Genetik mühendisliğinin çalışma alanları nedir?
Genetik Mühendisliği ve Çalışma Alanları
Canlıların sahip olduğu özellikler ya genler sayesinde aktarılır ya da çevre etkisiyle sonrada kazanılır. Canlıların sahip olduğu özellikleri belirleyen DNA molekülü ve yapısı hakkında araştırmalar yapan bilim dalına moleküler biyoloji denir. DNA’yı oluşturan ve canlıların sahip olduğu özelliklerin aktarılmasını sağlayan genler, genlerin ve genleri oluşturan nükleotitlerin dizilişleri hakkında araştırmalar yapan bilim dalına genetik (gen) mühendisliği denir.
Günümüzde DNA hakkında yapılan araştırmalar, DNA’nın yapısının anlaşılmasını ve genlerin canlıdaki etkilerinin tespit edilmesi konusunda fayda sağlar. Genler üzerinde yapılan çalışmalar, genetik mühendisliğinin temelini oluşturur.
Genetik mühendisliği uygulamaları, insanlığın başta sağlık ve gıda olmak üzere birçok problemini çözmek ümidiyle hızlı bir şekilde ilerlemektedir. Birçok genetik mühendisi, genlerle ilgili anormallikleri düzeltmek üzere çalışmalar yapmaktadır. Bu sayede öncelikle üreme hücrelerindeki zararlı genlerin gelecek kuşağa aktarılmasını önlemek amaçlanmaktadır.
9- Genetik Mühendisliğinin Amacı ve Yapılan Çalışmalar :
Kalıtım (genetik) alanında yapılan çalışmalar ve elde edilen bilgilere göre genetik mühendisliğinin amacı ve yapılan çalışmalar şöyledir:
1- Canlıların özürlerinin giderilmesini sağlamak.
2- İnsandan insana ya da hayvandan insana doku ve organ naklinin yapılması.
• Domuza insan geni nakledilerek domuzun insanlarınki ile aynı organlara sahip olması ve bu organların insanlara nakledilmesi amaçlanmaktadır.
3- Canlıdan canlıya veya hücreden hücreye gen naklinin yapılması ile ya da genlerde yapılan değişiklikler sonucu yeni canlı türlerinin ve üstün özellikli canlıların elde edilmesi.
4- Canlıların sahip oldukları özelliklerin geliştirilmesini sağlamak.
• Daha verimli ve dayanıklı hayvan ve bitki türlerinin ve ürünlerinin elde edilmesi.
• Sebze ve meyve tohumlarının genleri oynanarak daha dayanıklı, daha verimli ve besin gücü daha yüksek olan ve daha hızlı büyüyebilen bitkilerin yetiştirilmesi.
• Zararlı böceklere karşı dirençli bitkiler elde edilmesi. Böylelikle tarımda kullanılan böcek öldürücü ilaçlara gerek kalmamaktadır.
• Mikroplara ve böceklere karşı dirençli olacak şekilde geliştirilmiş bitki çeşitlerinin oluşturulması.
5- Canlıların ömürlerinin uzatılmasını sağlamak.
• Sirke sineğinin genleri değiştirilerek ömürleri uzatılabildi. Ömür uzunluğunu belirleyen genlerin değiştirilmesiyle ömürlerin uzatılması amaçlanmakta).
6- Bedensel ve kalıtsal hastalıklarının tedavi edilmesini sağlamak.
• İnsanlarda cüceliğe sebep olan büyüme hormonunun eksikliğinin giderilmesi. Büyüme hormonu eksikliğini gidermek için büyüme hormonunu sentezleyen gen, bir bakteriye aktarılarak, bakterinin bu hormonu üretmesi sağlanabilmektedir.
• Kanser, AİDS, şeker, yüksek–hiper–tansiyon, renk körlüğü, hemofili gibi. DNA’daki gen dizilişinin bilinmesi ile bu hastalıkların ne zaman ortaya çıkacağı bilinebilir ve hastalık genleri çıkarılarak canlı hastalıklardan kurtulabilir.
7- İnsanların hastalıklardan korunmasının sağlanması.
• Antibiyotikler, hormonlar gibi kimyasal maddelerin üretiminde kullanılmak üzere bazı bitkilerin genetik yapısı değiştirilmektedir.
8- Alkolizm, madde bağımlılığı, suça yatkınlık gibi sorunların, insanın genetik yapısının değiştirilmesi ile ortadan kaldırılmaya çalışılması.
9- DNA parmak izinin çıkartılmasını ve kullanılmasını sağlamak.
10- Genetik kopyalama (klonlama) yapılmasını sağlamak.
11- Gen tedavisi uygulamasının yapılmasını sağlamak.
12- Endüstri ve tarımda, bitki ve hayvan ıslahının (iyileştirilmesinin) sağlanması.
13- Yapay döllenme yapılması.
14- Vücut dışında döllenme (tüp bebek) yapılması.
15- İnsan zekâsının geliştirilmesi ve daha zeki nesillerin yetiştirilmesi.
16- Yeni ekolojik enerji kaynaklarının elde edilmesi.
17- Çevre kirliliğine yol açan maddelerin belirlenmesi ve yok edilmesi (ekoloji ile ilgili).
18- Kimyasal ve biyolojik silahlar ve savaşlara karşı konulması.
19- Canlı vücudu için gerekli olan protein, vitamin ve hormonların ucuz, kolay ve fazla miktarda üretilmesi.
20- İnsanın genetik şifresinin çözümlenmesi.
NOT : 1- İlk genetik mühendisliği uygulamaları bitkilerin direncini artırmak amacıyla
yapılmıştır. İlerleyen yıllarda DNA parmak izi, klonlama, gen tedavisi gibi çalışmalarla bu alandaki araştırmalar devam etmiştir.
a) DNA Parmak İzi :
DNA’larda yer alan bazların dizlimin, (belirli tekniklerle mürekkebe bastırılmış parmak izi gibi bir) izinin çıkarılması işlemine DNA parmak izi denir.
b) Klonlama :
DNA’nın belirli bir bölümünün, genellikle bir genin kopyasını oluşturmak için kullanılan yönteme klonlama (kopyalama = gen klonlaması) denir.
Klonlamada, bir canlıda bulunan ve canlıya ait önemli bir özelliği belirleyen (ürünü sentezleyen) gen, o canlıdan alınıp taşıyıcı bir canlının DNA’sıyla birleştirilerek başka bir hücreye aktarılır ve bu hücre çoğaltılır.
Genetik kopyalama sayesinde bir canlıdan aynı kalıtsal özelliğe sahip yeni canlılar üretilebilir.
Gen klonlanması ilk defa 1975 yılında Köhler ve Milstein tarafından yapılmıştır.
Gen kopyalaması yoluyla DNA’nın tamamının taşınması yani canlının tamamen kopyalanması ilk defa 22 Şubat 1997 yılında İskoçya’nın Edinburgh kentinde bulunan Roslin Enstitüsü’nde Dr.Wilmut tarafından yapılmıştır. Dr.Wilmut bu tarihte koyun kopyalamayı başarmıştır. (Dolly Patron isimli şarkıcıdan ismini almıştır).
Kopyalama olayında üç farklı koyun kullanılmıştır.
• 1. koyunun yumurta hücresinin çekirdeği çıkartılmıştır.
• 2. koyunun vücut hücresinin çekirdeği alınmış ve 1. koyunun yumurta hücresinin içine yerleştirilmiş ve bu hücrenin çoğalması sağlanmıştır.
• Çoğaltılmış vücut hücreleri (klonlar) 3. koyuna (taşıyıcı koyuna) verilmiştir.
• 3. koyunun rahminde gelişen embriyo yavru koyunu (kuzuyu) doğurmuş ve bu kuzuya DOLLY adı verilmiştir.
• Dolly, 2. koyunun yani çekirdeği (ve içindeki DNA’sı) alınan koyunun kopyasıdır.
NOT : 1- Genetik mühendisliğindeki çalışmalar bakteriler ve virüsler üzerinde yapılır.
Bakterilerin tek hücreli olması, çekirdek zarlarının olmaması, DNA’sının üzerinde protein bulunmaması, ucuz ve çabuk üreyebilmeleri nedeniyle deneylerde bakteriler kullanılır. Virüslerin kullanılma nedeni ise hücre içerisine girip çoğalabilmesidir. Gen kopyalaması yapılacağı zaman kopyalanacak gen önce virüs DNA’sına eklenir ve virüs de bakteri hücresine verilir. Virüs bakteri hücresine girince virüsün taşıdığı gen de bakteri DNA’sına girmiş olur. Bakteri hızla bölünüp çoğalınca (10 saatte 1 milyar) bu gende çoğalmış olur. Buna gen klonlaması (kopyalaması) denir. Böylece bu genin kontrol ettiği ürünü bakteriler üretir. Diyabet (şeker) hastalarında bakterilerin ürettiği insülin kullanılır. Virüslerin insan hücrelerindeki kalıtsal hastalıkları tedavi etmesi amaçlanıyor.
c) Gen Tedavisi :
Hastalara tedavi edici genleri aktararak ya da zararlı olan genleri etkisiz hale getirerek (kronik) sağlık problemlerinin çözülmesine gen tedavisi denir.
d) İnsan Genomu Projesi :
İnsan DNA’sının şifresinin çözülerek gen haritasının çıkarılması çalışmalarına genom projesi denir.
Bu projede çıkarılan gen haritası sayesinde şeker, kalp ve kanser hastalığının tedavisi yapılıp, hastalıklar çok önceden teşhis edilip önlenebilecek ve insan yaşamının kalitesi artarak uzayacak.
NOT : 1- Genom projesi üzerinde 10 yıla yakın süredir üzerinde çalışan bilim adamları, insan
genlerinin biyokimyasal şifresinin çözülmesini sağladı.
2- 18 ülkenin destek verdiği Human Genom Projesi, 1990 yılının Ekim ayında başladı. Projenin amacı insanın gen haritasının, yani genetik şifresinin çözülmesini sağlamak ve gen haritasını çıkarmaktı.
3- Gen Haritası Nedir?
Her insanda trilyonlarca hücre var. Hücre çekirdeğinde ise insanın fiziksel ve sağlık durumunu belirleyen kromozomlar, kromozomlarda da DNA’lar var. Buna genetik şifre denir.
4- Gen Haritasının Ne Kadarı Tamamlandı?
DNA’nın şimdiye kadar % 99’u deşifre edildi. Ancak şimdiye kadar bunun sadece % 21,1’inin ne işe yaradığı çözümlendi. % 65,7’si ise ham halde. Bu kısımda kalan DNA alt ünitelerinin sıralanması ve tüm genlerin tamamen deşifre edilmesinin 2003 yılında tamamlanması bekleniyor.
Bu keşif nasıl işimize yarayacak
10- Genetik Mühendisliği Uygulamalarının Sakıncaları :
Genetik mühendislerinin uygulamaları bazı problemleri de beraberinde getirmektedir.
• Ekosistemler zarar görebilir.
– Genetik mühendisliği çalışmaları sonucunda zararlı bir böceğe karşı direnç kazanmış olarak üretilen bir bitkinin polenleri zararlı böceğe karşı direnç oluşturan genleri taşır. Bu genleri taşıyan polenler de yakında büyüyen yabani bitkilere ulaşabilir. Genin bu şekilde yayılımı böceklerin yabani bitkilerle beslenmesini engelleyeceğinden ekosistem içindeki besin ağını bozabilir.
• Sosyal, sağlık ve ahlaki açıdan olumsuz etkiler, vardır.
– Ahlaki yönden;
• Genetik kodlarımızın anlaşılması, insan türünün insan eliyle şekillendirilmesi olasılığını da güçlendiriyor. Biyologlar genomik biliminden yararlanarak yedek parça listesi hazırlayabilirler, ana baba adayları doğmamış çocuklarını ‘ısmarlayabilir’, bilim adamları ellerindeki bilgilerle, istenilen karakterde, vücut yapısında ve bilişsel yetenekte insanlar üretebilir.
• Çocuklarımızı ve kendimizi değiştirmek kolaylaştıkça, değişiklik geçirmemiş olanları kabul etme hoşgörüsünde de azalma görülebilir. Genetik testler yardımıyla zekâ kusurlarının, şişmanlığın, kısa boyun (ve diğer istenmeyen özelliklerin) önceden bilinmesi durumunda, toplumlar, anne ve babası tarafından kusurlarıyla doğmasına izin verilen çocukları küçük görmeye başlayacaklar.
– Bazı hastalık genlerinin başka hastalıklara karşı vücuda direnç sağladığı biliniyor. Örneğin, orak hücre anemisi olarak bilinen bir anemi türü, sıtmaya karşı direnç oluşturuyor. Bu durumda anemiyi yok etmek için genini ortadan kaldırmak, sıtma salgınına yol açar.
– Genom projesinin başlamasıyla sigorta ve insan kaynakları şirketlerinin genetik bilgileri insanların aleyhine kullanacakları doğrultusunda kaygılar artmaktadır. Pek çok insan, ölümcül bir hastalığın genini taşıdığı için sigorta şirketleri tarafından sigorta kapsamından çıkartılabilir. Başka bir kişi, işvereni tarafından aynı gerekçeyle işten atılabilir. (Şu anda ABD’nin otuz dokuz eyaletinde genetik testlere dayanarak sigorta poliçesini düzenlemek; on beş eyalette de genetik testlerden elde edilen sonuçlara göre işten çıkartmalar yasaklandı. Ne var ki yasalardaki açıklardan yararlanan işveren ve sigortacılar, genetik testleri gizliden gizliye incelemeyi sürdürüyor. 1999’da yapılan bir araştırmaya göre ABD’de orta ve küçük ölçekli şirketlerin yüzde otuzu terfi ve işten çıkartmalarda çalışanlarının genetik testlerinden yararlanıyor).
– İnsanlar genlerinin görevlerini öğrendikleri anda başlarına gelen tüm olumsuzlukların suçunu genlerine yükleyecekler. İnsanlarda kadercilik olayı zayıflayacak. (Genler günah keçisi görevini yüklenecek).
SORU : 1- Genetik mühendisliği nedir?
2- Canlıların genetik yapılarının değiştirilmesiyle raf ömrü uzun, zararlı böceklere dayanıklı bitkiler üretilebilir mi?
3- Çizgi filmlerde veya bilim kurgu filmlerinde görülen farklı karakterler bir gün gerçek olabilir mi?
4- Genetik mühendisleri ne tür çalışmalar yapar?
5- Genetik mühendisi olsanız ne tür çalışmalar yapmak isterdiniz?
11- Biyoteknoloji ve Biyoteknoloji Uygulamalarının Sağladığı Yararlar :
Biyolojinin teknolojiye uygulanmasına biyoteknoloji denir. Biyoteknoloji uygulamaları sağlıkta, çeşitli hastalıkların tedavisinde, gıda sanayinde, veterinerlikte endüstri ve tıp alanlarında kullanılır. Bunun için biyoteknolojik yöntemlerle, canlı hücreleri kullanarak çeşitli maddeler üretilir.
Biyoteknoloji uygulamaları sayesinde;
1- Endoskopi cihazıyla sindirim sistemi hastalıkları teşhis edilmiştir.
2- Plastik cerrahide yapay kol ve bacak ile diz ve kalça eklemleri yapılmıştır.
3- Yapay böbrek ve akciğer (diyaliz makinesi ve solunum cihazı) yapılmıştır.
4- Tahlil yapabilen cihazlar yapılmıştır.
5- Şeker (diyabet) hastalığının tedavisinde kullanılan insülin hormonunun bakteriden üretilmiştir. (Daha önce hayvanlardan elde ediliyordu. Zor ve pahalı olduğu için sınırlıydı. Biyoteknoloji ile bakterilerden insülin üretilmesi sağlanmıştır).
6- Hastalıkların tedavisinde (enfeksiyonlara karşı) kullanılan aşı üretildi.
7- Besin değeri yüksek sebze meyvelerin, süt verimi yüksek ineklerin, yumurta verimi yüksek tavukların üretilmesi sağlandı.
8- DNA’daki genlerin değiştirilmesi ve çıkartılması gerçekleştirildi. (Kalıtsal hastalıkların tedavisi ve domuzdan organ nakli için).
9- Gıda sanayinde meyve suyu, süt ürünleri, sirke, alkol, vitamin tabletlerinin üretilmesi sağlandı.
10- Özel koşullara dayanabilen ve vücudu koruyabilen elbiseler, araçlar üretildi. (Yangın, astronot elbisesi).
11- Böcek ilacı, deterjan, parfüm gibi kimyasal maddeler üretildi.
12- Kimyasal silahlar yapıldı.
13- Kirli sularda yaşayan bakteriler, kirli suyu temizleyebilen canlılar haline getirildi.
14- Herhangi bir vitaminin herhangi bir organda üretilmesi sağlandı.
15- Kanser, AIDS gibi birçok hastalığın tedavisi ve önlenmesinde kullanılacak genetik ürünlerin elde edilmesi sağlandı.
16- Büyüme geriliğine ya da bulaşıcı hastalıklara karşı proteinlerin üretilmesi sağlandı.
17- Hasar görmüş beyin hücrelerinin ve omuriliğin onarılması sağlandı.
18- Vitamin tabletleri, meyveli yoğurt üretimi yapıldı.
NOT : 1- İnsan DNA’sında (bir hücredeki 46 kromozomda) 3 milyar baz çifti dizilmiştir.
2- İnsan DNA’sında 40.000-140.000 gen bulunduğu tahmin ediliyor.
3- Genetik kopyalama yapılırken;
• DNA’daki nükleotitler enzimler yardımıyla 50.000-200.000’li gruplara alınır.
• Ayrılan DNA parçaları bakterilere yerleştirilir.
• Bakteriler çoğalınca hepsi aynı DNA parçasını bulundurduğu için klonlar (embriyoya karşılık) elde edilir.
• Baz (nükleotit) dizilişi tamamlanınca klonlama da tamamlanır.
