• 2018-2019 FEN BİLİMLERİ YILLIK PLANLARI

BİYO – TEKNOLOJİ (Konu özeti)

İNDİR

BİYO – TEKNOLOJİ

Hücre ve doku biyolojisi kültürü, moleküler biyoloji, mikrobiyoloji, genetik, fizyoloji ve biyokimya gibi doğa bilimleri yanında mühendislik ve bilgisayar mühendisliğinden yararlanarak DNA teknolojisiyle bitki, hayvan ve mikroorganizmaları geliştirmek, doğal olarak var olmayan veya ihtiyacımız kadar üretilemeyen yeni ve az bulunan maddeler (ürünleri) elde etmek için kullanılan teknolojilerin tümüne biyo-teknoloji denilmektedir.

Günümüzdeki Biyo-teknoloji Uygulamalarının Olumlu ve Olumsuz Etkileri

Biyo-teknoloji, temel bilim buluşlarını kısa sürede yararlı ticari ürünlere dönüştürebilmesiyle bir anlamda kendi talebini de oluşturur. Bu yönüyle de diğer teknolojilerden ayrılır.

Biyo-teknoloji uygulamaları; mikrobiyoloji, biyokimya, moleküler biyoloji, hücre biyolojisi, immünoloji, protein mühendisliği, enzimoloji ve biyoproses teknolojileri gibi farklı alanları bünyesinde toplar. Bu nedenle de biyo-teknoloji birçok bilimsel disiplinle karşılıklı ilişki içinde gelişir.

Sağlık Alanındaki Yararları

Biyo-teknoloji hastalıkların erken tanımında; tedavi yöntemlerinin geliştirilmesinde; DNA, sentetik aşı endüstrisinin geliştirilmesinde; biyo-teknoloji ile üretilen ilaçların geliştirilmesinde; tedavi amaçlı yapay hücre ve doku oluşturulmasında; organların klonlama yöntemi ile yapılıp saklanmasında; genetik hastalıkların önlenmesi ve azaltılması için kök hücrelerin saklanmasında; kanser hastalıklarıyla ilgili gen tedavisi uygulamalarının geliştirilmesinde kullanılır.

Tarım Alanındaki Yararları

Tarım ürünlerinde verimi etkileyen biyolojik ajanlara karşı (bakteri, virüs, mantar vb.) dayanıklı bitki türleri geliştirme çalışmaları yapılmaktadır. Bu çalışmalarda çevreye zarar veren kimyasal ilaçlar kullanılmadan bitkiler daha verimli hâle getirilmektedir. Bitkilerde faydalı maddeler zenginleştirilerek daha kaliteli ürünler elde edilmektedir. Özellikle buğday, pamuk, yağ bitkileri, domates gibi stratejik önemi olan bitkilerin melezleme yöntemi ile yeni çeşitleri elde edilmekte, yapay tohum olanakları araştırılmaktadır.

Hayvancılık Alanındaki Yararları

Türkiye için özgün olan hayvan ırklarının genomları belirlenerek devamlılığı sağlanmaktadır. Hayvanların daha verimli, daha sağlıklı, daha kaliteli üremelerini sağlamak için modern

tekniklerle çalışmalar yapılmaktadır. Hayvanların daha sağlıklı olması için aşılar üretilmektedir. Daha çok süt, et, yumurta, yağ veren hayvanlar geliştirilmektedir.

Gıda Üretimindeki Yararları

Sağlığa zararlı gıda üretiminin tespiti, önlenmesine ve gıdada zararlı maddelerin tespitine yarayan tekniklerin geliştirilmesine çalışılmaktadır. Genleri ile oynanmış gıdaların dünya standartlarına uygun olması, insan ve çevreye zarar vermemesi, bunlar için yasal denetimler yapılması gereklidir.

Diğer Alanlardaki Yararları

Aşıların geliştirilmesi, hormon üretimi. Kriminal çalışmada DNA analizi. Tarım alanında çeşitli zor şartlara uygun bitki türlerinin geliştirilmesi. Yeni ilaç moleküllerinin geliştirilmesi. Biyo-teknolojinin Zararları

Biyo-teknolojinin en zararlı yönü taraflı olarak kullanıma açık olmasıdır. Örneğin günümüzde üretilen biyolojik silahların pek çoğu biyo-teknoloji kullanılarak yapılmaktadır. Aynı şekilde biyo-teknoloji kullanılarak yapılan GDO’lar (genetiği değiştirilmiş organizma) sebze ve meyve üretiminde kullanılmaktadır. Genetik mühendisliği uygulanmış ürünler potansiyel olarak toksik olup insan sağlığını tehdit edici bir konumdadır.

Yiyecek alerjisi olan kişiler de günlük besin maddelerine eklenen yabancı proteinlerden zarar görebilirler. Çünkü söz konusu proteinler insanlar tarafından şimdiye kadar hiç tüketilmemiştir. Genetiği değiştirilmiş ürünlerin ekili olduğu alanlardan genetiği değiştirilmiş polenler; rüzgâr, yağmur, kuşlar, arılar ve polen taşıyıcı böcekler tarafından hem organik hem de normal tarımın yapıldığı alanlara taşınmakta ve buradaki ekinlerin DNA’sını kirletmektedir.

Organik tarımla uğraşan çiftçiler, genetik kirliliğin kontrol edilemeyeceğini savunmakta ve bunların yaşayan canlılar oldukları için çoğalabileceklerini, göç edebileceklerini, mutasyona uğrayabileceklerini belirtmektedirler. Genetik olarak değiştirilmiş mısırların polenleri Monarch (Monark) kelebeklerinin zehirlenmesine sebep olmaktaydı. Araştırmalar bu tür ürünlerin yararlı böceklere ve topraktaki yararlı mikroorganizmalara belki de kuşlara bile zarar verdiğini ortaya koymuştur. Genetiği değiştirilmiş yiyecekler ve biyo-teknoloji ürünü gıdaların kullanımı 12 000 yıldan beri devam edegelen geleneksel tarım üretimine zarar vermekte, kullanılmakta olan “terminatör teknolojisi” gibi yöntemler tohumların kısırlaşmasına sebep olmaktadır.

Biyo-teknoloji Uygulamalarının Geçmişten Günümüze Gelişimi

İnsanlar, binlerce yıldır, biyokimyasal ve genetik mekanizmaların nasıl işlediğini bilmeden şarap ve bira yapımında fermantasyondan, peynir ve yoğurt yapımında sütün bakteriyle ekşitilmesinden, ekmek yapımında da mayalardan yararlandı.

Maya, ilk kez Sümerler tarafından bira yapımında kullanıldı. Mısırlılar, maya kullanarak ekmek yapmayı keşfettiler. Modern biyo-teknolojinin kökleri yüz yıl öncesine, Louis Pasteur (Lui Pastör), Robert Koch (Robert Koh) ve Gregor Mendel (Gıregor Mendel)’in çalışmalarına uzanmaktadır. Pasteur ve Koch günümüzdeki mikrobiyoloji biliminin temelini atarken Mendel genetik kalıtım yasalarını açıklayan ilk kişi olmuştur. Bu alanlardaki gelişmelere birçok bilim insanı katkıda bulunmuştur.

Sonunda bu gelişmeler 1950’lerin başında tüm genetik biliminin kaynak materyali olan deoksiribonükleik asidin (DNA) keşfedilmesini sağlamıştır. Bundan kısa süre sonra, James Watson (Ceymis Vatsın) ve Francis Crick (Fransis Krik) ilk kez DNA’nın yapısını belirlemiştir. DNA’nın yapısının belirlenmesi genetik özelliklerin doğrudan araştırılmasına imkân sağlamıştır.

Yabancı genlerin bakterilere yerleştirilmesi için kullanılan teknikler ilk kez 1970’lerin başında, San Francisco’daki (San Fransisko) California (Kaliforniya) Üniversitesi, Stanford (Sıtanfırd) Üniversitesi ve Harvard (Harvırd) Üniversitesi’nin de aralarında bulunduğu çeşitli üniversitelerdeki laboratuvarlarda geliştirilmiştir.

Bu gelişmeler biyo-teknoloji devrimine zemin hazırlamıştır. Modern biyo-teknolojinin ilk ürününde, pankreasta üretilen, vücudun kan şekeri (glikoz) konsantrasyonunu düzenlemek için kullandığı bir protein hormonu olan insülin kullanılmıştır.

İnsülin ilk olarak 1920’lerin başında ineklerin ve domuzların pankreaslarından izole edilmiştir. Bu hayvan kaynaklı insülinin diyabetli hastaların tedavisinde etkili olduğu kanıtlanmıştır ve bu insülin hastaların kullanımına sunulmuştur.

Bu faktörler insan hastalıklarına yeni genetik mühendisliği teknikleri uygulamak isteyen küçük bir biyokimyager grubu için insülini ideal bir hedef hâline getirmiştir. 1978’de San Francisco’daki California Üniversitesinde Herbert Boyer’in laboratuvarında insan insülini geninin sentetik bir versiyonu oluşturulmuş ve “Escherichia Coli” adlı bakteriye yerleştirilmiştir. Zamanında, Boyer ve arkadaşlarının gen sentezi yaklaşımı duyulmamıştı.

Fakat bugün, bu yaklaşıma daha sık rastlanmaktadır. Rekombinant insan insülini ilk kez modern

biyo-teknolojinin ilk ürünü olarak 1982’de geliştirilmiştir. Bu ilk başarıdan sonra biyo-teknolojinin insan tıbbına uygulanması olağanüstü bir hızla gelişmiştir. Bundan sonra biyo-teknolojide insan sağlığıyla ilgili pek çok konuda önemli gelişmeler kaydedilmiştir. Bunlardan bazıları şunlardır:

İnsan sağlığına yönelik olarak proteinlerin üretilmesi. Kanser, AIDS gibi bir çok hastalığın tedavisi ve önlenmesinde kullanılacak genetik ürünler elde edilmesi. Çok zor şartlara sahip çevrelerde (sıcak, kurak, tuzlu vb.) yaşayan organizmaların enzimlerini ve biyomoleküllerini saflaştırarak bunların endüstride kullanılması.

Büyüme geriliği gibi sorunlara çare olacak ya da bulaşıcı hastalıklara karşı koyacak proteinlerin üretimi. İnsandaki zararlı genlerin bertaraf edilmesi. Rekombinant ilaç ve aşıları sentezleyecek transgenik bitkilerin geliştirilmesi.

Bazı hormon, antikor, vitamin ve antibiyotiklerin üretilmesi. Aşı, pestisit ve tıbbi bitki üretimi. Hasar görmüş beyin hücrelerinin ve omuriliğin onarımı. Yeni sebze ve meyve üretimi. Organik atıkları metabolize edecek bakterilerin elde edilmesi. Bu uygulamaların pek çoğu günümüzde çok basit bir şekilde yapılmaktadır.

Genetik Mühendisliği Uygulama Alanları

Genlerle anormallikleri düzenlemek. Bitkilerin direncini arttırmak. DNA parmak izi.Klonlama .Gen tedavisi.Türlerin ıslahı.Mikroplara ve böceklere karşı dirençli olacak şekilde geliştirilmiş bitki çeşitleri .İlaç için bitkinin yapısı değiştiriliyor. Kaliteli sağlıklı yiyecekler yapılıyor. Hayvanların insanlar için organ verici olması. Davalarda kullanılması. Soğuğa dayanıklı bitkiler üretilmesi.

Domates gök iken koparılır sonradan kızartılır. Az yağlı patates cipsleri yapılıyor. Genetik mühendisliğinin besin zincirini bozma gibi zararlı etkileri de vardır.

Kısaca Biyoteknoloji ile Genetik Mühendisliğinin Farkı

Biyoteknolojide ticari amaç vardır.. Genlerle ilgili çalışmalar yapılıyor yeni ürünler pazarlanıyor mesela aşı üretilip satılıyor, üzüm çekirdeksiz yapılıp satılıyor gibi…

Genetik mühendisliği ise daha çok bilimsel araştırma geliştirme işleri yapıyor. Mesela yapay organlar oluşturuyorlar, klonlama yapıyorlar, organ nakli gibi….

Genetik mühendisliği araştırır biyoteknoloji geliştirir

Yeniden üretim oluşum ve gen gibi kavramlar var ise genetik mühendisliği, Üretim ve ticari kaygı söz konusu ise biyoteknoloji

Genetik mühendisliği, bilgileri bir ürün elde etmek üzere kullanıldıklarında, ürün ancak biyoteknolojik yöntemlerle günlük hayatın bir parçası olur.

Genetik mühendisi bulur, biyoteknoloji raf ömrü olacak şekilde üretime hazırlar.

Klonlama nedir?

Klonlama, temel olarak, herhangi bir şeyin aynısının kopyalanması anlamına gelmektedir. Klon ise; tek bir bireyden eşeysiz üreme yoluyla üretilmiş, genetik yapısı birbirinin tıpatıp aynı olan canlı topluluğuna karşılık gelen bir biyoloji terimidir.

Genetikte klonlama: DNA’nın belli bir bölümünün, genellikle de bir genin kopyasını oluşturmak için kullanılan yöntemleri kapsayan bir terimdir. Bu yolla oluşturulan DNA parçaları, araştırmalarda kullanılır. Bir canlının DNA’sının onunla eş, yeni bir canlı oluşturmada kullanıldığı yönteme ise genellikle “bedensel hücre çekirdeği aktarımı” denilmektedir.

Bahçecilikte klon yetiştirilmesinin tarihi eski çağlara değin iner. Örneğin bazı elma çeşitlerinde ağaçların her biri mutasyona uğramış tek bir bitkiden üretilmiştir ve genetik yapıları eşittir. Meyve ağaçları ile süs bitkilerinin çoğu bu yöntemle üretilir.

“Klonlama” kavramının geniş kitlelerce duyulmaya başlanması, 1997 yılında Roslin Enstitüsü’ndeki İskoç bilim adamı olan Dr. Wilmut ve ekibinin koyun “Dolly”i üretmeleri ile başlamıştır. Dünya çapında gördüğü ilginin bir kısmı bilimsel gelişim, bir kısmı da etik sorunlar nedeniyledir. Aslında klonlamanın temeli çok daha öncelere, bakteri ile yapılan çalışmalara dayanmaktadır.

“Bedensel hücre çekirdeği aktarımı” yöntemiyle oluşturulmuş embriyoların gelişmesiyle ortaya çıkan canlılardır. Bu yöntemde, yetişkin bir canlıdan alınan hücre çekirdeği, hücre çekirdeği çıkarılmış bir embriyo hücresine aktarılır. 1996 yılında klonlanan Dolly, bu yöntemle ortaya çıkarılan ilk memeli canlıdır.

İribaş (1959), Sazan 1963), Koyun (1996), Şebek (2000), Sığır (2001), Kedi (2001), Katır (2003), At (2003) klonlanan diğer hayvanlardan bazılarıdır.

Genom Projesi

1990 yılında “İnsan Genom Projesi” adı altında büyük bir çalışma başlatılmıştır. Bu projenin temel hedefi insan genomunun tümünün haritalanması ve her bir kromozomun nükleotit diziliminin belirlenmesidir. Nükleotit diziliminin aydınlatılması sonucu hastalıkların teşhis ve tedavisinin kolaylaşacağı; şeker, kanser, kalp gibi hastalıkların önceden teşhis edilip önlenebileceği düşünülmektedir. Ayrıca kişiye özel ilaçlar da yapılabilecektir. Bugün huntington ve orak hücreli anemi verilen kalıtsal hastalıklara yol açan DNA dizilimleri saptanmıştır.

Projenin sunacağı yenilikler, bazı etik tartışmaları da yol açmıştır. Bunları ortadan kaldırmak için ELSİ adı verilen bir program başlatılmıştır.

DNA Parmak İzi

Bilindiği gibi insan genomunda baz dizilimleri tek yumurta ikizleri hariç, her bireyde farklıdır. Bu özellik dikkate alınarak “DNA Parmak İzi” adı verilen bir yöntem geliştirilmiştir. Günümüzde suçlular, DNA parmak izi incelenerek ortaya çıkarılabilmektedir. Bu yöntem ayrıca babalık davaları, bulaşıcı hastalıkların teşhis edilmesi, göçmen sorunları, bitki ve hayvan türlerinin korunması gibi alanlarda da kullanılmaktadır.

ISLAH ÇALIŞMALARI

İnsanlar tarafından daha verimli bitki ve hayvan ırklarının elde edilmesi ıslah çalışması olarak adlandırılır. İnsanlar binlerce yıldan beri geleneksel ıslah çalışmalarını başarıyla yürütmüşlerdir. Bunun için aynı türün farklı özelliklerine sahip bireylerini çaprazlayarak, bazı yönlerden atalarına göre daha üstün özelliklere sahip yavrular elde etmişlerdir. Geleneksel ıslah çalışmalarının bazı eksiklikleri de vardır. Örneğin bu çalışmalarda istenmeyen bazı özellikler de yeni çeşide aktarılabilmektedir. Ayrıca bu çalışmalar çok zaman alır ve istenilen özelliklere sahip kullanışlı bir döl bulabilmek için binlerce melezleme yapılması gerekir. Çalışma aracı olarak elde sadece anne ve babanın DNA’ları olduğu için ıslah amaçlı kullanabilen genetik madde çok kısıtlıdır.

Geleneksel ıslah yönteminin bu olumsuzlukları gen mühendisliği çalışmalarıyla giderilebilmektedir. Bilim insanları istenilen genleri bitki ya da hayvana aktarımını kontrol edebilmekte ve canlıya yeni özellikler kazandırabilmektedir.