Geniş bir terimle biyoteknoloji canlıların ya da onların öğelerinin yararlı ürünler üretiminde kullanılmasıdır. Biyoteknoloji çok yeni bir bilim dalı olarak bilinmesine rağmen biyoteknolojik uygulamalar çok eski yıllara dayanır. Şarap ve peynir yapımında mikroorganizmaların kullanımı ve çiftlik hayvanlarının seçilerek üretimi gibi yüzlerce yıl öncesinin uygulamaları biyoteknolojiye örneklerdir.

Biyoteknolojinin günümüzdeki önemi, modern genetik uygulamalar, gen mühendisliği uygulamalarının yararları

Günümüzdeki en önemli sorunlardan bir tanesi hızlı nüfus artışıdır. Dünyamızın kaynakları sürekli artan insan nüfusunun ihtiyaçlarını karşılayamaz hale gelmiştir. Bilinçsiz kaynak kullanımı sonucunda denizler, içme suları ve atmosfer kirlenmiş, toprak yapısında ciddi bozulmalar oluşmuştur. Hızlı nüfus artışı doğanın bozulması ile paralel olarak gıda yetersizliği ve sağlık sorunlarının artması gibi problemleri de beraberinde getirmiştir. Burada sözü edilen sorunların çözümüne önemli katkılar sağlayan biyoteknoloji ve gen mühendisliği konusundaki temel kavramlar ve teknikler anlatılacaktır.

BİYOTEKNOLOJİNİN TANIMI VE GÜNÜMÜZDEKİ ÖNEMİ

Geniş bir terimle biyoteknoloji canlıların ya da onların öğelerinin yararlı ürünler üretiminde kullanılmasıdır. Biyoteknoloji çok yeni bir bilim dalı olarak bilinmesine rağmen biyoteknolojik uygulamalar çok eski yıllara dayanır. Şarap ve peynir yapımında mikroorganizmaların kullanımı ve çiftlik hayvanlarının seçilerek üretimi gibi yüzlerce yıl öncesinin uygulamaları biyoteknolojiye örneklerdir. Mutasyon ve genetik rekombinasyon gibi doğal genetik olaylar her zaman bu kavramın içinde yer almıştır. Fakat son yıllarda biyoteknoloji, DNA baz sırasının laboratuvar ortamında değiştirilerek bakteri, bitki ve hayvan gibi birbirinden çok farklı organizmalara aktarılmasına olanak sağlamaktadır.

Böylece biyoteknolojik teknikler kullanılarak tarım, tıp ve endüstri gibi alanlarda birçok yararlı ürün elde edilmektedir. Biyoteknoloji oldukça kapsamlı bir alan olup bilimin birçok dalıyla yakın ilişkilere sahiptir. Aşağıda biyoteknolojinin ilişkili olduğu bilim dalları ve ortak çalışma alanları şematik olarak verilmiştir.

Biyoteknoloji ve gen mühendisliği son yılların en popüler bilim dalları arasında olup, çoğunlukla eş anlamlı olarak kullanılmaktadır. Yukarıdaki şemada da görüldüğü gibi bu durum doğru değildir. Çünkü gen mühendisliği, genetik materyal olan DNA üzerinde yapılan değişikliklerle ilgilenir. Biyoteknoloji ise biyolojik bir sistem ya da yapının endüstriyel boyutta kullanılması yoluyla farklı ürünlerin eldesi anlamına gelir. Başka bir ifadeyle biyoteknoloji, gen mühendisliği yöntemlerini araç olarak kullanan bir teknolojidir.

A. KLASİK BİYOLOJİK YÖNTEMLER

İnsanlar yüzyıllardan beri geleneksel ıslah çalışmaları ile melezlemeler yaparak istenilen özellikte bitki ve hayvanlar üretmiş, bir anlamda gen mühendisliği çalışması yapmışlardır. Geleneksel ıslah çalışmaları insanoğlu için çok yararlı olsada bazı önemli eksikleri vardır. Bunlardan bazıları aşağıda verilmiştir.

  • Bu çalışmalar çok uzun zaman alır. Çünkü yeni bireye istenilen genlerle beraber istenmeyen genlerde aktarılır. Bu nedenle değerli bir bitki ya da hayvan türü bulabilmek için binlerce eşleşmenin yapılması gerekir.
  • Islah amaçlı kullanılabilen genetik materyal oldukça sınırlıdır. Çünkü sadece anne ve babanın DNA’ları ile çalışılmaktadır.

B. MODERN BİYOTEKNOLOJİK YÖNTEMLER

Yeni ıslah yöntemlerinin gelişmesi ile geleneksel yöntemlere ait sorunlar aşılmıştır. Böylece yüksek kaliteli ve daha fazla ürün veren türlerin eldesi kolaylaşmıştır. Islah çalışmalarında tür içi ve türler arası melezleme, yapay döllenme, poliploidi, gen aktarımı ve klonlama gibi yöntemler kullanılır.

Melezleme: Uzun süre sadece kendi arasında gen alış verişi yapan ırklar genetik olarak zayıf ırk olarak kabul edilir. Çünkü bu durum zararlı çekinik genlerin yan yana gelmesine (homozigot), dolayısıyla fenotipte etkisini göstermesine neden olur. Farklı karakterler bakımından homozigot ırklar arasında çaprazlama yaparak üstün özelliklere sahip melez bireyler elde edilebilir. Örneğin küçük ve tatlı erikle büyük ve tatsız eriklerin çaprazlanması ile büyük tatlı erikler elde edilmiştir.

Yapay Döllenme: Üstün özelliklere sahip hayvanlardan alınan spermler, sperm bankalarında saklanarak uygun zamanda yumurta hücresini döllemek için kullanılır.

Poliploidi: Hücrelerdeki kromozom sayısının 3n veya daha fazla olması durumudur. Bitkilerde görülme oranı hayvanlardan daha fazladır. Poliploid bitkilerin çiçek vemeyveleri diploit bitkilere göre daha büyüktür. Bu özellik poliploid bitkilerin ticari önemini artırır. Bu durum patates, muz, çekirdeksiz karpuz ve elma gibi bitkilerde görülebilir.

➢ Yukarıda bahsedelin bu gelişmeler biyoteknoloji ve gen mühendisliğinin alanına girmektedir. Biyoteknolojinin amacı temel bilimleri ve mühendislik ilkelerini canlı sistemlere uygulayarak hammaddelerin kısa sürede ticari ürünlere dönüşümünü sağlamaktır.

Gen mühendisliği, canlıların kalıtsal yapılarını değiştirerek onlara yeni özellikler kazandırmaya çalışan bir bilim dalıdır.

C. GEN KLONLAMA

Seçilmiş bir genin bir vektör (plazmit veya virüs) içerisine eklenerek bir bakteriye aktarılması ve sonra bu bakteri aracılığı ile pek çok kopyasının üretilmesi işlemine gen klonlaması adı verilir. Genlerin ya da DNA parçalarının klonlanabilmesi için plazmitler kullanılır. Plazmitler, bakterilerde kromozom dışında bulunan ve kendi kendine bölünebilen halkasal yapıdaki küçük DNA’lardır.

Aşağıda bakterilerin kullanıldığı gen klonlaması işleminin basamakları detaylı olarak verilmiştir.

1. İstenilen geni taşıyan DNA molekülü ile vektör olarak kullanılacak olan bakteri plazmidi saf olarak elde edilir.

2. DNA molekülü üzerinde klonlanacak (istenen) gen belirlenir. Vektör olarak kullanılacak plazmit ve klonlanacak olan gen aynı “restriksiyon enzimleri” ile kesilir.

3. Aynı restriksiyon enzimleri ile kesilen klonlanacak gen ve plazmitte oluşan yapışkan uçlar “DNA ligaz” enzimi yardımıyla birleştirilerek rekombinant DNA molekülü elde edilir. Böylece klonlanacak gen vektör olarak kullanılan plazmidin içine yerleşmiş olur.

4. Rekombinant DNA bir bakteri hücresine aktarılarak rekombinant bakteri hücresi oluşturulur.

5. Bakterilerin üremesi ile klonlar oluşturulur ve bunların arasından istenilen klonlar (rekombinant DNA içerenler) seçilir. Seçilen klonlar ile istenilen amaca yönelik değişik uygulamalar yapılabilir.

Rekombinant DNA teknolojisinden sanayi, tarım ve ilaç üretimi gibi birçok alanda yararlanılmaktadır. Aşağıda bu teknolojinin kullanımına ait bazı örnekler verilmiştir.

  • Bitkilere aktarılan bir gen, bu bitkilerin zararlı organizmalara karşı direnç kazanmasını sağlar.
  • Bu yolla elde edilen bakteriler toksik yapıdaki atık maddelerin temizlenmesinde kullanılır.
  • Bu yöntemle üretilen insülin hormonu şeker hastalarında kullanılır.
  • Bu teknoloji ile üretilen enzimler; deterjan, şeker ve peynir üretiminde kullanılır.

Gen mühendisleri kök hücreler üzerinde de çeşitli çalışmalar yapmaktadır. Kök hücreler, kendini yenileme özelliğine sahip olan farklılaşmamış hücrelerdir. Bu hücreler gerek vücut içinde gerekse laboratuvar ortamında bölünerek farklı hücre tiplerine dönüşebilirler.

İnsanlardaki temel kök hücreleri üç çeşittir.

➢ Yetişkin kök hücreleri, vücutta birçok doku ve organda bulunur. Bulundukları dokuda hasar olması durumunda bölünerek hasarı onarırlar.

➢ Embriyonik kök hücreleri, embriyonun erken dönemlerinde elde edilen hücreler olup zamana bağlı olmaksızın çoğalırlar. Sürekli kendini yenileme ve tüm hücrelere dönüşebilme yetenekleri vardır.

➢ Kordon kanından elde edilen kök hücreleri, uygun ortamlarda bekletilir. Bireyin ilerleyen yaşamında ortaya çıkabilecek sağlık sorunlarının tedavisinde kullanılırlar.

D. GEN MÜHENDİSLİĞİ UYGULAMALARININ YARARLARI

Rekombinant DNA tekniği bulunduğu ilk dönemlerde sadece genlerin organizasyonu, düzenlenmesi ve mutasyonlar gibi temeli akademik çalışmalara dayanan araştırmalar için kullanılıyordu. Genetik mühendisleri bu yöntemi endüstride biyoteknoloji adı altında farklı alanlarda uygulayarak, ekonomik değeri yüksek olan birçok ürün elde etmektedirler.

DNA Parmak İzi: Her bireyin DNA nükleotit dizilimi kendine özgüdür. İnsan genomunun bu özelliği dikkate alınarak günümüzde suçluların tespitinde, babalık testlerinde ve toplum sağlığı gibi insanla ilgili birçok araştırmada kullanılan rekombinant DNA tekniğine dayalı DNA parmak izi yöntemi geliştirilmiştir.

Suçların çözülmesi: Adli tıp teknisyenleri moleküler "parmak izi" oluşturmak için kan örneği ya da diğer vücut sıvılarından özütlenmiş eser miktardaki DNA’yı kullanırlar. Bu fotoğraftaki boyalı bantlar DNA parçalarını temsil etmektedir. Bu bantların durumu kişiden kişiye değişir. DNA teknolojisinin adli vakaların çözümünde kullanılması son yıllarda çok yaygın hale gelmiştir.

İnsan genomunda anlamlı ve anlamsız diziler bulunmaktadır. Anlamsız diziler herhangi bir proteini şifrelemeyen ve büyük çoğunluğu tekrar eden DNA dizilerinden oluşmaktadır. Tekrar edilen anlamsız dizilerin sayısı ve baz dizilimi bireyden bireye farklılık gösterir. Bu dizilerin çok az bir kısmı (–15) DNA parmak izi yöntemiyle genetik teşhislerde kullanılmaktadır. DNA parmak izi yönteminin basamakları aşağıda verilmiştir.

  • Bireyden alınan DNA örneği uygun restriksiyon enzimleri ile kesilir.
  • Tekrar edilen DNA parçaları PCR (polimeraz zincir reaksiyonu) yöntemiyle çoğaltılır.
  • Elde edilen DNA parçaları jele yüklenir ve elektroforez tekniği ile DNA’lar büyüklüklerine göre değişik uzaklıkta bantlar oluşturulur.
  • DNA’ya bağlanan bir boyanın ilave edilmesinden sonra, oluşan bantlar ultraviyole ışık altında floresan pembe renkli bir bant oluşturur.

Oluşan bant profiline DNA parmak izi adı verilir. DNA kaynağı olarak bir bireyin hangi dokusu kullanılırsa kullanılsın oluşan DNA parmak izi aynı olur. Fakat bireyden bireye DNA parmak izi farklı olup farklı bant profilleri oluşturur. Günümüzde bu özellik adli vakalarda kullanılarak birçok suçlu tespit edilmektedir. Aşağıda bir cinayet olayının aydınlatılması amacıyla kullanılan DNA parmak izi yöntemi gösterilmiştir.

Bu araştırmada davalının kanı, davalının elbiselerinden alınan kan ve kurbanın kanının DNA parmak izleri çıkarılmıştır. Yukarıda da görüldüğü gibi davalının elbiseleri üzerindeki DNA, kurbanın DNA parmak izine uymakta, ancak davalının DNA parmak izinden farklılık göstermektedir. Bu durum davalının üzerindeki kanın kurbandan geldiğinin yani cinayeti davalının işlediğinin kanıtıdır.

Tıp ve Eczacılıkta Uygulanması: Rekombinant DNA teknolojisi tıp ve eczacılık endüstrisine yeniden şekil vermiştir. Bu teknoloji hem hastalıkların tanısı hem de eczacılık ürünlerinin geliştirilmesinde tıbbi yönden birçok katkı sağlamaktadır. Bu teknoloji genelde protein olmak üzere, yararlı pek çok eczacılık ürünün elde edilmesinde kullanılmaktadır.

Şeker hastalığının tedavisinde kullanılan insülin hormonunun üretimi bu durumun en güzel örneklerinden biridir.

Tarımda Uygulanması: Biyoteknoloji endüstrisi, tarım bitkilerinin besin değerini artırmak, böcek ve herbisitlere karşı direnç sağlayan genleri transfer ederek tarım bitkilerini güçlendirmek için rekombinant DNA metodlarını kullanmaktadır.

Hayvanlarda Uygulanması: Gen mühendisliği çiftlik hayvanlarının tedavisinde kullanılan aşı ve büyüme hormonlarının yapımında rutin olarak kullanılmaktadır. Aynı zamanda bu yöntemler kullanılarak daha kaliteli yüne sahip bir koyun, az yağlı ete sahip bir sığır ya da daha kısa sürede gelişerek süt vermeye başlayan bir inek elde etmek mümkündür.

İnsanlarda Uygulanması: Virüsler kullanılarak hücrelerdeki genlerin bozuk olanları sağlam olanları ile yer değiştirebilir. Bu tekniğe gen terapisi denir. Gen terapisi sayesinde kalıtsal hastalıkların olumsuz etkileri ortadan kaldırılabilir. Böylece genetik hastalıklara sahip insanlar sağlıklı yaşayabilirler.

Kalıtsal hastalıkların kökeninin anlaşılması ve tedavi edilebilmesi, ancak insan genomunun tam anlamıyla deşifre edilmesiyle mümkün olacaktır. Bu amaçla 1990 yılında ABD ve Avrupa ülkelerinin katıldığı “İnsan Genomu Projesi” adı altında büyük bir çalışma başlatılmıştır.

Uluslararası nitelikte olan bu proje üniversite ve araştırma enstitülerindeki 20 araştırma grubunun birlikte finanse edilmesiyle organize edilmiştir. Bu projedeki amaç yaklaşık üç trilyon baz uzunluğundaki haploit (n) insan genomunun DNA dizilimini bularak, gen haritasını çıkartmaktı. Proje 2003 yılında tamamlanmış ve bitmiş dizi yayınlanmıştır. Nükleotit dizilerinin aydınlatılması birçok hastalığın teşhis ve tedavisini kolaylaştıracağı, kalp ve kanser gibi ölümcül hastalıkların daha önceden teşhis edilip önlenebileceği düşünülmektedir.

GENETİĞİ DEĞİŞTİRİLMİŞ ORGANİZMALAR

Bir canlıdaki genetik özelliklerin kopyalanarak, bu özellikleri taşımayan bir canlıya aktarılması sonucunda üretilen canlı organizmalara “Genetiği Değiştirilmiş Organizmalar”, kısaca GDO adı verilir. Daha öncede belirttiğimiz gibi bu yöntemle elde edilen bitkiler zararlı böceklere ve ilaçlara karşı daha dirençli olurlar. Bu da kimyasal böcek ilaçlarının kullanılma oranlarını azaltır. Günümüzde mısır ve pamuğun böceklere, soya ve kanolanın böcek ilaçlarına, papaya ve kabağın da virüslere karşı dirençli olmasında GDO teknolojisi kullanılmaktadır. Ayrıca GDO teknolojisi kullanılarak bitkilerin lezzet, besleyicilik ya da dayanıklılık gibi özellikleri geliştirilmektedir. GDO’lar ve bunlardan elde edilen ürünlerin faydalarına ait örnekler bu şekilde çoğaltılabilir.

  • Yazı Etiketleri :
  • modern genetik uygulamaları
  • Mutasyon
  • genetik
  • rekombinasyon
  • Biyoteknoloji
  • Plazmitler
Sanat felsefesi ve estetik
Yazıyı Oku

Sanat felsefesi ve estetik

Ahlak felsefesi ( etik )
Yazıyı Oku

Ahlak felsefesi ( etik )

Mıknatıslanma, manyetik alan, yerin manyetik alanı ve pusula
Yazıyı Oku

Mıknatıslanma, manyetik alan, yerin manyetik alanı ve pusula

Öykücülük (öykü yazma geleneği) ve öykü türleri
Yazıyı Oku

Öykücülük (öykü yazma geleneği) ve öykü türleri

Gezi yazısı (seyehatname) türünün özellikleri
Yazıyı Oku

Gezi yazısı (seyehatname) türünün özellikleri

Şiir inceleme yöntemi ve aşamaları nelerdir
Yazıyı Oku

Şiir inceleme yöntemi ve aşamaları nelerdir

Menu