Kalıtım ve Genetik: Biyoteknoloji ve Gen Mühendisliği
Kalıtım ve Genetik: Biyoteknoloji ve Gen Mühendisliği
İnsanlar tarım hayatına başladığından beri tarımsal alanda kullanmış oldukları bitkilerin verimini yükseltmiştir. İlk başlarda verim yükseltme işlemi yapay seçilim* ile yaparken günümüzde bu durum; ıslah çalışmalarıyla ve bitkinin genetiğini değiştirmek (GDO) gibi farklı yollarla yapılır.
1) Islah Yöntemleri
Islah çalışmalarını geleneksel ve modern diye ikiye ayırabiliriz. Farklı özelliklere sahip canlıların birbiriyle eşleştirilmesi geleneksel ıslah çalışmasıdır. Modern ıslah çalışmalarında ise; tür içi ve türler arası melezleme, yapay döllenme, poliploidi, gen aktarımı ve klonlama gibi çok gelişmiş teknikler kullanılır.
Melezleme çalışmaları: Farklı karakterler bakımından homozigot ırklar arasında çaprazlama yapılarak yeni bir ırk oluşturma işlemine denir. Böylece her iki ırkında karakterini gösteren ve verimli bir ırk oluşturulmuş olur. Bu işlem aynı zamanda aynı ırktan bireyler içinde yapılabilir. Son cümleye “küçük ve tatlı erik ile, büyük ama ekşi erikten büyük ve tatlı erik üretimi” örneği verilebilir.
Yapay döllenme: Üstün özellikli erkek bireyden alınan spermler, sperm bankalarında bekletilir ve zamanı geldiğinde üstün özellikli yumurtaları döllemek için kullanılır. Bu işleme yapay döllenme denir ve genellikle labaratuar şartlarında yapılır. Yapay döllenmenin başarı oranı gerçek döllenmeden daha fazladır.
Poliploidi: Hücrelerdeki kromozom sayısının 3n veya daha fazla olması durumudur. Bitkilerde görülme oranı hayvanlardan daha fazladır. Poliploid bitkilerin çiçek ve meyveleri diploit bitkilere göre daha büyüktür. Bu özellik poliploid bitkilerin ticari önemini artırır. Bu durum patates, muz, çekirdeksiz karpuz ve elma gibi bitkilerde görülebilir.
Klonlama
Basit Bir Giriş: Gen Klonlanması
Gen kopyalarının elde edilmesi işlemine genin klonlanması denir. Bu işlemde, hızlı çoğalmaları ve küçük bir yapıya sahip olması nedeniyle bakteriler tercih edilir. Bu işlemi şöyle sıralabiliriz.
Kopyalanmak istenen gen ilgili canlıdan enzimler yardımıyla çıkarılır.
Ligaz enzimi yardımıyla iki gen kesilen bölgelerden birbirine eklenir. Oluşan yeni DNA’ya rekombinant (yeni bileşenli) DNA denir.
Rekombinant DNA, alındığı bakteri hücresine aktarılır ve bakteri ilgili genin özelliğini kazanır.
İlgili DNA’yı alan bakteri kültür ortamında bölünür. Böylece yeni DNA’dan bir çok bakteride bulunur.
*: Plazmit, kromozom dışında bakterilerde bulunan küçük halkasal yapıdaki bölünebilen DNA’lardır.
Bu işlem tıpta hormon üretimini gerçekleştirmek için çok sık kullanılır. Örneğin insandan alınan büyüme hormonu DNA’sı bakterilere yukarıdaki işlemle aktarılır. Oluşan yeni bakteriler büyüme hormonunu üretir. Daha sonra üretilen bu büyüme hormonu, büyüme hormonu sentezinde sorun yaşayan insanlara ilaç olarak verillir.
Aynı zamanda bu işlem sayesinde istenilen ürün doğal olarak üretilir. Hem maaliyet azalır hem de doğal bir üretim aşaması olduğu için istenmeyen sonuçlar doğurmaz.
Bitkilerde Klonlanma
Bitkilerin klonlanması çalışmaları yine rekombinant DNA çalışmalarına benzer.
Bakteri plazmiti rekombinant DNA tekniği ile böceklere karşı direnç geni aktarılır.
Bitki yaprağı kesilerek yaralanma bölgesine bakteri bulaştırılır.
Bu bakteri bir takım koşullar sağlanınca rekombinant plazmiti bitki hücresine geçirir. Böylece istenilen gen bitkiye aktarılmış olur.
Genetiği değiştirilmiş bitki hücreleri kültür ortamına alınır ve ortama antibiyotik ile büyüme hormonu ilave edilir. Genetiği değişmemiş hücreler antibiyotik sebebiyle ölürken, genetiği değiştirilerek direnç kazanmış hücreler çoğalır ve yeni bitkiler oluşturur.
Bu yöntemle oluşan bitkiler hem antibiyotiğe hem de böceklere karşı dirençli olur. Sonuçta daha güçlü bitki üretilmiş olur.
Hayvanlarda Klonlanma
Ergin koyunun (A) memesinden bir hücre alınır. Bu somatik hücre genetik olarak bir koyunun oluşması için gerekli bütün genleri içermektedir.
Meme hücresi besin bakımından fakir bir ortama alınarak hücre döngüsü durdurulur. G0 evresine giren hücrenin bütün genleri aktifleşmiş durumdayken çekirdeği çıkarılır.
Başka bir koyundan (B) alınan yumurta hücresinin çekirdeği çıkarılır.
İlk koyundan (A) alınan meme hücresinin çekirdeği, boşaltılmış yumurta hücresinin içine yerleştirilip, elektrik akımı yardımıyla kaynaştırılır. Elektrik akımı aynı zamanda yumurta hücresinin bölünmeye başlamasını uyarır. Mitoz bölünmeler sonucunda erken embriyo oluşur.
Erken embriyo taşıyıcı anne görevini yapacak olan üçüncü bir koyunun (C) rahmine yerleştirilir.
Embriyonik gelişimin tamamlanması ile bir kuzu dünyaya gelir. Bu kuzu genetik olarak meme hücresinin çekirdeği alınan koyunla (A) özdeştir.
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. Lenfoma, lösemiler, kellik, anemi, beyin tümörleri gibi hastalıklar, kök hücre nakli ile iyileştirilebilen hastalıklardan bazılarıdır.
2) Uygulanma Alanları
Biyoteknoloji başta tıp, tarım ve endüstri olmak üzere pek çok alanda kullanılır.
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… 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 gibi değişik zor koşullara karşı direncini arttırmak içinde uygulanabilir.
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.
Genom Projesi
İnsan Genom Projesi’nin temel amacı, insan DNA’sında bulunan 3 milyar kadar baz çiftinin dizilimini ve bunların % 2-5‘ini oluşturan genlerin yerini bulmak. Bu aslında zor bir iş; çünkü insan genomunda kesin sayısı şimdilik bilinmiyor olsa da 40 bin ile 80 bin arasında gen olduğu sanılıyor. Dış görünüşümüzdeki onca farklılığa rağmen, aslında biz insanların kalıtsal yapısı büyük ölçüde birbirine benzer. İnsanların DNA yapılarının %99,9’u ortaktır.
GDO, geneteği değiştirilmiş organizmalar demektir. Organizmaların (genellikle bitkilerin) genetik yapısının değiştirilerek daha besleyici ve doyurucu olmasını sağlamayı amaçlar. Dünya nüfusunun hızla artması sonucu oluşan kıtlıktan insanlığı kurtarmakta önemli bir rolü vardır. Günümüzde mısır ve pamuğun böceklere, soya ve kanolanın böcek ilaçlarına, papaya ve kabağın da virüslere karşı dirençli olmasında GDO teknolojisi kullanılmaktadır.
Konuyu sağlık açısından ele alan bazı bilim insanları, GDO içeren yiyeceklerin insan sağlığına zararlı olabileceğini savunmaktadır. Bu konudaki en önemli sorun gıda alerjileridir. Genetiği değiştirilmiş ürünleri kullanan gıda endüstrileri, sosyal kaygıların tüketicilerin satın almalarını vazgeçirebileceği endişesiyle çoğu kez GDO’lu gıdaları etiketleme isteklerine karşı çıkmaktadır. Fakat bu durum gıda alerjilerinden kaçınan insanlar için büyük sorun teşkil etmektedir. Çünkü alerjik maddeler, genetik mühendisliği yoluyla bireylerin güvenli olduğunu düşündükleri için tüketmekte sakınca görmedikleri besinlere de aktarılabilmektedir.
Bu durumda birey alerjik maddeleri taşıdığını bilmediği besini tüketerek kendini riske atabilmektedir. Örneğin büyük bir tohum şirketi için çalışan genetik mühendisleri, Brezilya ceviz ağacının bir genini soya bitkisine aktararak soya’nın besin değerini artırmışlardır. Fakat daha sonra yapılan incelemeler bu genin insanlarda alerjiye neden olan bir maddenin üretimine neden olduğu sonucunu ortaya koymuştur. Bu gerçeğin farkında olmadan bu ürünü kullanan bazı insanlardaki olumsuz sonuçlar ortaya çıkmıştır.
*=Yapay seçilim: İnsanların bilinçli ve amaçlı olarak bir organizmanın belli özelliklerini seçmesi ve kontrollü olarak yetiştirmesi sürecini anlatan terim. Ancak yapay seçilim bilinçsiz bir şekilde de meydana gelebilir; yabani bitkilerin ilk insanlar tarafından evcilleştirilmesi ve tarıma uygun hale getirilmesinin büyük ölçüde bilinçsiz bir süreç olduğu düşünülmektedir.
