Yoğurt mayasından Dolly’ye kadar
Biyoteknoloji yeni bir şey değil: sütten yoğurt, peynir ve kefir yapımı da onun içinde. Bu ünitede klasik ile modern biyoteknolojiyi ayıracak, melezleme, yapay döllenme ve poliploidiyi, gen klonlamanın beş adımını, Dolly’nin yedi basamağını, DNA parmak izini, kök hücre çeşitlerini ve GDO’nun yararları ile risklerini göreceğiz.
Genetik mühendisliği, canlıların kalıtsal özelliklerinin değiştirilerek onlara yeni işlevler kazandırılmasına veya istenmeyen özelliklerin ortadan kaldırılmasına yönelik araştırmalar yapan bilim dalıdır. Biyoteknoloji ise canlı organizmaları ve bileşenlerini kullanarak doğal yollarla elde edilemeyen ya da yeteri kadar üretilemeyen maddeleri elde etmek için kullanılan teknolojilerin tümüdür.
Dala tıkla, o dalın üyeleri altta tek tek açılır. Ağaç klasik ve modern biyoteknoloji olmak üzere ikiye ayrılır; seçilen dala giden yol vurgulanır. Melezleme, yapay döllenme ve poliploidi düğümü ayrı renktedir — çünkü bunlar modern biyoteknolojik çalışma olarak kabul edilmeyen yöntemler sayılır. Modern dalın altında rekombinant DNA teknolojisi, gen klonlama, DNA klonlanması ve kök hücre teknolojileri vardır.
Genetik mühendisliği genlerin izolasyonu, çoğaltılması, nükleotit dizilişlerinin belirlenmesi, farklı canlıların genlerinin birleştirilmesi ya da bir canlıdan başka bir canlıya gen aktarılması gibi çalışmalarla uğraşır. Bu çalışmalarla canlıların genetik yapısını değiştirerek onlara farklı özellikler kazandırır.
Biyoteknolojik çalışmalarda temel bilimler ve mühendislik ilkeleri, canlı sistemlere uygulanarak en kısa sürede istenilen ürünlerin elde edilmesi amaçlanır. Protein, antibiyotik, hormon, antikor vb. maddelerin üretimi, yeni özelliklere sahip sebze ve meyvelerin üretimi, tıbbi bitki ve çiftlik hayvanı üretimi, yapay organ ve doku üretimi, atıkların yeniden kullanılabilir hâle getirilmesi bu çalışmalara örnek olarak verilebilir.
Biyolojik sistemler yardımıyla ham maddelerin yeni ürünlere dönüştürüldüğü işlemlere klasik biyoteknoloji denir. Sütten yoğurt, peynir ve kefir yapımı, sirke üretimi, hamurun mayalanması gibi olaylar klasik biyoteknolojinin çalışma alanlarını oluşturur.
Bakteri, maya, mantar gibi organizmaların genomlarında köklü değişiklikler yapılarak bu organizmaların endüstride kullanım alanları genişletilmiştir. Antibiyotikler, deterjanlar, çeşitli enzimler, tek hücre proteinleri, karbonhidratlar, organik asitler, alkol gibi maddelerin üretimi gerçekleştirilmiştir.
Gelişmiş ve modern tekniklerin biyolojik sistemlere uygulandığı biyoteknolojik çalışmalardır. Amaçlanan doğrultuda gen kombinasyonlarını sağlamak amacıyla yapılan çalışmalar, genetik mühendisliğinin başlangıcı olarak kabul edilir. Rekombinant DNA teknolojisi, gen klonlama, DNA klonlanması gibi gen teknolojileri, genetik mühendisliğinin çalışma alanına girer. Ayrıca kök hücre teknolojileri de bu dönemde ön plana çıkmıştır.
“Biyoteknoloji” denince akla laboratuvar gelir ama klasik biyoteknoloji tanımı çok geniştir: sütten yoğurt, peynir ve kefir yapımı, sirke üretimi, hamurun mayalanması. Ayıran ölçüt gen düzeyinde müdahale olup olmadığıdır: klasikte canlının kendi işleyişinden yararlanılır, modernde gen kombinasyonları amaçlı olarak değiştirilir. Melezleme, yapay döllenme ve poliploidi gen aktarımı içermediği için modern biyoteknolojik çalışma olarak kabul edilmez.
Tür içi ve türler arası melezleme, yapay döllenme, poliploidi gibi modern biyoteknolojik çalışma olarak kabul edilmeyen yöntemlere aşağıda kısaca yer verilmiştir.
Üç yöntemi tek tek seç. Türler arası melezlemede buğday ile çavdar çaprazlanır ve ürün tritikale olarak çizilir; tür içi melezlemede kısa boylu verimsiz buğday ile uzun boylu verimli buğdaydan kısa boylu ve verimli melez çıkar — iki özelliğin ayrı ayrı seçildiği ekranda görünür. Yapay döllenmede kaliteli sperm ile istenen özellikteki yumurta buluşturulur, hedefin et ve süt verimi olduğu yazılır. Poliploidide kaydırak kromozom takımı sayısını 2n’den 4n’ye çıkarır ve çiçek ile meyve boyutu gerçekten büyür.
Genetikleri birbirinden farklı, aynı ya da farklı tür iki canlı çaprazlanması ile istenen özellikte yavru canlı elde etme yöntemidir. Melez, hibrit ya da karışık anlamına gelir. Tritikale bitkisi türler arası melezlemeye örnek olarak verilebilir. Bu bitki, buğday ve çavdarın çaprazlanması sonucu elde edilmiştir. Biyotik ve abiyotik stres koşullarına dayanıklı ve daha verimlidir. Tür içi melezlemeye kısa boylu ve verimsiz buğdayla uzun boylu verimli buğdayın çaprazlanması örnek olarak verilebilir. Bu çaprazlama sonucunda kısa boylu ve verimli melez buğdaylar elde edilir.
Verimli erkek bireylerden alınan kaliteli sperm ve istenen özelliklere sahip yumurtanın döllenmesi sağlanır. Genellikle hayvan ıslahında kullanılır. İnek, koyun, keçi gibi memeli hayvanlarda tercih edilen bu yöntem ile et ve süt veriminin artırılması hedeflenmektedir.
Canlıların somatik hücrelerinde ikiden fazla kromozom takımının yer almasıdır. Daha çok bitkilerde görülür. Doğal koşullarda poliploit bitkilerin ortaya çıkması mümkündür ancak bunların oluşum frekansı düşüktür. Genellikle laboratuvar ortamında uygulanır. Poliploit bitkiler normalden daha büyük çiçeğe ve meyveye sahip oldukları için ticari öneme sahiptir. Çekirdeksiz karpuz, çilek, muz, şeker kamışı poliploit bitkilere örnektir.
| Ölçüt | Klasik biyoteknoloji | Modern biyoteknoloji |
|---|---|---|
| Tanım | Biyolojik sistemler yardımıyla ham maddelerin yeni ürünlere dönüştürülmesi | Gelişmiş ve modern tekniklerin biyolojik sistemlere uygulanması |
| Örnek | Yoğurt, peynir, kefir, sirke, hamurun mayalanması | Rekombinant DNA teknolojisi, gen klonlama, DNA klonlanması |
| Gen aktarımı | Yok | Var |
| Melezleme, yapay döllenme, poliploidi | Bu grupta ele alınır | Modern biyoteknolojik çalışma olarak kabul edilmez |
| Öne çıkan alan | Gıda ve endüstriyel üretim | Gen teknolojileri ve kök hücre teknolojileri |
Tablo klasik ve modern biyoteknoloji başlıklarından derlenmiştir.
Gen teknolojisi; gen ifadesini anlamak, doğal genetik varyasyondan yararlanmak, genleri değiştirmek, genleri klonlamak ve genleri yeni konakçılara aktarmakla ilgili bir dizi faaliyet için kullanılan bir terimdir. Bilim insanları, gen teknolojisi çalışmalarını gerçekleştirirken çoğunlukla model organizmalardan yararlanırlar.
Üç model organizmayı seç: maya mantarı, meyve sineği ve hardal bitkisi. Her seçimde canlının şekli çizilir, ne için kullanıldığı yazılır ve sağdaki ölçüt listesinde o organizmanın hangi ölçütlerle öne çıktığı vurgulanır. Ölçüt listesi on iki maddenin tamamıdır — genom benzerliği, kısa yaşam döngüsü, döller arası sürenin kısalığı, kolay yetiştirilebilirlik, ekonomiklik ve diğerleri. Böylece “neden bu canlı” sorusunun cevabı tek ekranda görünür.
Bilim dünyasında kabul görmüş, deneylerin yürütülmesi sırasında hem araç hem de deneyin kendisinin bir parçası olarak kullanılan canlılardır. Model organizmalar, araştırmacıların daha basit organizmaları baz alarak kompleks sistemleri anlamasını sağlar.
Kolay yetiştirilebilir ve insana ait hastalık genlerinin benzerlerini taşıdığından yeni ilaçların denenmesinde kullanılan maya mantarı Saccharomyces cerevisiae, lösemi ve kanser hastalıklarının araştırılmasında kullanılan Drosophila melanogaster, küçük genoma sahip olmasından dolayı bitkisel araştırmalarda en çok kullanılan model organizma olan hardal bitkisi Arabidopsis thaliana en yaygın olarak kullanılan model organizmalardan bazılarıdır.
Genom, bir türün bütün genlerini tanımlar. Herhangi bir genomu haritalandırmanın en önemli amacı, her bir kromozomun nükleotit dizisini belirlemektir. Genom projeleri insandan önce maya, meyve sineği, fare vb. diğer canlı türleri üzerinde yapılmıştır. Özellikle meyve sineğinin ve farenin genetik işleyişinin insanlarla büyük oranda benzerlik göstermesi bu model organizmalar üzerindeki çalışmaları daha önemli hâle getirmiştir.
İnsanlık tarihindeki en büyük keşiflerden biridir. Bu projenin amacı insan genomunun haritalandırılması ve anlaşılmasıdır. İnsan, bugüne kadar kapsamlı olarak genom dizisi belirlenen ilk omurgalıdır. Hastalıkların erken tanısında, hastaların genetik yatkınlıklarının tanımlanmasında, daha etkili ilaçların geliştirilmesinde ve geliştirilen ilaçların kimlerde etkili olabileceğinin önceden belirlenmesinde bu projeden yararlanılır.
Dört düğme dört ayrı örneği jel üzerinde karşılaştırır: olay yeri örneği, şüpheli 1, şüpheli 2 ve tek yumurta ikizleri. Bantlar baz dizilerinin jel üzerinde oluşturdukları bantlı yapı olarak çizilir; seçilen örneğin bantları olay yeri örneğiyle üst üste konur ve eşleşen bantlar yeşil, eşleşmeyenler kırmızı işaretlenir. Tek yumurta ikizleri kipinde bütün bantlar çakışır ve ekranda istisna yazılır. Üstteki şerit %99,9 aynı kısmı ile kişiye özgü kalan kısmı orantılı olarak gösterir — farkın ne kadar küçük bir bölümde saklandığı böyle görünür.
İnsan genomunda anlamlı ve anlamsız baz dizileri vardır (Anlamsız diziler; herhangi bir proteini kodlamayan, büyük çoğunluğu tekrar eden DNA dizilerinden oluşmaktadır.). Baz dizilerinin jel üzerinde oluşturdukları bantlı yapılara DNA parmak izi denir.
Tek yumurta ikizleri hariç iki insanın DNA’sı %99,9 oranında aynıdır. Geri kalan kısım parmak izi gibi kişiye özgüdür. DNA parmak izinin çıkarılmasında polimeraz zincir reaksiyonu ve elektroforez tekniklerinden yararlanılır. Bu teknikte DNA örnekleri kan, saç, tükürük, sperm gibi vücut hücrelerinden sağlanabilir. DNA parmak izi analizi babalık testinde, kalıtsal hastalıkların tanısında, genetik çeşitlilik belirlemede, moleküler arkeoloji ve kriminoloji alanlarında kullanılmaktadır.
Kök hücreler farklılaşmamış, kendini yenileyebilen, uygun şartlar sağlandığında özelleşmiş hücrelere dönüşebilen hücrelerdir.
Üç kök hücre çeşidini seç. Her seçimde nereden elde edildiği çizilir: embriyonik olanlar embriyonun erken evrelerinden, kordon kanından elde edilenler doğum sırasında göbek kordonundan, yetişkin kök hücreler deri, kemik iliği ve yağ dokudan. Sağdaki iki çubuk çoğalma hızı ile dönüşebildiği hücre tipi sayısını karşılaştırır; embriyonik kipte ikisi de en uzundur, çünkü bunlar daha hızlı çoğalma ve daha fazla hücre tipine dönüşebilme yeteneğiyle tanımlanır. Çubuklar şematiktir.
Uygun bir büyüme ortamında çoğaltılabilir. Sınırsız çoğalma yetenekleri vardır. Temas ettikleri hücrelere dönüşme potansiyeline sahiptir. Kendilerini yenileyebilir veya kendi hücre topluluklarının devamını sağlayabilir. Vücudun bir yerindeki zedelenmeyi takiben bu dokuyu onarabilme ve onu işlevsel hâle getirebilme potansiyeline sahiptir.
Klinik uygulamalar ile ilgili araştırmalarla kemik iliği kanserleri, lösemi, anemi, Akdeniz anemisi, organ kanserleri, plazma hücre hastalıkları, kemik iliği yetmezliği, kalıtsal ve doğumsal kan hastalıkları, immun yetersizliğine bağlı gelişen hastalıklar, kalıtsal metabolik hastalıklar, sinir sistemi hastalıkları, kalp hastalıkları, diyabet gibi birçok hastalığın tedavi edilmesi amaçlanmaktadır.
Gen klonlama, genetik mühendisliği teknikleri kullanılarak belirli bir genin veya DNA dizisinin tam kopyalarının (klonlarının) üretilmesi sürecidir.
Farklı kaynaklardan gelen genleri içerecek şekilde modifiye edilen DNA molekülüne rekombinant DNA denir. Rekombinant DNA ya genetik rekombinasyon yoluyla ya da rekombinant DNA teknolojisiyle elde edilir. Genlerin klonlanmasında çoğunlukla bakterilerden yararlanılır. Çünkü bakteriler, hızlı çoğalır ve kolaylıkla izole edilebilir. Klonlamada bakteri sitoplazmasında bulunan ve hücre DNA’sından bağımsız olarak çoğalan plazmit adı verilen halka şeklindeki küçük DNA parçaları kullanılır.
Beş adım sırayla açılır. 1. adımda istenen geni taşıyan DNA ile bakteri plazmiti ayrı ayrı çizilir. 2. adımda aynı restriksiyon endonükleaz enzimi ikisini de keser — kesim noktaları makas simgesiyle işaretlenir ve plazmidin halkası açılır. 3. adımda DNA ligaz gelir, gen halkaya yerleşir ve rekombinant DNA kapanır. 4. adımda bu molekül bakteriye aktarılır. 5. adımda bakteri tekrarlanan hücre bölünmeleriyle çoğalır ve ekrandaki kopya sayacı ikişer katına çıkar.
İkinci adım tek bir sözcükle çok şey söyler: vektör olarak kullanılacak bakteri plazmiti ve klonlanacak gen aynı restriksiyon endonükleaz enzimi ile kesilir. Farklı enzimler kullanılsaydı kesik uçlar birbirine uymaz, üçüncü adımdaki DNA ligaz ikisini birleştiremezdi. Ligazın burada yaptığı iş, replikasyondaki göreviyle aynı sınıftandır: parçaları birleştirmek.
Genetik mühendisliği ve biyoteknoloji uygulamaları insanların hayatını sosyo-ekonomik ve kültürel anlamda etkilemektedir. Yapay doku ve organ üretimi, aşı üretimi, antibiyotik üretimi, insülin hormonu üretimi, interferon üretimi ve gen terapisi gibi çalışmalar genetik mühendisliği ve biyoteknolojinin sağlık alanındaki uygulamalarındandır.
Kaydırak yedi basamağı sırayla yürütür. Solda Finn Dorset koyununun meme hücresi, sağda İskoç Blackface koyununun yumurta hücresi durur. 2. basamakta meme hücresi besin bakımından fakir ortama alınır ve döngü durur, çekirdeği çıkar; 3. basamakta yumurtanın çekirdeği çıkarılır ve kutu boş kalır; 4. basamakta çekirdek yumurtanın içine yerleşir ve elektrik akımı kıvılcımıyla kaynaşır; 5. basamakta embriyo 6 gün kültürde bölünür; 6. basamakta taşıyıcı anne uterusuna yerleştirilir; 7. basamakta kuzu doğar. Ekranın altındaki satır her adımda kuzunun genetik olarak hangi koyunla özdeş olduğunu yazar — cevap hiç değişmez.
Bir hücrenin veya organizmanın genetik olarak özdeş kopyasına klon denir. Gen, hücre, doku ve hatta koyun gibi tüm organizmalar dâhil pek çok biyolojik materyal klonlanmıştır.
Klonlama 1900’lerin başında semender, 1952’de iribaşlar, 1958’de Afrika pençeli kurbağa, 1984’te koyun, 1986’da inek embriyolarında yapılmıştır. Klonlama kavramı, 1997 yılında İskoç bilim insanı Dr. Ian Wilmut ve ekibinin koyun Dolly’yi somatik hücre nükleer transferi (SCNT) ile üretmeleri sonucunda geniş kitlelerce duyulmuştur.
Uygun laboratuvar ortamında canlı hücrelerden oluşturulan dokulara yapay doku denir. Hasarlı veya işlevini yitirmiş bir organın yerine tasarlanan organlara ise yapay organ denir. Son dönemde üzerinde en çok çalışılan konulardan biri kök hücre teknolojileriyle yapay doku ve organ üretimidir.
Enfeksiyon hastalıklarına karşı bağışıklık sistemimize mikroorganizmaları tanıtmak için kullanılan biyolojik ürünler aşı olarak tanımlanır. Aşıların üretiminde mikroorganizmaların hastalığa neden olan genleri kullanılır. Bu genler, mikroorganizmalardan izole edilerek taşıyıcı bir hücreye aktarılır. Aktarılan genin ifadesi olan protein, taşıyıcı hücrede bol miktarda üretilir ve bu proteinler aşı yapımında kullanılır.
Beş uygulamayı gez: antibiyotik, insülin, interferon, gen terapisi ve kanser tedavisi. İlk üçünde ortak kalıp ekranda çizilir ve tekrar eder: sorumlu gen izole edilir → taşıyıcı hücreye aktarılır → protein bol miktarda üretilir. İnsülin ve interferon kiplerinde taşıyıcı hücre olarak E. coli bakterisi ayrıca yazılır. Gen terapisi kipinde ok yön değiştirir: hücre hastadan alınır, virüs aracılığıyla normal gen eklenir ve hücreler hastaya geri verilir.
İnsülin pankreasın beta hücreleri tarafından üretilir ve vücuttaki karbonhidrat ve yağ metabolizmasının düzenlenmesinde rol oynar. Sağlıklı bireylerden izole edilen insülin üreten genler, E. coli bakterilerinin genomuna aktarılır. Bakteride üretilen insülin, ilaç şekline getirilir. Rekombinant insan insülini çabuk ve etkili cevap verir. Ayrıca rekombinant insan insülininin immün sistemle ilgili yan etkileri daha azdır. Bu hormon, 1980’li yıllara kadar domuz ve sığırdan elde edilmiştir.
İnterferonlar bakteri, virüs, parazit ve tümör hücrelerine karşı bağışıklık sistemi tarafından oluşturulan doğal proteinlerdir. İnsanda interferon üreten gen E. coli bakterisine aktarılmakta ve böylece bakterinin interferon üretmesi sağlanmaktadır. İnterferonlardan kanser tedavilerinde de yararlanılmaktadır.
Gen terapisi, işlev ve yapı bakımından bozuk bir genin fonksiyonunun düzenlenmesi veya gen aktarımı yoluyla bu genlerin sağlıklı olanlarıyla değiştirilmesini amaçlar. Kalıtsal hastalıklar, kalp-damar hastalıkları, kanser, Parkinson hastalığı ve Alzheimer gibi hastalıklar gen terapisi ile tedavi edilmeye çalışılmaktadır. Gen ilavesi, gen değişimi, gen ifadesinin baskılanması ve özgün hücrelerin öldürülmesi gen terapisinin tedavi şekilleridir. Kemik iliği hücrelerinden bazıları hastadan alınır, bir virüs aracılığı ile bu hücrelere normal gen eklenerek hücreler hastaya geri verilir.
Genetik danışmanlık, bir ailedeki genetik bir bozukluğun araştırılması, tanısı, testleri ve tedavisini içeren danışanlar ve genetik danışman arasında sürdürülen kapsamlı bir iletişim sürecidir. Ailenin soyağacı çıkarılarak varsa kalıtsal hastalıklarının incelenmesi ve genetik testlerin yapılması genetik danışmanlık sürecinde kullanılan uygulamalardandır.
Antibiyotikler; bakteri üremesini engelleyen veya bakterileri öldüren biyosentetik kökenlerine göre doğal, yarı sentetik veya sentetik biyoteknolojik ürünlerdir. Genellikle bakteri popülasyonunun gelişmesini önlemek için mantar veya rekabetçi bakteri gibi mikroorganizmalar tarafından doğal olarak üretilir. Antibiyotiklerin kimyasal yolla üretimi zor ve pahalıdır. Rekombinant DNA teknolojisi ile daha ucuz ve fazla miktarda antibiyotik üretimi mümkün olmaktadır.
Kemoterapi, radyoterapi ve ameliyat gibi yöntemlerin yanında son yıllarda farklı kanser türlerinin tedavisi için gen terapisi yöntemi kullanılmaya başlanmıştır. Ayrıca kanser hastalarında kişiye özgü tedavi önem kazanmaktadır. Gen bazlı araştırmalara dayanarak doğru ilaç ve dozaj belirlenebilmektedir. Genetik mühendisliği ve biyoteknoloji uygulamaları ile elde edilen aşılar, bazı kanser türlerinin tedavisinde kullanılmaktadır.
Ders kitabında antibiyotik bölümünde “taşıcıyı bir hücrede” yazım hatası vardır; sayfada taşıyıcı bir hücrede olarak yazılmıştır.
Genetik mühendisliği ve biyoteknolojinin tarım alanındaki uygulamalarının amacı; bitkileri zararlı canlılara karşı dirençli hâle getirmek, ürünlerin besin değerlerini artırmak, üretim maliyetlerini azaltmak ve bitkilerin dayanıklılığını artırarak ürün kalitesini yükseltmektir.
Sekiz maddeyi tek tek seç. Seçilen madde yarar kefesindeyse terazi sola, risk kefesindeyse sağa eğilir ve madde ilgili kefeye düşer. Kefelerde biriken maddeler ekranda kalır, böylece ünitenin sonunda iki liste yan yana durur. İki taraf da açıkça yazılır: bir yanda ilaç ve aşı üretimi, ürün verimi, açlıkla mücadele, öte yanda gıda alerjisi, antibiyotik direncinin yatay geçişi ve genetik kirlilik. Terazinin kendi başına bir sonuca varmaması bilinçlidir — karar bilimsel veriye ve yasal düzenlemeye kalır.
Yeni genetik özelliklerin rekombinant DNA teknolojisiyle aktarılması sonucu oluşan canlılara transgenik canlılar veya genetiği değiştirilmiş organizmalar (GDO) denir. Genetik değişim, DNA’daki özelliklerin değiştirilmesiyle yapılmaktadır. Genetik değişim, canlıya başka bir organizmadan gen aktarılmasıyla veya DNA’da bulunan genin biyoteknolojik uygulamalarla farklılaştırılarak organizmaya yeni bir özellik kazandırılması şeklinde yapılabilmektedir.
Rekombinant DNA teknolojisi sayesinde yaşamsal öneme sahip birçok ilaç ve aşı ekonomik olarak üretilmektedir. Besinler istenilen özelliklere kavuşmakta ve daha dayanıklı hâle gelebilmektedir. Ürünlerin verimleri artırılmakta ve açlıkla mücadelede etkili rol oynayabileceği düşünülmektedir. Tarımsal ürünlerde hastalıklar ve zararlılar ile mücadele edilebilmektedir.
Organizmaların genetiğinin değiştirilmesinin potansiyel riskleri de vardır. Gıda alerjisi olan kişiler, günlük besin maddelerine eklenen yabancı proteinlerden zarar görebilirler. Gen aktarımında seleksiyon amacıyla aktarılan özelliklerden biri, antibiyotik direncidir. Antibiyotik direncinin insan ve hayvan bünyesindeki bakterilere yatay olarak geçişiyle sağlık açısından risklerin ortaya çıkması söz konusudur. Rekombinant DNA teknolojisi ile genetiği değiştirilmiş polenler rüzgâr, kuşlar ve böcekler tarafından hem organik hem de klasik tarımın yapıldığı alanlara taşınmakta ve genetik kirliliğe neden olabilmektedir.
Rekombinant DNA teknolojisiyle endüstriyel enzimler üretilir. Bu yöntemlerle üretilen enzimler; tıp, tekstil, dericilik, gıda endüstrisi, kâğıt endüstrisi ve temizlik sanayisinde kullanılmaktadır. Vitaminler ve bazı deterjanlar biyoteknolojik çalışmalar sonucu üretilmiş endüstriyel ürünlerdendir.
Transgenik mikroorganizmalar, çevreyi kirleten faktörlerin yok edilmesinde veya bu faktörlerin azaltılmasında kullanılmaktadır. Bazı bakteriler ağır metallerin kirletici özelliğini azaltmaktadır. Atık suların ve kanalizasyon sularının arıtılmasında, evsel atıkların zararlarının ortadan kaldırılıp yeni ürünlerin elde edilmesinde, petrol ve maden atıklarının zararlarının ortadan kaldırılmasında transgenik mikroorganizmalar kullanılmaktadır.
Biyoürün, canlıların oluşturduğu maddelerin işlenmesi ile elde edilen üründür. Biyoürünlerin yarılanma ömrü, petrol ürünlerine göre oldukça kısa olduğu için biyoürünler doğaya daha az zarar verir. Organik asitler, çözücü maddeler, esterler, selüloz ve kitosan gibi polimerler, gübre, biyoplastik, biyogaz ve biyodizel biyoürünlerdendir.
Biyogüvenlik, modern biyoteknolojinin insan sağlığı ve çevreye zarar vermeden uygulanmasını sağlamak için alınması gereken politik ve işlevsel önlemlerin tümü olarak tanımlanabilir. Biyoetik; biyoloji, tıp ve sağlık alanındaki gelişmelerin meydana getirdiği tartışmalı konuları ve etik konularını inceleyen özel bir disiplindir. Biyoetik kavramı, hızlı değişimlerin ahlaki değerlere uygun olması gerektiği düşüncesinden doğmuştur. Artan dünya nüfusu ve gıda ihtiyacından dolayı transgenik ürünlerin kullanımının artması ile biyogüvenlik konusunda yapılan yasal düzenlemeler son dönemde büyük bir önem kazanmıştır.
Toplumun ihtiyaç algısının zamanla değişmesi bilimde ve bilimin odaklandığı çalışmalarda değişime neden olmuştur. Biyoloji biliminin gelişmesinde toplumun ihtiyaçları önemli rol oynamıştır. Teknolojik gelişmeler de biyolojinin gelişimini hızlandırmıştır. Mikroskobun icadı, hücrenin ve DNA’nın keşfine zemin hazırlamıştır. Bu çalışmalarla insan genomu ve birçok organizmaya ait genom dizileri belirlenebilmiştir.
İkisi de aynı tartışmanın parçası ama farklı sorular sorar. Biyogüvenlik bir önlemler bütünüdür: insan sağlığı ve çevreye zarar vermeden uygulanmasını sağlamak için alınması gereken politik ve işlevsel önlemlerin tümü. Biyoetik ise bir disiplindir ve tartışmalı konuları ve etik konularını inceler. Kısaca: biyogüvenlik “nasıl güvenli yaparız”, biyoetik “yapmalı mıyız” sorusuyla ilgilenir.
Bu ünitenin konusu marketten polisiye diziye, spor haberinden eczaneye kadar her yerde.
Sabah tabağındaki yoğurt ve peynir doğrudan bu ünitenin konusudur: sütten yoğurt, peynir ve kefir yapımı, sirke üretimi, hamurun mayalanması klasik biyoteknolojinin çalışma alanlarıdır.
“Olay yerinden DNA örneği alındı” cümlesinin arkasında baz dizilerinin jel üzerinde oluşturdukları bantlı yapı vardır. Örnek kan, saç, tükürük gibi vücut hücrelerinden gelir ve kriminoloji alanında kullanılır.
Yazın aldığın çekirdeksiz karpuz poliploidinin ürünüdür: poliploit bitkiler normalden daha büyük çiçeğe ve meyveye sahip oldukları için ticari öneme sahiptir. Çekirdeksiz karpuz, çilek, muz, şeker kamışı poliploit bitkilere örnektir.
Diyabetli bir arkadaşının kullandığı insülin bakteride üretilir: sağlıklı bireylerden izole edilen insülin üreten genler, E. coli bakterilerinin genomuna aktarılır. Bu hormon 1980’li yıllara kadar domuz ve sığırdan elde ediliyordu.
Koluna yapılan aşının içeriği tesadüf değil: aşıların üretiminde mikroorganizmaların hastalığa neden olan genleri kullanılır, taşıyıcı hücreye aktarılır ve protein bol miktarda üretilir.
Mutfaktaki maya, laboratuvarın en çok kullanılan canlılarından: maya mantarı Saccharomyces cerevisiae kolay yetiştirildiği ve insana ait hastalık genlerinin benzerlerini taşıdığı için yeni ilaçların denenmesinde kullanılır.
Marketteki etiketin arkasında yasal bir çerçeve var: artan dünya nüfusu ve gıda ihtiyacından dolayı transgenik ürünlerin kullanımının artması ile biyogüvenlik konusunda yapılan yasal düzenlemeler son dönemde büyük bir önem kazanmıştır.
Hayvancılık haberlerinde geçen verim artışı yapay döllenmeye dayanır: inek, koyun, keçi gibi memeli hayvanlarda tercih edilen bu yöntem ile et ve süt veriminin artırılması hedeflenmektedir.
“Enzimli” yazan deterjan da bu ünitenin ürünü: rekombinant DNA teknolojisiyle endüstriyel enzimler üretilir ve bu enzimler temizlik sanayisinde kullanılır; vitaminler ve bazı deterjanlar biyoteknolojik ürünlerdendir.
62 soruluk test · genetik mühendisliği ve biyoteknoloji tanımları, klasik ve modern biyoteknoloji ayrımı, melezleme-yapay döllenme-poliploidi, gen teknolojileri ve model organizmalar, İnsan Genom Projesi, DNA parmak izi, kök hücre çeşitleri, gen klonlamanın beş aşaması, Dolly ve canlı klonlama, sağlık uygulamaları, GDO’nun yararları ve riskleri, biyogüvenlik ile biyoetik
Genetik mühendisliği, canlıların kalıtsal özelliklerinin değiştirilerek onlara yeni işlevler kazandırılmasına veya istenmeyen özelliklerin ortadan kaldırılmasına yönelik araştırmalar yapan bilim dalıdır. Biyoteknoloji, canlı organizmaları ve bileşenlerini kullanarak doğal yollarla elde edilemeyen ya da yeteri kadar üretilemeyen maddeleri elde etmek için kullanılan teknolojilerin tümüdür.
Biyolojik sistemler yardımıyla ham maddelerin yeni ürünlere dönüştürüldüğü işlemlere klasik biyoteknoloji denir: sütten yoğurt, peynir ve kefir yapımı, sirke üretimi, hamurun mayalanması. Modern biyoteknoloji, gelişmiş ve modern tekniklerin biyolojik sistemlere uygulandığı çalışmalardır; rekombinant DNA teknolojisi, gen klonlama, DNA klonlanması ve kök hücre teknolojileri bu alandadır. Melezleme, yapay döllenme ve poliploidi modern biyoteknolojik çalışma olarak kabul edilmez.
Melezleme: genetikleri farklı, aynı ya da farklı tür iki canlının çaprazlanmasıdır; tritikale buğday ve çavdarın çaprazlanmasıyla elde edilmiştir. Yapay döllenme: kaliteli sperm ile istenen özellikteki yumurtanın döllenmesidir, et ve süt verimini artırmayı hedefler. Poliploidi: somatik hücrelerde ikiden fazla kromozom takımının bulunmasıdır; çekirdeksiz karpuz, çilek, muz, şeker kamışı örnektir.
Model organizmalar, deneylerin yürütülmesi sırasında hem araç hem de deneyin kendisinin bir parçası olarak kullanılan canlılardır. Maya mantarı Saccharomyces cerevisiae, meyve sineği Drosophila melanogaster ve hardal bitkisi Arabidopsis thaliana en yaygın olanlardandır. Genom, bir türün bütün genlerini tanımlar; haritalandırmanın en önemli amacı her bir kromozomun nükleotit dizisini belirlemektir. İnsan, kapsamlı olarak genom dizisi belirlenen ilk omurgalıdır.
Baz dizilerinin jel üzerinde oluşturdukları bantlı yapılara DNA parmak izi denir. Tek yumurta ikizleri hariç iki insanın DNA’sı %99,9 oranında aynıdır; geri kalan kısım parmak izi gibi kişiye özgüdür. Çıkarılmasında polimeraz zincir reaksiyonu ve elektroforez tekniklerinden yararlanılır; babalık testinde, kalıtsal hastalıkların tanısında, genetik çeşitlilik belirlemede, moleküler arkeoloji ve kriminoloji alanlarında kullanılır.
Kök hücreler farklılaşmamış, kendini yenileyebilen, uygun şartlar sağlandığında özelleşmiş hücrelere dönüşebilen hücrelerdir. Embriyonik kök hücreler embriyonun erken evrelerinde elde edilir, daha hızlı çoğalır ve daha fazla hücre tipine dönüşebilir. Kordon kanından elde edilenler doğum sırasında göbek kordonundan alınır ve kordon kan bankalarında saklanır. Yetişkin kök hücreler deri, kemik iliği ve yağ dokuda bol miktarda bulunur.
Gen klonlama, belirli bir genin veya DNA dizisinin tam kopyalarının üretilmesi sürecidir. Farklı kaynaklardan gelen genleri içerecek şekilde modifiye edilen DNA molekülüne rekombinant DNA denir. Aşamalar: gen ve plazmit saf olarak elde edilir; ikisi aynı restriksiyon endonükleaz enzimi ile kesilir; DNA ligaz ile birleştirilip rekombinant DNA elde edilir; bakteri hücresine aktarılır; tekrarlanan hücre bölünmeleriyle çok sayıda kopya oluşur ve ürün izole edilir.
Bir hücrenin veya organizmanın genetik olarak özdeş kopyasına klon denir. Klonlama 1900’lerin başında semender, 1952’de iribaşlar, 1958’de Afrika pençeli kurbağa, 1984’te koyun, 1986’da inek embriyolarında yapılmıştır. 1997 yılında Dr. Ian Wilmut ve ekibi koyun Dolly’yi somatik hücre nükleer transferi (SCNT) ile üretmiştir; kuzu, genetik olarak meme hücresinin çekirdeğinin kullanıldığı Finn Dorset koyunuyla özdeştir.
Yapay doku ve organ üretimi, aşı üretimi, antibiyotik üretimi, insülin hormonu üretimi, interferon üretimi ve gen terapisi sağlık alanındaki uygulamalardandır. İnsülin üreten genler E. coli bakterilerinin genomuna aktarılır; interferon üreten gen de E. coli’ye aktarılır. Gen terapisi bozuk bir genin fonksiyonunun düzenlenmesini veya sağlıklı olanla değiştirilmesini amaçlar.
Yeni genetik özelliklerin rekombinant DNA teknolojisiyle aktarılması sonucu oluşan canlılara transgenik canlılar veya GDO denir. Yararları: ilaç ve aşının ekonomik üretimi, dayanıklı ve verimli ürünler, açlıkla mücadele, zararlılarla mücadele. Riskleri: gıda alerjisi, antibiyotik direncinin yatay geçişi ve genetik kirlilik. Biyogüvenlik alınması gereken politik ve işlevsel önlemlerin tümü, biyoetik ise tartışmalı ve etik konuları inceleyen özel bir disiplindir.