Kazanımlar

 F.8.2.5. Biyoteknoloji
Önerilen Süre: 4 ders saati
Konu / Kavramlar: Genetik mühendisliği, yapay seçilim, biyoteknolojik çalışmalar, biyoteknoloji uygulamalarının çevreye etkisi
F.8.2.5.1. Genetik mühendisliğini ve biyoteknolojiyi ilişkilendirir.
Islah, aşılama, gen aktarımı, klonlama, gen tedavisi örnekleri üzerinde durulur.
F.8.2.5.2. Biyoteknolojik uygulamalar kapsamında oluşturulan ikilemlerle bu uygulamaların insanlık için yararlı ve zararlı yönlerini tartışır.
F.8.2.5.3. Gelecekteki genetik mühendisliği ve biyoteknoloji uygulamalarının neler olabileceği hakkında tahminde bulunur.

Biyoteknoloji Nedir?

Biyoteknoloji, canlıların yapılarında çeşitli teknolojiler kullanılarak değişiklikler meydana getiren ve bu sayede ihtiyaç duyulan ürünlerin üretilmesini sağlayan bir teknolojidir.

Kısaca, canlıların ekonomik olarak iyileştirilerek endüstride kullanılmasını sağlar.

Biyoteknoloji; moleküler biyoloji, genetik, fizyoloji, biyokimya gibi bilim dallarının yanı sıra mühendislik ve bilgisayar teknolojisinden de yararlanır.

Ayrıca biyoteknoloji canlı hücreleri ve mikroorganizmaları kullanarak biyolojik tekniklerle endüstri ve tıp alanında materyal üretir. Bu alanda antibiyotik, hormon ve vitamin üretimi yapılabilir. Tarım, hayvancılık, çevre ve madencilik gibi birçok alanda da biyoteknolojiden yararlanılır. Örneğin; tohum veriminin artırılması, böcek ve hastalıklara dirençli bitkilerin elde edilmesi, ineklerde süt veriminin artırılması, yapay yün üretimi, raf ömrü uzun gıdaların ve meyveli yoğurtların üretilmesi biyoteknolojik uygulamalara örnektir.

---

Genetik Mühendisliği ve Biyoteknoloji İlişkisi

Genetik mühendisliği, biyoteknolojinin alt dalıdır. Genetik mühendisliği çalışmaları aynı zamanda biyoteknolojik çalışmalar içerisinde yer alır.

Genetik mühendisleri araştırma ve gen düzenleme çalışmaları yaparken, biyoteknoloji bu çalışmalar sonucunda elde edilen yapılardan ürünler üretir.

Örneğin, genetik mühendisliği çalışmalarıyla bakterilere insanda büyüme hormonu üreten gen aktarılır. Bu gen aktarımı sonucunda bakteriler büyüme hormonu üretir. Ardından biyoteknoloji bu hormonu ilaç hâline getirerek büyüme ve gelişme geriliği görülen çocukların tedavisinde kullanılmasını sağlar.

Kısacası, genetik mühendisliği bilgi ve gen aktarımı sürecini, biyoteknoloji ise bu bilgilerin ürün hâline getirilmesini sağlar.

---

Günlük Hayatta Biyoteknoloji Uygulama Alanları

Biyoteknoloji; gen aktarımı, gen tedavisi, klonlama, yapay seçilim, ıslah, mikroenjeksiyon ve aşılama gibi yöntemlerle hem sağlık hem de tarım ve hayvancılık alanlarında büyük gelişmeler sağlamıştır. Günlük hayatımızda kullandığımız birçok ürün ve hizmet bu çalışmaların sonucudur.

1. Gen Aktarımı

• Bir canlının DNA’sından alınan genin başka bir canlıya aktarılması işlemidir.
• Bu gen, aktarıldığı canlıda da kendi özelliğini gösterir.
• Gen aktarımı bazen farklı türler arasında da yapılabilir.
• Farklı türden gen aktarımı yapılan canlılara transgenetik canlı veya genetiği değiştirilmiş organizma (GDO) denir.
• Gen aktarımının amacı: Yeni canlılara istenilen özelliklerin kazandırılmasıdır.
• Hemofili hastalarında, kanın pıhtılaşmasını sağlayan gen bozuk olduğu için vücut yeterli pıhtılaşma faktörü üretemez. Bu nedenle sağlıklı pıhtılaşma geni (örneğin F8 geni) bakterilere veya hücre kültürlerine aktarılır. Böylece bu genin ürettiği pıhtılaşma faktörü proteini, laboratuvar ortamında sentezlenir ve hemofili tedavisinde ilaç olarak kullanılır.

• Gen aktarımı örnekleri:
  • Bakterilere, insülin hormonu üreten gen aktarılmış ve bu sayede bakterilerden insülin hormonu üretimi sağlanmıştır.
  • Soğuk sularda yaşayan balıklardan alınan antifriz geni, çilek ve domates bitkilerine aktarılmış; böylece bu bitkiler soğuğa dayanıklı hâle getirilmiştir.
  • Plastik atıklarını parçalayan enzimleri üreten gen, bakterilere aktarılmış ve bu sayede bakteriler atık plastikleri parçalayabilir duruma getirilmiştir.
  • Nergis bitkisinde bulunan A vitamini üreten gen, beyaz pirince aktarılmış ve böylece sarı renkli, besin değeri yüksek “Altın Pirinç” elde edilmiştir.

2. Gen Tedavisi

• Genetik mühendisleri tarafından genler üzerinde yapılan bir başka çalışma ise gen tedavisidir.
• Hastalığa neden olan hatalı (mutasyona uğramış) genlerin etkisiz hâle getirilmesi veya düzeltilmesi işlemidir.
• Gen tedavisi amacı: Kalıtsal ve genetik hastalıkların tedavisini sağlamaktır.
• Gen tedavisi yöntemi: Hasta hücreye, hatalı genin etkisini engelleyen sağlıklı gen aktarılır.
• Gelecekte gen tedavisi: Kanser ve birçok kalıtsal hastalığın tedavisinde kullanılabileceği düşünülmektedir.

3. Klonlama

• Bir hücre veya canlının genetik kopyasının yapılması işlemidir.
• Türleri:
  • Üremeye yönelik klonlama: Yeni bir canlı oluşturulur.
  • Hücre üretimine yönelik klonlama: Embriyolardan kök hücre elde edilir.
• Kök hücreler vücudumuzun ana hücreleridir, başka hücrelere dönüşebilme özelliğine sahiptir. Kök hücreler kas, sinir hücrelerine dönüşerek yapay doku üretilmektedir.
• Klonlama yöntemi ile kurbağa, maymun, inek ve koyun gibi canlılar klonlanmış, bu canlıların genetik kopyası yapılmıştır.
• Dünyada ilk klonlanan hayvan Dolly adlı koyundur; 1996’da The Roslin Institute’nde somatik hücre çekirdeği transferi yöntemiyle klonlanmış ve genetik olarak kopyalandığı koyunla tamamen aynı yapıya sahip olmuştur.
  Kaynak: The Roslin Institute
• Türkiye’nin ilk klon koyunu Oyalı, İstanbul Üniversitesi Veteriner Fakültesinde 21 Kasım 2007 tarihinde dünyaya gelmiştir.
  Kaynak: İstanbul Üniversitesi Haber Merkezi

• Bir koyunun klonlama aşaması verilmiştir. Klon kuzunun elde edilmesinde A koyununun çekirdeği kullanılmıştır. Bu nedenle oluşan klon kuzunun genetik yapısı A koyunu ile aynıdır.

4. Yapay Seçilim

• İnsanlar tarafından istenilen özelliklere sahip bireylerin seçilmesi ve bu bireylerin çaprazlanması ile yeni türlerin elde edilmesidir.
• Amaç: Bitki ve hayvanlarda verimi artırmak.
• Örnek:
  • Yabani hardal bitkisinden brokoli, Brüksel lahanası ve karnabahar elde edilmiştir.

5. Islah (Verim Artırma Çalışmaları)

• Bitki ve hayvan türlerinden daha fazla verim alınması amacıyla yapılan biyoteknolojik çalışmadır.
• Geleneksel ıslahla yapay seçilim gerçekleşir.
• Islah Örnekleri:
  • Patlıcan ve muz gibi canlılar ıslah edilerek daha verimli hâle getirilmiştir.
  • Et verimi yüksek inek ile süt verimi yüksek inekten et ve süt verimi yüksek inek ıslah ile elde edilebilir. 
• Amaç: Tarım ve hayvancılıkta verimi artırmak, dayanıklı türler elde etmek.

6. Aşılama

A. Suni Tohumlama (Aşılama Yöntemi)

• Doğal yollarla çocuk sahibi olamayan kişiler, biyoteknolojik yöntemlerden yararlanarak çocuk sahibi olabilir. Bu amaçla tüp bebek ve mikroenjeksiyon teknikleri kullanılır.
• Tüp bebek yönteminde sperm ve yumurta hücreleri laboratuvar ortamında birleştirilir ve oluşan embriyo anne rahmine yerleştirilir.
• Mikroenjeksiyon yönteminde ise sperm hücresi doğrudan yumurta hücresinin içine enjekte edilir. Amaç ise doğal döllenmenin gerçekleşmediği durumlarda döllenmeyi sağlamak.

B. Hastalıklara Karşı Aşılama

• İnsan ve hayvanlarda hastalıklara karşı bağışıklık kazandırmak için aşı uygulanır.
• Aşılar, gücü azaltılmış, ölü veya etkisiz hâle getirilmiş mikroorganizmaları içerir.
• Bu sayede vücut mikrobu tanır ve bağışıklık sistemi savunma geliştirmeyi öğrenir.
• Örneğin, Hepatit B aşısı biyoteknolojik yöntemlerle üretilmektedir.

C. Bitkilerde Aşılama

• Verimli bir bitkiden alınan göz (tomurcuk) veya dal parçası, verimsiz bir bitkiye aktarılır ve burada büyümesi sağlanır.
• Bu yöntem bitkilerde tohumsuz üreme sağlar ve verimi artırmak için kullanılır.
• Aşılama, tarihsel olarak ilk kez Hipokrat döneminde uygulanmıştır.

7. DNA Parmak İzi

• Bir kişinin vücudundan alınan saç, deri veya kemik gibi küçük bir doku parçasından DNA dizilimi belirlenerek oluşturulan benzersiz profildir.
• Olay yerinden bulunan küçük örnekler bile (saç, deri, kan vb.) DNA analizi için yeterlidir.
• Her insanın DNA’sı parmak izi gibi kendine özgüdür.
• Adli olaylarda şüpheli tespiti, babalık testleri ve kalıtsal hastalıkların tanısında DNA parmak izi yöntemi kullanılır.

---

Biyoteknolojinin Olumlu ve Olumsuz Yönleri

Genetik yapısı değiştirilmiş canlılara Genetiği Değiştirilmiş Organizma (GDO) denir. Bir canlının genetik yapısının değişmesi, olumlu etkilere neden olabileceği gibi olumsuz etkilere de neden olabilir.

Biyoteknolojinin Olumlu Yönleri

• Bitkilerde dayanıklılık artar: Genetik mühendisleri bitkilerin genlerine müdahale ederek onları zararlı böceklere veya hastalıklara karşı dirençli hâle getirebilir.
• Besin değeri yüksek ürünler elde edilir: Örneğin, beyaz pirince nergis bitkisinden gen aktarılmış ve böylece A vitamini bakımından zengin “Altın Pirinç” üretilmiştir. Bu pirinç, A vitamini eksikliğinden kaynaklanan gece körlüğü hastalığının azaltılmasına yardımcı olmuştur.
• Raf ömrü uzun gıdalar üretilir: Meyveli yoğurt gibi uzun süre bozulmadan saklanabilen ürünler biyoteknoloji sayesinde yapılır.
• Hayvancılıkta verim artışı sağlanır: Genetik çalışmalar sayesinde süt ve et verimi yüksek hayvan ırkları geliştirilmiştir.
• Sağlık alanında ilerlemeler olur: Antibiyotik, vitamin ve hormon üretimi kolaylaşmıştır. Ayrıca gen tedavisi yöntemiyle bazı kalıtsal hastalıkların tedavisi yapılabilmektedir.
• Çevre temizliği desteklenir: Petrol sızıntıları gibi kirliliklerde, bazı özel bakteriler kullanılarak deniz ve toprak temizliği yapılabilir.

Biyoteknolojinin Olumsuz Yönleri

Doğal çeşitlilik azalabilir: Aynı genetik yapıya sahip ürünlerin yaygınlaşması, bitki ve hayvan türleri arasındaki doğal çeşitliliği azaltabilir.

Alerjik tepkilere neden olabilir: Örneğin, besin değerini artırmak için Brezilya fındığından alınan bir genin soya fasulyesine aktarılması sonucu bazı insanlarda kaşıntı ve kızarıklık gibi alerjik reaksiyonlar görülmüştür.

Ekosistemi olumsuz etkileyebilir: Genetiği değiştirilmiş bitkilerle beslenen böceklerin sayısı azalabilir veya zarar görebilir.

Toprak kirlenmesi yaşanabilir: GDO’lu bitkiler tarafından üretilen toksik maddeler toprağa karışarak toprak canlılarının zarar görmesine yol açabilir.

Gelecekte Biyoteknoloji

• Artan dünya nüfusu, gelecekte gıda yetersizliği ve çevre kirliliği gibi sorunları beraberinde getirebilir.
• Bilim insanları bu sorunları azaltmak için biyoteknoloji alanında önemli çalışmalar yapmaktadır.
• Bu çalışmaların başında topraksız tarım gelir. Topraksız tarım yöntemiyle, bitkiler toprak kullanılmadan yetiştirilebilir. Böylece tarım alanı yetersiz olan bölgelerde bile gıda üretimi yapılabilir.
• Sağlık alanında ise kök hücre araştırmaları ön plandadır. Kök hücrelerle doku ve organ üretimi üzerinde çalışılmakta, bu sayede organ nakli bekleyen hastaların tedavi edilmesi hedeflenmektedir. Ayrıca, genetik hastalıkların oluşmadan önce tespit edilmesi ve tedavi edilmesi yönünde ilerlemeler kaydedilmektedir.
• Gelecekte biyoteknoloji yalnızca tıp ve tarımda değil, çevre alanında da önemli bir rol oynayacaktır. Sera gazlarını yok eden sentetik canlılar geliştirilebilir, böylece küresel ısınmanın etkileri azaltılabilir.
• DNA diziliminin yapay olarak kodlanması sayesinde tamamen yeni ve yapay canlı türlerinin üretilmesi de mümkün hâle gelebilir. Bu teknolojilerin gelişmesiyle birlikte:
  • Klonlama daha yaygın hâle gelebilir,
  • Hasar gören organlar yenileriyle değiştirilebilir,
  • Anne ve babalar istedikleri özellikte bebek sahibi olabilecek düzeye gelebilir,
  • Topraksız ve hatta çiftçisiz gıda üretimi yapılabilir.

Not: Günümüzde insan klonlama, etik sorunlar doğurduğu için birçok ülkede yasaklanmıştır.

Tüm bu gelişmeler, biyoteknolojinin gelecekte insan yaşamını derinden değiştireceğini göstermektedir. Ancak bu teknolojilerin etik, çevresel ve toplumsal etkilerinin dikkatle değerlendirilmesi büyük önem taşır.

---

Keçi Sütünden Örümcek İpeği Üretilebilir mi?

Örümcek ağı, doğadaki en dayanıklı malzemelerden biridir: saç telinden ince, pamuktan hafif, plastikten esnek ve çelikten beş kat daha sağlam. Bilim insanları bu üstün özellikleri taklit edebilmek için örümcek ipeğini yapay yollarla üretmeye çalışıyor.

Bu çalışmaların en ilginçlerinden birinde, örümcekte ipek üretiminden sorumlu gen keçiye aktarılmış ve keçi sütünden elde edilen liflerle örümcek ipeği üretilmiştir. Üretilen bu yapay ipek; dayanıklı, biyobozunur ve doku uyumlu özellikleri sayesinde tıpta (örneğin yapay tendon ve ameliyat ipliklerinde), tekstilde ve savunma sanayinde kullanılmaktadır.

Bu durum canlılar arasında gen aktarımına örnektir ve genetik mühendisliği çalışmasıdır.

Kaynak: TÜBİTAK Bilim ve Teknik Dergisi, Şubat 2010 Sayısı

---