BİYOTEKNOLOJİ VE GEN MÜHENDİSLİĞİ

Biyoteknoloji bilimi, çeşitli mühendislik alanlarını kullanarak bitki, hayvan ve mikroorganizma yapılarını kültür ortamında değiştirip geliştirerek onları dan yeni ürünler elde etmeyi amaçlayan bilim dalıdır. Genetik mühendisliği ise genlerin yalıtılması, çoğaltılması, farklı canlıların genlerinin birleştirilmesi ya da genlerin bir canlıdan başka bir canlıya aktarılması gibi çalışmalar yapar. Başka bir ifadeyle genetik mühendisliği, biyoteknolojinin uygulanmasını içeren çalışmaları kapsar.

Islah Yöntemleri

Günümüzde istenilen özellikte bitki ve hayvan üretebilmek için gen mühendisleri, insanlığa yarar sağlayacak şekilde organizmaların genetik yapılarını değiştirmiştir. Kendi türü dışında başka bir türden gen aktarılarak belli bir özelliği değiştirilmiş canlılara genetiği değiştirilmiş organizma (GDO) veya transgenik organizma denir. Geleneksel ıslah yöntemleriyle istenilen özelliklere sahip canlılar seçilip bunlar bir birleriyle eşleştirilmiştir. Böylece her iki ata bireyin istenilen özellikleri yeni bireyde toplanmış olur. Geleneksel ıslah yöntemlerinin yetersizliği bilim adamlarını modern ıslah yöntemlerine geliştirmeye yöneltmiştir. Modern ıslah yöntemleri olarak tür içi ve türler arası melezleme, yapay döllenme, poliploidi, gen aktarımı ve klonlama kullanılmaktadır.

Melezleme

Uzun süre sadece kendi arasında gen alış verişi yapan ırklar genetik olarak zayıf ırk olarak kabul edilir. Çünkü bu durum zararlı çekinik genlerin yan yana gelmesine (homozigot), dolayısıyla fenotipte etkisini göstermesine sebep olur. Farklı karakterler bakımından homozigot ırklar arasında çaprazlama yaparak üstün özelliklere sahip melez bireyler elde edilebilir. Örneğin küçük ve tatlı erikle büyük ve tatsız eriklerin çaprazlanması sonucunda büyük ve tatlı erikler elde edilmiştir.

Yapay döllenme

Üstün özellikli hayvanlardan alınan spermler, sperm bankalarında saklanarak uygun zamanda üstün özellikli yumurtaları döllemek için kullanılır. Bu yöntemde spermin yumurtayı dölleme şansı daha yüksektir.

Poliploidi

Ekonomik değeri yüksek olan sebzeler ve meyveler poliploidi yöntemiyle elde edilebilir. Hücrelerdeki kromozom sayısının normal türe göre daha fazla olmasına poliploidi denir. Poliploidi aslında bir tür mutasyonla meydana gelir. Bu yüzden bilim adamları poliploit bireyler elde ederken hücreleri mutasyona uğratmaya çalışır. Poliploid bireyler genelde kendi atalarından daha verimli olurlar. Örneğin buğday ve çavdardan elde edilen poliploid bireyler buğdaydan verimliliği, çavdardan dayanıklılığı alır. Çekirdeksiz karpuz poliploidiye örnektir. Poliploidi bitkilerde hayvanlara göre daha sık görülür.

Gen klonlama

Bilim adamları bir genle ilgili çalışabilmek için o genin üzerinde bulunduğu DNA parçasını kopyalar. Buna gen klonlama denir. Bakteriler, hızlı çoğaldıkları için ve basit yapılı oldukları için klonlama çalışmalarında bakterilerden yararlanılır. Genlerin klonlanabilmesi için plazmitler veya virüsler vektör (taşıyıcı) olarak kullanılır. Plazmitler, bakterilerde normal DNA dışında bulunan, kendi kendine eşlenebilen küçük halkasal DNA’lardır.

Gen klonlamanın sıralaması:

1. İstenilen geni taşıyan DNA ile plazmit DNA (taşıyıcı) elde edilir (izole edilir).
2. Klonlanacak geni taşıyan DNA ile plazmit DNA, aynı restriksiyon endonükleaz enzimiyle kesilir.
3. Klonlanacak gen, DNA ligaz enzimi yardımıyla plazmite bağlanır. Böylece rekombinant plazmit elde edilir. (İki canlıya ait genleri taşıyan DNA’ya rekombinant DNA denir).
4. Rekombinant plazmit, bakteriye aktarılır.
5. Ürün kontrolü yapılır (bakterinin ürettiği insülin ile insanın ürettiği insülin karşılaştırılır).

---

Günümüzde Yapılmış Biyoteknolojik Çalışma Örnekleri

---

Kök Hücre

Bölünme yeteneği fazla olan, başka doku ve organlara dönüşebilen farklılaşmamış hücrelere kök hücre denir. Kök hücre, farklılaşmamış ama farklılaşma yeteneği yüksek olan hücredir. Yani başka hücrelere dönüşebilme yeteneği fazladır. Örneğin, sinir hücreleri başka hücrelere dönüşmez zaten farklılaşmış hücrelerdir. Bu yüzden sinir hücresi kök hücre olamaz. Yetişkin kök hücreleri (kemik iliği), kordon kanından elde edilen kök hücreler ve embriyonik kök hücreler günümüzde bilinen üç temel kök hücre kaynağıdır. Örneğin kemik iliğindeki kök hücreler kan hücrelerinin tüm çeşitlerine dönüşebilir. Yetişkin kök hücreleri, vücutta birçok doku ve organda bulunur. Bulundukları bölgedeki hücrelerin hasar görmesi durumunda çoğalarak hasarlı kısmın onarılmasını sağlar.

DNA Parmak İzi

Her bireyin DNA dizilimi (Tek yumurta ikizleri hariç) kendine özgüdür. Buna DNA parmak izi denir. DNA parmak izi suçluların tespitinde kullanılan yaygın bir yöntemdir. Bu yöntemde olay yerinde bulunan kan, tükürük, kıl, tırnak, sindirim artığı ve deri döküntüsü gibi canlı kalıntıları kriminal çalışmalarla incelenerek suçluların bulunması sağlanır. DNA parmak izi dışında bir de normal parmak izi vardır. Normal parmak izi parmak uçlarındaki izlerden elde edilebilir.

Koyun Kopyalanması

Bir hayvanın bütün vücut hücreleri zigotun mitoz bölünmeleriyle oluşur. Yani her bir vücut hücresinde bütün genetik şifreler mevcuttur. Bu da bir hücrenin bir canlıyı oluşturabilme potansiyeline sahip olduğunu düşündürmüştür.

Bir koyunun meme bezlerinden alınan çekirdek başka bir koyuna ait olan ve çekirdeği çıkarılmış olan yumurtaya aktarılmıştır. Böylece elde edilen yapay zigot, taşıyıcı bir koyuna aktarılarak normal gebelik sonucunda DOLLY adlı bir koyun elde edilmiştir. Bu yöntemle bir çok hayvan kopyalanmıştır. İnsan kopyalanması ise yasaktır. Çünkü kopyalanma sırasında oluşan her hangi bir sorun yeni oluşturulan kopya da çeşitli sorunlar oluşturabilir.

Bir hücredeki DNA’nın elde edilip, üzerindeki genin klonlanması sürecinde, sırasıyla aşağıdaki enzimler görev alır;

1. Lizozim Enzimi: Hücre zarı ve çekirdek zarını parçalar böylece ilgili geni taşıyan DNA elde edilir.

2. Restriksiyon endonükleaz: DNA üzerindeki kopyalanacak olan geni keser

3. DNA ligaz: Kopyalanacak geni taşıyıcıya (plazmit) bağlar.

4. DNA polimeraz: Yeni hücrede genin çoğalmasında görev alır yani geni eşler.

Amniyon sentez Yöntemi

Bu yöntemde bir iğne yardımıyla uterusa girilir ve fetüsün etrafını çevreleyen amniyotik sıvıdan yaklaşık 10 ml kadar alınır.Bu sıvı içerdiği kimyasal maddeler bakımından incelenir.Ayrıca sıvıya karışan fetal hücrelerden kültür hazırlanarak, hücrenin kromozomları mikroskopta incelenir (Karyotip analizi). Kromozomların sayısı, yapısı, bantlaşma bölgeleri ve sentromer konumları incelenerek kalıtsal hastalıkların teşhisi yapılır.