Genetik Mühendisliği, Biyoteknoloji ve Hayatımıza Etkileri

Canlıların DNA'sındaki şifrelerin çözülmesi ve bu yapının laboratuvar ortamında değiştirilebilir hale gelmesi, biyoloji biliminde yeni ve çığır açıcı alanların doğmasına yol açmıştır. Genetik materyali anlama ve değiştirme yeteneğimiz, tıp, tarım, endüstri ve çevre koruma alanlarında benzersiz fırsatlar sunmaktadır.

Genetik Mühendisliği ve Biyoteknoloji Kavramları

• Genetik Mühendisliği: Canlıların genetik yapısını inceleyen, bu yapıyı değiştirerek onlara yeni özellikler kazandıran, farklı canlılar arasında gen transferi yapan bilim dalıdır. Yani genler üzerinde çalışan ve yeni kombinasyonlar oluşturan mekanizmanın adıdır.
• Biyoteknoloji: Genetik mühendisliğinin yöntemlerini, diğer temel bilimler ve mühendislik disiplinleriyle birleştirerek canlılardan ya da onların ürünlerinden insanlık için yararlı mal ve hizmet üreten teknolojik uygulamaların tümüdür. Kısaca; genetik mühendisi bakteriye insülin genini aktarma işini tasarlar ve yapar, biyoteknolog ise bu bakterileri dev reaktörlerde çoğaltarak seri üretime geçer ve elde edilen insülini saflaştırarak ilaç haline getirir.

Biyoteknolojik Çalışmaların Tarihsel Gelişimi: İnsanoğlu binlerce yıldır maya mantarlarını kullanarak peynir, yoğurt, ekmek, sirke yapmaktadır. Yine daha verimli bitkiler ve güçlü hayvanlar elde etmek için yüzyıllardır aynı türün iyilerini çiftleştirerek yapay seçilim (geleneksel ıslah) yapmaktadır. Ancak geleneksel ıslah yöntemleri çok uzun zaman alır ve istenmeyen genlerin de aktarılmasına yol açabilir. Günümüzde ise Modern Biyoteknoloji kullanılmaktadır. Doğada normalde çiftleşemeyecek farklı türler arasında sadece istenilen genler nokta atışıyla aktarılabilmekte, canlılar klonlanabilmekte ve kök hücre tedavileri yapılabilmektedir.

Genetik Mühendisliği ve Biyoteknoloji Uygulamaları

1. Rekombinant DNA Teknolojisi ve Gen Aktarımı

Farklı biyolojik kaynaklardan elde edilen DNA parçalarının laboratuvarda birleştirilmesiyle oluşturulan yeni DNA molekülüne rekombinant DNA denir. Rekombinant DNA teknolojisinin en yaygın kullanıldığı canlılar bakterilerdir. Bakterilerin çok hızlı üremeleri ve ana DNA'ları dışında plazmit adı verilen küçük halkasal DNA parçalarına sahip olmaları onları ideal bir üretim fabrikası yapar. Örneğin insanlardaki insülin hormonunun üretimi: Eskiden domuz ve sığırlardan zorlukla elde edilen insülin, bugün bakterilerle üretilmektedir. İnsandaki insülin geni "restriksiyon endonükleaz" enzimi ile kesilip çıkarılır. Bakterinin plazmiti de aynı enzimle kesilir. Kesilen insan geni, bakterinin plazmitine "DNA ligaz" enzimi ile yapıştırılır (Rekombinant plazmit oluşur). Bu plazmit bakteriye geri aktarılır. Bakteri bölünüp çoğaldıkça insülin genini de çoğaltır ve kendi proteiniymiş gibi insülin hormonu üretir. Bu yöntemle insan büyüme hormonu ve çeşitli aşılar da üretilmektedir.

Bu şekilde kendi türü dışında başka bir türden gen aktarılarak genetiği değiştirilmiş canlılara Transgenik Canlı (GDO - Genetiği Değiştirilmiş Organizma) adı verilir.

2. Klonlama (Gen ve Canlı Klonlama)

Bir genin veya canlının genetik olarak birebir kopyasının üretilmesidir. Canlı klonlamasının en ünlü örneği 1996 yılında kopyalanan Dolly isimli koyundur. Dolly'nin kopyalanma süreci şöyledir: - A koyununun (yetişkin) meme hücresinden çekirdek çıkarılır (2n kromozomlu kalıtsal bilgi). - B koyununun yumurta hücresinin çekirdeği çıkarılıp atılır. Elimizde içi boşaltılmış, sitoplazması ve zarı olan bir yumurta kalır. - A koyununun çekirdeği, B koyununun boş yumurtasına elektrik şokuyla kaynaştırılır. - Yumurta bölünerek embriyo halini alır ve taşıyıcı anne olan C koyununun rahmine yerleştirilir. - Doğan yavru (Dolly), çekirdek kimden alındıysa (A koyunu) onun genetik ikizidir.

3. Kök Hücre Teknolojisi

Kök hücreler; kendini yenileyebilen ve uygun şartlar sağlandığında kas, sinir, kemik gibi farklı vücut hücrelerine dönüşebilen (farklılaşabilen) ana hücrelerdir. Embriyonik kök hücreler, göbek kordonu ve yetişkin kemik iliğinden elde edilir. Felç, Alzheimer, Parkinson gibi hasarlı doku ve organların tedavisinde yenilenmeyi sağlamak amacıyla kullanılmaktadır.

4. DNA Parmak İzi (DNA Profili)

İnsanların (tek yumurta ikizleri hariç) DNA dizilimleri birbirlerinden farklıdır. Özellikle DNA'da gen şifrelemeyen, anlamlı protein üretmeyen bölgelerdeki baz dizilişlerindeki tekrarlar kişiye özgüdür. Olay yerinde bulunan kan, saç teli, deri döküntüsü, tükürük gibi biyolojik kanıtlardan alınan DNA, PCR (Polimeraz Zincir Reaksiyonu) yöntemiyle çoğaltılır. Elektroferez yöntemiyle ayrıştırılan DNA parçalarının oluşturduğu bantlaşma dizilimi, şüphelilerinkiyle karşılaştırılır. Bu yöntem babalık testlerinde ve kriminal olayların çözümünde kesin sonuç verir.

5. Tarım ve Çevre Uygulamaları

Bitkilere soğuğa, kuraklığa, tuza ve tarım ilaçlarına (herbisit) direnç genleri aktarılarak verim artırılmaktadır. Altın pirinç gibi, normalde A vitamini üretmeyen pirince A vitamini sentezleme geni aktarılarak besin değeri artırılmıştır. Çevre temizliğinde ise denizlere dökülen petrolü parçalayabilen transgenik bakteriler üretilerek biyogüvenlik amaçlı biyoremediyasyon uygulamaları yapılmaktadır.

Biyoteknolojinin İnsan Hayatına Etkisi ve Biyoetik

Biyoteknoloji, açlık sorununa çözüm bulma, çaresiz hastalıklara umut olma ve endüstriyel devrim yaratma potansiyeline sahiptir. Ancak GDO'lu ürünlerin ekosistemdeki doğal türleri yok etme riski, insan sağlığına uzun vadeli alerjik veya toksik etkileri henüz tam olarak öngörülememektedir. Ayrıca genetik testlerin yaygınlaşması, insanların genetik profillerine göre iş bulma veya sigorta yaptırma süreçlerinde ayrımcılığa uğraması (genetik ayrımcılık) gibi biyoetik sorunları doğurmaktadır. Bu nedenle bilim, etik kurallar (Biyoetik) çerçevesinde insanlığın refahı için dikkatlice kullanılmalıdır.