GENETİK MÜHENDİSLİĞİ VE BİYOTEKNOLOJİ UYGULAMALARI

DNA teknolojisinin doğuşu ile gelişen genetik mühendisliği biyolojik araştırmaların yanı sıra ziraat ve biyoteknoloji uygulamalarında da kullanılmıştır. Genetik mühendisliği, bir organizmanın genomunda yapılan değişikliği (gen veya genlerin canlı genomuna eklenmesi veya çıkartılması ) ifade eder ve bu müdahaleler yapılırken rekombinant DNA teknolojisi kullanımını içerir. DNA’nın laboratuvar ortamında değişikliğe uğratılıp yaşayan hücrelere aktarabilmesi sonucu genetiği değiştirilmiş organizmalar(GDO) üretilmektedir. Genetiği değiştirilmiş organizmaların çoğu Biyoteknoloji endüstrisi tarafından geliştirilmektedir.

Biyoteknoloji, herhangi bir canlının yaşam kalitesini artırmada, yaşayan organizma kullanımını esas alır. Biyoteknoloji tarım ve hayvancılıkta benzer amaçlarda kullanılmaktadır. Gen transferi yolu ile büyüme parametrelerinin artırılması, ürün verim ve besin değerlerinin çoğaltılması gibi birçok alana yayılabilecek çalışmalar mevcuttur. Ayrıca biyofarming ( değerli proteinlerin genetiği değiştirilmiş hayvan ve bitkilerde üretilmesi) uygulamalarımda biyoteknoloji kullanılmaktadır. Bu şekilde canlılar biyorektör veya biyofabrika olarak kullanılmaktadır.

Biyoteknoloji insan hastalıklarının teşhis ve tedavisinde büyük öneme sahiptir. Rekombinant DNA teknolojisinin en başarılı ve yaygın uygulaması, biyoteknoloji endüstrisiyle hastalık tedavi edici proteinlerin üretilmesini içeren ürünler gibi rekombinant proteinlerin üretilmesidir. Hedef alınan hastalıklar arasında kanser, arterit, diyabet, kalp hastalıkları ve AIDS gibi enfeksiyon hastalıkları da bulunmaktadır. Mevcut ürünler ve her gün meydana gelen yeni gelişmeler, biyoteknoloji endüstrisini dünya çapında en hızlı gelişen iş gücü haline getirmiştir.

İnsan genleri bakteri plazmitine eklenerek elde edilen rekombinant vektör, konak bakteri hücresine aktarılır. Transforme bakteri çok sayıda üretilerek bakteriyel özütten uygun saflaştırma yöntemleri ile rekombinant insan proteini elde edilebilir. Rekmbinant DNA teknolojileri ile üretilen ilk insan gen ürünü humulin olarak adlandırılan insülindir. İnsülin GENENTECH’deki ( dünyanın ilk biyoteknoloji firması) bilim insanları tarafından 1977’de insülin geninin izole edilip klonlanarak bakteri hücrelerinde üretilmesiyle elde edilmiştir. İnsülin, glukoz metabolizmasını düzenleyen bir kan proteinidir. İnsülin üretemeyen kişilerde diyabet hastalığı görülmektedir. Diyabet dünyada 382 milyon yetişkin insanda görülmektedir(Bu değer IDF tarafından belirlenmiştir.). Rekombinant DNA teknolojisi kullanılmadan önce insülin, mezbahanelerdeki sığır ve domuzların pankreaslarından kimyasal olarak özütleniyordu. Bu teknikle hastalık tedavisine yetecek miktar insülin elde edilemeyeceği gibi iş gücü yüksek ve kontaminasyona yol açan bir tekniktir. İnsülinden çok kısa bir zaman sonra cücelik sorunu çeken çocuklar için insan büyüme hormonu klonlanmıştır.

( İnsan insülin hormonunun rekombinant bir formu olan Humulin ve elde edilme yöntemi)

Transgenik hayvanlarda sentezlenen biyofarmakolojik ürün örneği olarak insan alfa1-antitripsin proteini verilebilir. Bu enzim eksikliği sonucu Avrupalılarda yaygın olarak görülen ve ileri derece ölümcül hastalık olan amfizem meydana gelmektedir. Enzim üretimi için gerekli insan geni, koyun meme bezlerinde süt üretiminden sorumlu hücrelerin transkripsiyonunu özgül olarak artıran promotor bölgeye yakın olacak şekilde bir vektöre klonlanmıştır. Bu promotor bölgeye yakın yerleştirilen genler sadece meme dokularında ifade edilir. Füzyona uğratılmış gen, in vitro koşullarda döllenmiş koyun zigotuna mikroenjeksiyon ile yerleştirilir. Döllenmiş zigot anneye transfer edilir. Böylece transgenik koyun normal olarak gelişir ve yüksek derişimlerde işlevsel alfa1-antitripsin içeren süt üretir. Bir litre sütte 35 gram kadar yüksek bir miktarda bulunmaktadır.

Çiftlik hayvan sütünden özütlenen ve dünyada insan kullanımı için onay alan ilk ilaç antitrombinidir. Antitrombini pıhtılaşma önleyici bir proteindir ve 2006 yılında onay almıştır. Keçide beta kazein promotor bölgesine eklenen insan antitrombini geni, keçi meme bezlerinde antitrombini üretimini sağlamıştır. Bir yıl içerisinde tek keçiden elde edilen antitrombini proteini, geçmiş yıllarda 90.000 kan koleksiyonundan elde edilen miktara eştir.

Rekombinant DNA teknolojisi aşı üretiminde de kullanılmaktadır. Alt-birim aşı olarak üretilen aşılardan ilki karaciğer hasarına neden olan hepatit B virüsüne karşı üretilmiştir. Hepatit B yüzey proteinini kodlayan gen bir maya vektörüne klonlanmış ve çoğaltılmıştır. Protein daha sonra konak hücrelerden saflaştırılmış ve aşı olarak kullanılmak üzere paketlenmiştir.

Bir başka aşı olan Gardasil FDA tarafından onaylanan ilk kanser aşısıdır. Gardasil, servikal kanserlerin yaklaşık %70’inden sorumlu insan papillomavirüs (HPV)’ün dört suşunu hedef almaktadır. Cinsel olarak aktif kadınların büyük bir kısmı HPV’nin bir suşu tarafından enfekte edilmektedir. Gardasil enfeksiyon öncesi etkin bir ilaçtır ve gerekli bağışıklık cevabının oluşturulmasında etkilidir.

Bitkilerde yapılan genetik mühendisliği uygulamaları tarımda yeni bir çağ başlatmıştır. Tarımsal biyoteknoloji ile böceklere,kuraklığa ve herbisitlere dayanıklı, besinsel değeri yüksek ve besin verimi katbekat artmış bitkiler üretilmiştir. Bunlara ek olarak etanol ve biyodizel yakıt üretimi yapan yani sürdürülebilir enerji kaynağı sağlayacak bitkiler de satışa sunulmak üzere geliştirilmişlerdir.

[Güney Amerika’ya özgü Zea canina dğal mısır türü ve seçici ıslah ile elde edilmiş melez ve Zea mays (modern mısır)]

Günümüzde çiftlik hayvanları biyoreaktör olarak kullanılmaktadır. Yani yararlı ve tedavi edici ürün sağlamada işe yaramaktadırlar. Ayrıca süt üretiminin artırılması ve sütün besin dğerinin yükseltilmesi de var olan çalışmalar arasındadır. Çiftlik hayvanlarına uygulanan rekombinant DNA teknolojisi sadece insan yararını değil aynı zamanda canlıyı koruma çalışmalarını da içerir. Bu duruma bir örnek olarak sığırlarda mastisis kontrolü için yapılan çalışmalardır. Mastisis meme bezi enfeksiyonudur ve süt kanallarını tıkayarak hem süt çıkışını engelleyen hem sütü patojen mikroplarla kontamine eder. Mastisis’in en sık görülen sebebi Staphylococcus aureus ile enfeksiyondur. S. simulana’nın lizostafin genine sahip transgenik inekler, S. aureus’un hücre duvarını parçalayabilen doğal antibiyotik üretirler. Böylece transgenik bir yaklaşımla çiftlik hayvanları kısmen korunmuş olur.(Mastisis’e sebep olan farklı patojenler de mevcuttur.)

(Mastitis ile mücadele edebilen transgenik inek)

Bir başka transgenik çiftlik hayvanı EnviroPig’dir. Bu domuzlar fitaz enzimi kodlayan geni tükürük bezlerinde ifade eder. Böylece domuz çiftlikleri besinsel fosforu parçalayabilir ve en önemli kirleticileri olan fosfor atımını azaltmış olurlar. Bu domuzların etleri hakkında henüz yayınlanmış bir rapor olmamasına rağmen transgenik hayvansal gıdalar ne tüketiciler ne gıda tedarikçileri tarafından tercih edilmemektedir.

Artan nüfusa bağlı olarak artan gıda ihtiyaçları, henüz hiçbir tedavisi olmayan binlerce hastalık, mevcut organizmaları koruma çabası ve artırılabilir yaşam kalitesi düşünüldüğü zaman rekombinant DNA teknolojisi bizler için tünelin ucundaki ışık gibidir.