Gen Mühendisliği ve Biyoteknoloji Ders Notları
A. HAYVAN VE BİTKİ ÜRETİMİNDE KULLANILAN ISLAH YÖNTEMLERİ
Gen mühendisleri istenilen özellikte bitki ve hayvan üretebilmek için canlılardan doğal olarak bulunan moleküller bileşikleri kullanırlar. İnsanlığa yarar sağlayacak şekilde organizmaların genetik yapılarını değiştirirler. Gen mühendisleri tarafından genleri değiştirilen canlılara genetiği değiştirilmiş organizmalar (GDO) veya transgenik organizmalar denir.
Gen mühendisliği çalışmaları geleneksel ıslah yöntemlerini birkaç ürün için binlerce eşleme gerektiren ıslahta kullanılan genetik materyallerin sınırlı olması uzun alması gibi olumsuzluklarını giderir.
Yeni ıslah yöntemlerinin genişlemesiyle yüksek kaliteli ve daha fazla ürün elde edilmeye başlamıştır. Islah çalışmalarında tür içi ve türler arasında melezleme yapay dölleme, poliploidi, gen aktarımı ve klonlama gibi yöntemler kullanılır.
İstenilen özellikleri taşıyan, farklı karakterdeki homozigot ırklar arasında çaprazlama yapılarak, üstün melez bireyler elde edilir.
Üstün hayvanlar yetiştirmek için yararlanılan tekniklerden biri de yapay döllemedir. Bunun için üstün özellikler hayvanlardan alınan spermler uzun süre dondurulup saklanarak, uygun zamanda üstün yumurta ile döllenir.
Poliploidi yöntemi ile ekonomik değeri yüksek sebze meyve ve süs bitkileri elde edilir. Hücrelerdeki kromozom sayısını 3n veya daha fazla olmasına poliploidi denir.
Bütün bu gelişmeler biyoteknoloji ve gen mühendisliğinin alanına girmektedir. Biyoteknoloji, biyolojik sistemlerin yada yapıların ürün ve hizmet üretiminde kullanılmasıdır. Biyoteknolojik yöntemle bir canlının belirli özelliklerini şifreleyen genetik bir bilgi başka canlıya aktarılır.
B. BİTKİ VE HAYVANLARDA KLONLAMA
Gen klonlaması, bir genin üzerinde bulunduğu DNA parçasının kopyalanmasıdır. Klonlamada plazmitler kullanılır. Plazmitler, bakteriler kromozom dışında bulunan, kendi kendine bölünebilen küçük halkasal yapıdaki DNA’lardır.
Gen klonlama aşamaları:
1. Klonlamada kullanılacak plazmit, bakteriden ayrıştırılır.
2. Klonlanacak geni taşıyan DNA parçası ve plazmit aynı restriksiyon enzimleriyle kesilir.
3. Ligaz enzimi yardımıyla kesilen plazmit ve klonlanacak genin uçları birleştirilir. Rekombinat (yeni bileşenli) DNA molekülü oluşur.
4. Genetiği değiştirilmiş plazmit tekrar bakteri hücresine aktarılır.
5. Bakteri, klonunu oluşturmak üzere kültürde çoğaltılır. Plazmite aktarılan gen klonlanmış ve yeni hücrelere aktarılmış olur.
1. Bitkilerde Klonlama
Rekombinant DNA teknolojisi bakterilerden sonra bitkiler içinde uygulamaya başlamıştır. İstenilen bazı genlerin izole edildikten sonra bitkilere aktarılabileceğini, bunun için uygun vektörün Agrobacterium turnefaciens bakterisinden elde edilen ve kendini eşleme özelliğine sahip plazmit olduğu bulunmuştur. Bu bakterinin plazmiti konukçu bitki hücresinin çekirdeğindeki DNA’ya katılır. Rekombinant olan plazmit bitki hücresinin enfekte etmekte kullanılır. Bu bitki hücrelerinden doku kültürü yöntemi ile rekombinant DNA taşıyan bitkiler elde edilir.
Bu yöntemle herbisitlere, bitki virüslerine ve böcek öldürücülerine karşı dirençli bitkiler oluşturulmuştur.
2. Hayvanlarda Klonlama
Hayvan hücresine rekombinant DNA’nın aktarımı sonucu genetik yapının değiştirilmesi ile hayvanlara yeni özellikler kazandırılır.
Gen mühendisliği alanında kök hücreler üzerine de çalışmalar yapılmaktadır. Kök hücreler vücudumuzda bütün dokuları ve organları oluşturan ana hücrelerdir. Henüz farklılaşmamış olan bu hücreler sınırsız bölünebilme ve kendini yenileme, organ ve dokulara dönüşebilme yeteneğine sahiptir.
Yetişkin kök hücreler, kordon kanı kök hücreleri, embriyonik kök hücreler günümüzde bilinen üç temel kök hücre kaynaklarıdır.
Günümüzde kök hücre nakli ile iyileştirilebilen hastalıklardan bazıları;
Lenfoma, lösemiler, kellik, anemi, beyin tümörleri, göğüs kanserleri, kalıtsal metabolik bozukluklar.
C. GEN MÜHENDİSLİĞİ UYGULAMALARININ SAĞLADIĞI YARARLAR
Tıp alanındaki uygulamalar: Modern biyoteknolojiden, hem hastalıklara tanı konulmasında hem de çeşitli ilaçların gelişmesinde faydalanılmıştır. Biyoteknolojik olarak ilk insülin hormonu üretilmiştir, daha sonra büyüme ve kalsitonin hormonu üretimi için de uygulanmıştır. Bu yöntemlerin uygulanmasıyla maliyet harcamaları en aza indirilerek daha ucuza ilaç elde edilmesi sağlanmış, hayvanlardan elde edilen ilaçların neden olduğu bazı yan etkiler engellenmiş, ilaç eldesi ve araştırmalar için hayvanların kullanılmasına son verilmiştir.
Hücrelerin virüslere karşı oluşturduğu protein yapılı özel savunma maddesi olan interferon üretimi antibiyotik ve antikor üretimi de bu yöntemle gerçekleştirilmiştir.
Endüstri alanındaki uygulamalar: Endüstriyel ürünlerin yapısında bulunabilen enzimlerin bir kısmı biyoteknolojik yöntemlerle mantar ve bakteriler gibi mikroorganizmalar tarafından hızlı ve ekonomik olarak üretilmektedir. Enzimler çevre kirliliğinin önlenmesinde; besi, bira, malt üretiminde; ilaç, deri, deterjan v.b sanayisinde kullanılmaktadır.
Tarım alanındaki uygulamalar: Biyoteknolojik yöntemler uygulanarak bitkilerde verimlilik ve özellikle tarım zararlarına karşı dayanıklılıkları artırılması hedeflenmiştir. Aynı zamanda bitkinin böcek ilacına, hastalığa, soğuğa, tuza, kuraklığa v.b karşı direncini arttırmak içinde uygulanabilir.
Çevre alanındaki uygulamalar: Gen mühendisleri çevre ile ilgili bazı problemlerin çözümünde mikroorganizmalara gen aktarılması yöntemi kullanmaktadır. Biyolojik mücadelede, suların arıtılması, atık maddelerin değerlendirilmesi, ağır metallerin canlıların kullanımına hazır hale getirilmesinde bu mikroorganizmalar önemli rol oynar.
Genom Projesi: Genetikçiler bir organizmanın genomundaki tüm genleri sistematik olarak tanımlamak ve haritalamak için projeler geliştirmiştir. Genom projelerinin en iyi bilineni ve en büyüğü İnsan Genom Projesi (İGP)dir. Genom projesi de insan DNA’sının baz sırasının bilinmesiyle insanda birçok kalıtsal hastalığın, birçok özelliğin ya da kusurların nedeni ve çözümleri bulunacak, bunlar genomdan temizlenecektir.
DNA Parmak İzi: İnsan genomu oldukça karmaşık bir yapıya sahiptir. Bu nedenle hiçbir birey diğerinin aynısı değildir. İnsanlar arasındaki farklılıklar DNA parmak izi yöntemiyle belirlenebilmektedir.
DNA parmak izi yöntemi günümüzde suçluların tespiti, babalık davaları, göçmen sorunları, safkan köpek ırklarının belirlenmesi, bitki ve hayvan türlerinin korunması çalışmaları dahil çok geniş bir uygulama alanına sahiptir.
Ç. GENETİĞİ DEĞİŞTİRİLMİŞ ORGANİZMALARIN İNSAN SAĞLIĞINA ETKİLERİ
Dünya üzerinde biyoteknolojinin gücünün artmasıyla, genetik mühendisleri, yaşayan organizmaların genetik ana yapısını değiştirmeyi ve elde edilen yeni ürünleri kar amaçlı satmayı hedeflemişlerdir. Bu şekilde dünyadaki açlığın azaltılacağı, hastalıkları tedavi edeceğini, insan sağlığını olumlu etkileyeceğini, tarımda sürekliliğin sağlanabileceğini iddia etmektedirler. Gerçekte yapılan çalışmalarda amaç dünyadaki tohum, gıda, tıbbi ürünler, lifli besin sektörlerini kontrol altına almaktı.
Organizmalar üzerinde yapılan değişiklikler; canlı sağlığı biyolojik çeşitlilik, ekolojik dengenin bozulması, ekonomik bağımlılık açısından önemli tehdit ve riskler taşımaktadır.
Genetik mühendisliği uygulanmış ürünler potansiyel olarak yüksek enerji riski taşıyor, toksin etki oluşturabiliyor, bağışıklık sistemi bozuklukları gibi insan sağlığını ediyor.
İnsanların biyoteknoloji ile ilgili bilinçli olması, gen mühendisliği konusunda yapılan bilimsel denemelerin sonuçlarını doğru değerlendirmek açısından önemlidir.