyonunun proseslerinin moleküler temelli çalışmalarıdır. Moleküler biyolojinin santral dogması olan genetik materyal RNA nın kopyalanması (transkripsiyon) ve daha sonra proteinde okunması(translasyon) moleküler biyolojinin basitleştirilmiş resmi olasına rağmen, yine de bu alanın anlaşılması için bazı noktalar geliştirilmeye çalışılıyor. Hâlbuki bu resim, RNAnın süregelen ilginç görevinin ışığında yeni geliştirilen süregelen revizyondur.
Moleküler biyolojide çalışma daha çok kantitatiftir (sayısal, nicelik) ve son zamanlardaki moleküler biyoloji çalışmaları ağırlık olarak biyoinformatikteki bilgisayar bilimiyle ve kompütasyonel (bilgisayımsal, hesaba dayalı) biyoloji şeklinde gerçekleşiyor. 2000’li yılların başları itibariyle, gen yapısı ve fonksiyonu çalışmaları, moleküler genetik, moleküler biyolojinin alt-bilim dalları arasında en fazla göze çarpan çalışmalardır.
Moleküler biyoloji, genetik çağı olarak da adlandırılmaya başlayan günümüzde güncel hayatın birçok alanında uygulamaları görülen önemli bir bilim dalıdır. Çeşitli alanlarda moleküler biyoloji uygulamalarının gün geçtikçe yaygınlaşması bu bilim dalı için diğer temel bilimlerde olduğu gibi kolaylıkla kabul edilen bir tanımının yapılmasını zorlaştırmaktadır. Bundan dolayı moleküler biyoloji farklı kaynaklar tarafından farklı şekillerde tanımlanmaktadır. Hücrenin moleküler yapısını araştıran bilim dalı olarak tanımlamak moleküler biyolojinin çok basite indirgenmiş tanımıdır ve bu bilim dalının faaliyetlerinin tamamını kapsamaktan çok uzaktır. Moleküler biyolojiyi günümüzdeki araştırma alanlarını dikkate alarak “Hücrenin gelişimini, farklılaşmasını, hücre içi, hücrelerarası sinyal iletimini ve bunların genetik kontrol mekanizmaları ile genlerin yapılarını ve işleyiş prensiplerini moleküler seviyede araştıran bilim dalıdır” şeklinde tanımlamak belki de daha uygun olacaktır. Moleküler biyoloji araştırma alanında diğer temel bilimlerde kullanılan teknikler kullanılmaktadır. Özellikle fizik, kimya, biyokimya, sitoloji ve temel genetikte kullanılan birçok metodun moleküler biyoloji araştırmalarında yaygın olarak kullanıldığı bilinmektedir. Benzer bir şekilde moleküler biyoloji araştırmalarında kullanılan birçok metodda en başta biyolojinin çeşitli dalları olmak üzere tıp, ziraat ve eczacılık gibi alanlarda da yaygın olarak kullanılmaktadır.
Moleküler biyoloji “Hücre Moleküler Biyolojisi (veya Moleküler Hücre Biyolojisi)” ve “Moleküler Genetik” olarak iki alt bilim dalına ayrılmaktadır. Moleküler hücre biyolojisi, moleküler biyolojinin hücre gelişimi, farklılaşması, hücre içi ve hücrelerarası sinyal iletimi ile ilgili konularını kapsayan bir araştırma alanıdır. Moleküler genetik ise sadece genlerin yapısal özelliklerini, gen işleyiş ve kontrol prensiplerini araştıran bilim dalı olarak tanımlanmaktadır. Moleküler hücre biyolojisi ve moleküler genetik aynı zamanda birbirini tamamlayan araştırma alanlarıdır.
Moleküler biyolojinin günümüzdeki en yaygın uygulama alanlarından birisi de Genetik Mühendisliğidir. Genlerin yapısının ve kontrol mekanizmalarının bilinmesi, gerektiğinde bazı genlerin yapılarının istenildiği şekilde değiştirilmesine veya bir canlıya ait bir genin farklı bir canlıya aktarılmasına temel teşkil etmektedir. Bu teknoloji kullanılarak günümüzde çok çeşitli amaçlar için genetiği değiştirilmiş organizmalar oluşturulmaktadır. Ayrıca, genetik mühendislik teknikleri kullanılarak eczacılık alanında patentli yüzlerce aşı, hormon ve tedavi amaçlı çeşitli faktörler üretilmektedir. İnsan insülininin çeşitli mikroorganizmalarda üretimi günümüzdeki genetik mühendislik uygulamalarına en iyi bilinen örnektir. İnsüline benzer şekilde günümüzde yüzlerce farklı protein genetik mühendislik teknikleri kullanılarak ticari amaçlar için kolaylıkla bakteri veya mayalarda üretilebilmektedir.
Moleküler biyoloji alanındaki gelişmeler diğer temel ve uygulamalı bilimleri de etkilemektedir. Moleküler biyoloji alanında geliştirilen tekniklerin tıp alanında teşhis ve tedavi uygulamalarının bulunduğu yeni bir bilim dalı olarak “Moleküler Tıp” bilim dalı gelişmeye başlamıştır. Moleküler biyoloji tekniklerinin klasik biyolojik bilimlere uygulanması ile biyolojide moleküler taksonomi, moleküler viroloji, moleküler immünoloji gibi yeni araştırma alanları gelişmeye başlamıştır. Bu alanlarda klasik araştırma yöntemleri ile açıklanamayan sorular moleküler tekniklerin kullanılmaya başlanmasıyla kolayca açıklanabilmektedir. Nükleik asitler ve hücre yapısı ile ilgili çalışmalar 1800’lü yıllarda başlamaktadır. Nükleik asitler hücreden ilk kez 1871 yılında İsviçreli doktor ve kimyacı olan Johann Friedrich Miescher tarafından izole edilmiştir. Miescher henüz biyolojik önemi ve işlevi bilinmeyen bu maddeye “Nüklein” adını vermiştir. Bundan kısa bir süre sonra da nüklein “Nükleik Asit” olarak adlandırılmıştır. Daha sonra 1898’de nükleik asitlerin nükleotidlerden oluştuğu R. Altman tarafından belirlenmiştir. Moleküler Biyoloji ve bunun içinde önemli bir alan olan moleküler genetik’in başladığı yıl olarak 1930’lu yıllar temel alınmaktadır. 1930-1940 yılları arasında biyolojik makromolekülerin yapıları ve çoğalmalarının araştırılmasında temel kimyasal ve fiziksel metodlar çok yoğun olarak kullanılmaya başlanmıştır. Bu yıllarda Luria ve Delbrueck tarafından bakteriyofajlarda yapısal değişikliklere neden olan mutasyonların analizleri yapılmaya başlanmıştır. Aynı zamanda Linus Pauling tarafından bazı biyolojik makromoleküllerin oluşumunda ve farklı moleküllerin bir arada kompleks yapılar olarak bulunmasında zayıf kimyasal bağların önemi araştırılmaya başlanmıştır. Bir yandan protein ve aminoasit yapılarının fiziksel ve kimyasal özellikleri ayrıntılı olarak analiz edilirken diğer yandan da kalıtsal maddenin ne olduğuna ilişkin teoriler öne sürülmektedir. Bu tarihlerde fiziksel ve kimyasal yöntemler uygulanarak biyolojideki temel sorulara çözüm aranması ile ilgili bilimsel çalışmalar Rockefeller Vakfı’nın temel bilimler bölümü müdürü olan Warren Weaver tarafından hazırlanan raporda büyük bir önemle değerlendirilmiştir ve yapılan bu çalışmalar 1938 yılında hazırlanan bir raporda ilk kez Warren Weaver tarafından “Moleküler Biyoloji” olarak adlandırılmıştır. Daha sonra yapılan çalışmalar özellikle kalıtsal maddenin ne olduğu ve kimyasal yapısının belirlenmesine odaklanmaktadır. 1944’te kalıtsal maddenin DNA olduğunun belirlenmesi 1953’te de DNA’nın yapısının açıklanması moleküler biyolojideki önemli dönüm noktalarıdır. Özellikle DNA’nın yapısının Watson ve Crick tarafından 1953’te açıklanması klasik moleküler biyolojinin başlangıç tarihi olarak da kabul edilmektedir. Daha sonraki yıllarda moleküler biyoloji alanındaki keşiflerin hem temel ve hem de uygulamalı alanlara çok önemli katkıları olmuş ve bu keşiflerin birçoğu da patentlenerek genetik mühendislik alanında değerlendirilmeye başlanmıştır. Birbirinden değerli olan bu keşiflerden bazıları; restriksiyon enzimlerinin keşfedilmesi, DNA sekanslama tekniklerinin bulunması ve geliştirilmesi, klonlama vektörlerinin geliştirilmesi, PCR tekniğinin geliştirilmesi, insan genomu dâhil olmak üzere çeşitli organizmalarda genom sekanslarının belirlenmesi olarak sayılabilir.
