Biyoteknoloji, Tıpta ve Tarımda Nasıl Kullanılır? Gen Terapisi, GDO ve Daha Fazlası!

Tıp bağlamında biyoteknolojinin birçok uygulama alanı bulunur. Türümüzün genetik yapısına yönelik bilgilerimiz, kalıtsal hastalıkların genetik temeli ve mutant genlerin manipüle edilmesi ve düzeltilmesine yönelik teknolojiler, birçok hastalığın tedavisine yönelik yöntemler yaratmaktadır. Tarım bağlamında ise biyoteknoloji, bitkilerin hastalıklara, haşerelere ve çevresel strese karşı direncini artırma yoluyla hem mahsul verimini, hem de kalitesini iyileştirebilir.

Genetik Tanı ve Gen Tedavisi

Genetik tanı, herhangi bir tedavinin uygulanmasından önce genetik testler yoluyla bozuklukların saptanması sürecini ifade eder. Bir bireyin ailesinde genetik bir hastalığın mevcudiyeti halinde aile üyelerine genetik test yaptırmaları tavsiye edilebilir. Örneğin BRCA genlerinde meydana gelen mutasyonlar, kadınlarda meme ve yumurtalık kanseri başta olmak üzere bazı kanserlerin gelişme olasılığını artırabilir. Meme kanserine yakalanan bir kadında bu mutasyonlar taranabilir; taramanın sonucunda yüksek risk barındıran bir mutasyon ile karşılaşılırsa, akrabaları da söz konusu mutasyon için bir taramaya girebilir veya kanser kontrol sıklıklarını artırabilirler. Genetik testler, aynı zamanda belirli zayıflatıcı hastalıklara sahip ailelerde hastalığa neden olan genlerin bebeklere aktarılıp aktarılmadığını belirlemek adına fetüslere veya in-vitro fertilize embriyolara da uygulanabilmektedir.

Gen terapisi, belirli genetik hastalıkları tedavi etmek için kullanılan, geleceği son derece parlak bir genetik mühendislik tekniğidir. Teknik, ana hatlarıyla genetik bir mutasyon nedeniyle kodlanmayan, bu sebeple bir hastalığa sebep olan bir proteinin yerini alacak, mutasyona uğramamış bir geni genomda rastgele bir noktaya eklemeyi içerir.

Mutasyona uğramamış gen, genellikle konak hücreyi enfekte edebilen ve yabancı DNA'yı hedeflenen hücrenin genomuna aktarabilen adenovirüs gibi bir virüs ile, bir vektör parçası olarak hastalıklı hücrelere ulaştırılır. İnsanlarda günümüze kadar uygulanan gen terapileri deneysel prosedürlerle sınırlı kalmış; bu denemelerin birkaçı başarılı olmuştur. Bununla beraber gen terapisinin temelini oluşturan yöntemler, başarı düzeyini kısıtlayan faktörler teknoloji ve bilimle aşıldıkça önem ve ivme kazanacaktır.

NIH

Aşıların, Antibiyotiklerin ve Hormonların Üretimi

Geleneksel aşı yöntemleri, bağışıklık sistemini uyarmak amacıyla mikroorganizmaların veya virüslerin zayıflatılmış veya inaktif formlarını kullanır. Modern tekniklerde ise mikroorganizmaların belirli genleri, bakterilerle büyük miktarda üretilerek vektörlere klonlanır ve aşılar bu yolla elde edilir. H1N1 grip aşısı gibi bazı örneklerde virüsün sürekli uğradığı değişikliklerle baş etmek için virüsün doğrudan kendisinden klonlanan genler kullanılmaktadır.

Bilinen en iyi örneği belki de penisilin olan antibiyotikler, mikroorganizmalar tarafından doğal olarak üretilmektedir ve bakterileri öldürür. Bununla beraber antibiyotiklerde kullanılan mantar hücreleri tipik olarak antibiyotik bileşiğinin verimini artırmak amacıyla manipüle edilmiş hücrelerdir ve büyük ölçekte imal edilirler.

Rekombinant DNA teknoloji ise 1978 gibi görece erken bir tarihte E. coli'lerde insanlara uygun insülin hormonu üretmek amacıyla kullanılmıştır. Bu atılımdan önce diyabet yalnızca domuz insülini ile tedavi edilmekteydi ve bu insülin molekülünün içerdiği farklılıklar, birçok insanda alerjik reaksiyona sebep oluyordu. Buna ek olarak insan büyüme hormonu veya somatotropin (HGH), çocuklarda gözlemlenen büyüme bozukluklarının tedavisinde kullanılmaktadır. Bu tedavinin temelinde ise HGH geninin bir tamamlayıcı DNA (cDNA) kütüphanesinden kopyalanıp bir bakteri vektörüne klonlanması, ardından E. coli hücrelerine yerleştirilmesi yöntemi yer almaktadır.

Transgenik Hayvanlar

Tıpta kullanılan birçok rekombinant protein bakterilerde üretilebilmektedir; ancak bazı proteinlerin üretilebilmesi için ökaryotik bir konağa ihtiyaç duyulmaktadır. Bu duruma tabi proteinlerin koyun, keçi, tavuk ve fare gibi hayvanlarda klonlanmış ve ifade edilmeleri sağlanmıştır. Bu yolla rekombinant DNA'yı ifade etmesi sağlanan hayvanlara transgenik hayvanlar adı verilmektedir.

I. Moen ve ark.

Gen transferi çalışmaları bazı koyun ve keçi türlerinde gerçekleştirilmiş, bazı insan proteinleri bu türlerin sütlerinde ifade edilmiştir. Örneğin ABD Gıda ve İlaç Dairesi, transgenik keçilerin sütünde kan pıhtılaşmasını önleyici bir proteinin üretilmesine onay vermiştir. Fareler de rekombinant genlerin ve mutasyonların etkilerini konu alan araştırmalarda sıklıkla kullanılmaktadır.

Transgenik (GDO'lu) Bitkiler

Bitkiler insan nüfusu bakımından en önemli gıda kaynağıdır. Çiftçiler de günümüz biyoteknoloji uygulamalarından çok önce yapay seçilim yoluyla arzu edilen özellikleri nesiller boyu seçmiş ve bir bakıma bitkilerin genleriyle oynamıştır. Modern teknolojiler ile bitkilerin DNA'sının değiştirilmesi, bir başka deyişle genetiği değiştirilmiş organizmalar (GDO), bitkilerin hastalıklara, herbisit ve haşerelere daha dirençli olmasını sağlamakta; besin değerlerini artırmakta ve raf ömrünü uzatmaktadır.

Pixabay

Transgenik bitkiler, başkaca türlerden DNA almış bitkilerdir. Doğada karşılaşılan türlere kıyasla eşsiz gen kombinasyonlarına sahip bu bitkiler ve diğer GDO ürünleri, laboratuvar ortamında kısıtlı kalmaması; tarlalarda üretilmesi sebebiyle devlet kurumlarınca yakından takip edilmekte; insan tüketimine uygun olması ve diğer bitki/hayvan türlerine zarar vermemesi için sıkıca denetlenmektedir.

Agrobacterium tumefaciens ile Bitki Dönüşümü

Bitki hücre duvarları daha kalındır; bu kalınlık da bitki hücrelerine yapay yolla DNA eklemeyi hayvan hücrelerine kıyasla çok daha zor hale getirmektedir. Bununla beraber, bitkilere yapay yolla DNA eklemek tabi ki de imkânsız değildir!

Agrobacterium tumeficiens, enfekte ettiği bitki hücresinin genomuna entegre olan genler içeren bir dizi plazmide sahiptir. Bu yolla kendi DNA'sını bitkilere aktarabilen bu bakteri, tümör oluşuma sebep olmaktadır. Araştırmacılar da Agrobacterium'da doğal olarak gerçekleşen bu DNA transferi yöntemini kullanarak, yani bakteri plazmidlerini istedikleri DNA parçasını aktaracak şekilde manipüle ederek, konak bitki genomuna istedikleri geni yerleştirebilmektedir.

Organik bir Böcek İlacı: Bacillus thuringiensis

Bacillus thuringiensis (Bt), bitkilerle beslenen birçok böcek türü için toksik protein kristalleri üreten bir bakteridir. Bt toksinini sindiren böcekler birkaç saat içinde bitkilerden beslenmeye son verir. Toksinin böceklerin bağırsaklarında aktif hale gelmesinin ardından birkaç gün içinde ölüm gerçekleşir.

Bu protein kristalleri de bakteriden klonlanarak bitkilere eklenebilmiş; böylece bitkilerin böceklere karşı son derece etkili olan bu kristalleri üretebilmeleri sağlanmıştır. Çevre için güvenli, insanlar dahil olmak üzere tüm memeliler için zararsız olan bu Bt toksinlerinin doğal bir böcek ilacı olarak kullanımı onaylanmıştır; ancak bu konuda endişeler de yok değildir. Zira böcekler de bakterilerin antibiyotiklere karşı direnç geliştirmesine benzer şekilde Bt toksinine karşı direnç geliştirebilir.

Flavr Savr Domatesi

Piyasaya sürülen ilk genetiği değiştirilmiş ürün, 1994 yılında üretilen Flavr Savr domatesleridir. Bu domateslerde moleküler biyoloji ve genetik biliminin mümkün kıldığı teknolojilerden faydalanılarak mantar enfeksiyonlarının neden olduğu yumuşama ve çürüme süreci yavaşlatılmış; domateslerin raf ömrü uzatılmıştır. Raf ömrünün yanında tadını artırmaya yönelik gen modifikasyonları da uygulanan bu domatesler, maalesef mahsulün bakımı ve nakliyesine ilişkin sorunlar nedeniyle piyasada tutunamamıştır.

Rauf Allahverdiyev

Özet

Genetik testler, hastalığa neden olan genleri tespit etmek amacıyla yapılmaktadır ve bu bağlamda ilgili hastalıklardan etkilenen bireyler ve bu bireylerle benzer genleri paylaşan akrabaları için kayda değer ölçüde tıbbi fayda sağlamaktadır; zira hastalığa neden olan genlerin tespit edilmesini sağlayan genetik testler ve sağlıklı genlerin sağlıksız, mutant genlere işlenmesi yoluyla gerçekleşen gen terapisi, kalıtsal hastalıkların sonunu getirebilecek bir potansiyele sahiptir.

Transgenik organizmalar, farklı türlerden DNA barındıran organizmalardır. Bu DNA'lar, genellikle moleküler klonlama teknikleriyle ilgili organizmalara kazandırılmaktadır. Aşılar, antibiyotikler ve hormonlar, rekombinant DNA teknolojisi ile üretilen ürünlere örnek olarak verilebilir. Bununla beraber bilimsel amaçlarla bazı türlerde hayvanlara gen nakli yapılmıştır ve belirli insan proteinlerini üretmeleri sağlanmıştır.

Bitkiler konusunda ise gen nakli, doğal düzeninde bitkileri enfekte eden Agrobacterium tumefaciens bakterisinin plazmidleri aracılığıyla gerçekleşmektedir. Bu yolla transgenik bitkiler oluşturulmuş; örneğin belirli bitkilere böceklere karşı direnç kazandırılmış, raf ömürleri uzatılmış ve hasat verimliliği artırılmıştır.