8. Sınıf 2. Ünite Biyoteknoloji Konu Anlatımı

Daha önce Fen Bilimleri LGS 2. Ünite: DNA ve Genetik Kod ünitesi kapsamında

DNA ve Genetik Kod

Kalıtım

Mutasyon ve Modifikasyon

Adaptasyon

konularını öğrenmiştik şimdi sıra Biyoteknoloji konusunda.

Biyoteknoloji konusunu Youtube kanalı üzerinden izleyebilirsiniz. Kanalımıza abone olmayı unutmayın.

Genetik Mühendisliği:

Canlıların kalıtsal özelliklerini değiştirerek canlılara yeni işlevler kazandırmak için araştırmalar yapan bilim dalına genetik mühendisliği denir. Genetik mühendisliği DNA, Gen, Kromozom, Nükleotidler ve Organik Bazlarla ilgili araştırmalar yapar.

Genetik Mühendisliği,

göz rengi, boy uzunluğu, saç şekli, saç rengini

domates, karpuz, çilek gibi bitkilerin renklerini

soğukta yaşayamayan canlıların soğukta yaşamasını

sebze ve meyvelerin büyüklüklerini

sıcak bölgelerde yetişmeyen sebze ve meyvelerin sıcak bölgelerde yetişebilmesi gibi kalıtsal özelliklerini değiştirebilir.

KLONLAMA, GEN TEDAVİSİ, DNA PARMAK İZİ, GEN AKTARIMI ve GENETİĞİ DEĞİŞTİRİLMİŞ ORGANİZMALAR (GDO) genetik mühendisliğinin uygulama alanlarıdır.

Genetik Mühendisliğinin alanı DNA üzerinde yapılan çalışmalarla ilgilidir. Örneğin istenilen genlerin seçilmesi, çoğaltılması, farklı canlılara ait genlerin birleştirilmesi, bir genin başka canlıdan farklı bir canlıya aktarılması ile ilgilenir.

Siz kendinizde veya canlılarda hangi özellikleri değiştirmek isterdiniz? Düşünelim.

Biyoteknoloji:

Biyoteknoloji ise Genetik Mühendisliğinin araştırmalarından yararlanıp onun araştırmaları ile çeşitli ürünler ve teknolojiler geliştiren bir alandır.

Biyoteknoloji Genetik Mühendisliği yöntemlerini araç olarak kullanır.

Biyoteknoloji yaptığı uygulamaların sonucunda bir ÜRÜN elde eder. Bu ürün bir ilaç, tablet, vitamin, meyve ve sebze, tedavi kiti olabilir.

KLONLAMA, GEN TEDAVİSİ, DNA PARMAK İZİ, GEN AKTARIMI ve GENETİĞİ DEĞİŞTİRİLMİŞ ORGANİZMALAR (GDO), TÜR ISLAHI genetik mühendisliğinin uygulama alanlarıdır. Bu yöntemleri kullanarak bir ürün, ilaç, tadavi kiti gibi insanlığa sunulacak teknolojiler elde etmek ise BİYOTEKNOLOJİNİN işidir.

Biyoteknoloji sadece GENETİK MÜHENDİSLİĞİNİN yöntemlerini kullanmaz. BİYOTEKNOLOJİ kapsamlı bir bilim dalı olup birçok alanın bilgilerini aynı anda kullanabilir.

BİYOLOJİ

BİYOKİMYA

MÜHENDİSLİK BİLİMLERİ

KİMYA

KİMYA MÜHENDİSLİĞİ

gibi alanların yöntemlerini de araç olarak kullanabilir.

Genetik Mühendisliği ve Biyoteknolojik Uygulama Örnekleri:

GENETİK MÜHENDİSLİĞİBİYOTEKNOLOJİ
İnsanda insülin hormonu üreten bir genin bir bakteriye aktarılması GENETİK MÜHENDİSLİĞİGenetiği değiştirilmiş bakteriden insülin hormonu üretip bunu ilaç haline getirip şeker hastalarının kullanımına sunmak BİYOTEKNOLOJİnin işidir.
İnsanda cüceliğe sebep olan büyüme hormonu eksikliğini gidermek için BÜYÜME HORMONU SENTEZLEYEN GENİ bakteriye aktarmak GENETİK MÜHENDİSLİĞİNİNGenetiği değiştirilmiş bakteriden BÜYÜME HORMONU ÜRETİP, bunu İLAÇ OLARAK SUNMAK BİYOTEKNOLOJİNİN
Zararlı böceklere karşı DİRENÇLİ BİTKİLERİN ELDE EDİLMESİ için yapılan DNA çalışmaları GENETİK MÜHENDİSLİĞİZararlı böceklere karşı üretilen dayanıklı yeni bitkiler BİYOTEKNOLOJİ
KANSER, AIDS gibi ölümcül hastalıklara karşı yapılan araştırmalar GENETİK MÜHENDİSLİĞİYapılan araştırmalar sonucu KANSER ve AIDS gibi hastalıklara karşı bir tedavi veya ilaç üretilmesi BİYOTEKNOLOJİ
Kutuplarda yaşayan bir balıktan alınan genin DOMATES ve ÇİLEĞE aktarılması GENETİK MÜHENDİSLİĞİSoğukta yetişebilen domates ve çilek tohumlarının üretimi BİYOTEKNOLOJİ
Plastik gibi denizlere zarar veren maddelerin önlenmesi için PLASTİK ATIKLARIN SİNDİRİLMESİNİ SAĞLANAN GENİN KİRLİ SULARDA YAŞAYAN BAKTERİLERE AKTARILMASI GENETİK MÜHENDİSLİĞİKirli sularda yaşayan ve plastik tüketebilen bakterilerin yetiştirilmesi BİYOTEKNOLOJİ
Beyaz Pirinçteki A vitaminini arttırmak için Beyaz Pirince Nergis ve Bir Bakteri geni aktarılması GENETİK MÜHENDİSLİĞİYeni yetişen pirincin A vitamini üretmesi ve bunu paketleyip piyasaya sunmak BİYOTEKNOLOJİ
Ateş böceklerinin ışık saçmasını sağlayan genin Tütün Bitkisine aktarılması Genetik MühendisliğiTütün bitkisinin ateş böceği gibi ışık üretmesi ve ışık saçan tütün bitkilerini üretmek ve pazarlamak BİYOTEKNOLOJİ
Çilek DNA’sının Yoğurt Bakterilerine aktarılması Genetik MühendisliğiMeyveli Yoğurt üretimi ve pazarlanması Biyoteknoloji

DİKKAT: Genetik mühendisliği ile biyoteknoloji iç içe geçmiş bilim dallarıdır. Tam ayrımı yapılamasa da en önemli farkı BİYOTEKNOLOJİ sonucunda bir üretimin olmasıdır. Aklınıza TEKNOLOJİ‘nin sürekli üretim yapması ve kullanacağımız araç gereçler tasarlamasından gelebilir.

BİYOTEKNOLOJİ UYGULAMA ÇEŞİTLERİ:

Biyoteknolojik uygulamalar KLASİK BİYOTEKNOLOJİK UYGULAMALAR ve MODERN BİYOTEKNOLOJİK UYGULAMALAR olarak ikiye ayrılır.

KLASİK BİYOTEKNOLOJİ:

Klasik biyoteknolojik yöntemler, yüzyıllardır insanların bakımını üstlendikleri canlıların yapay seçilim ile seçilmesini yani geleneksel ıslah çalışmalarını kapsar.

Geleneksel Islah:

İstenilen özelliklere sahip canlıların seçilmesi ve bu canlılardan yeni bireylerin oluşturulmasına yönelik bir süreçtir.

Örneğin insanlar uzun yıllar boyunca daha hızlı koşan atlar elde etmek için uzun bacaklı atları çiftleştirmişlerdir.

Örneğin Mısır ilk bulunduğunda boyu 10 ile 13 cm arasında değişiyormuş fakat insanlar mısırların uzun ve geniş olanlarının tohumlarını ekerek daha uzun ve geniş mısırlar elde etmeyi amaçlamışlar.

Örneğin Yabani Lahana bitkisi yüzyıllar boyunca geleneksel ıslah yöntemleri ile geliştirilerek şimdilerde yediğimiz BROKOLİ, KARNIBAHAR ve LAHANA gibi bitkilerin oluşması sağlandı.

Örneğin bozulmaya karşı daha dayanıklı bezelyeler üretmek için KÜF DİRENÇLİ BEZELYELER tozlaştırılıp daha dayanıklı bezelyeler elde edilmeye çalışılmıştır.

Örneğin daha dayanıklı buğday üretmek için Tuza Karşı Hassas olan buğdaylar Tuza karşı daha dirençli olan buğdaylar ile beraber Tuza Daha Dayanıklı hale getirilmiştir. Çünkü Buğdaylar topraktaki tuz oranı arttığında daha az ürün vermektedir.

Geleneksel ıslah çalışmalarında

İstenilen ürün çeşidi çok uzun zaman sonra ortaya çıkar,

İstenilen özelliklerle beraber istenmeyen özellikler de aktarılabileceği için

verim düşüktür.

Yapay Seçilim:

İnsanlar tarafından lezzetli, dayanıklı veya daha hızlı koşabilen özelliklere sahip ırkların seçilip bunların çoğaltılmasının sağlanmasına YAPAY SEÇİLİM denir.

Yapay seçilim ile günümüzde yediğimiz birçok bitki daha lezzetli hale getirilmiştir. Bolca tükettiğimiz mısır, buğday, lahana ve soya fasülyesi yapay seçilim sonucu daha verimli ve lezzetli hale getirilmiştir.

Aynı zamanda bazı hayvanlar evcilleştirilmiş ve insanlarla daha çok vakit geçirmeye başlamıştır. Hayvanların evcilleştirilmesi de bir yapay seçilimdir.

MODERN BİYOTEKNOLOJİ:

Modern biyoteknololji ise Genetik Bilimi, Biyoloji, Kimya ve Mühendislik dalları gibi çeşitli bilimler bir arada kullanılarak yapılan ıslah ve seçilim çalışmaları yapar.

Modern biyoteknolojide hastalık tanı ve tedavi kitlerinin üretilmesi, gıdaların daha lezzetli hale getirilmesi, suların arıtılıp daha lezzetli hale getirilmesi, suçluların yakalanması, insülin ve büyüme hormonu gibi hormonların üretimi, aşıların geliştirilmesi, böceklere dayanıklı tarım ürünlerinin üretilmesi MODERN BİYOTEKNOLOJİNİN işidir.

Modern Biyoteknoloji Klasik Biyoteknolojiye göre daha hızlı sonuç verir ve daha verimli ürünler elde edilir.

GENETİK MÜHENDİSLİĞİ UYGULAMALARI:

Gen Aktarımı:

Bir canlının DNA’sında bulunan genin başka bir canlının DNA’sındaki gene aktarılması işlemine GEN AKTARIMI denir.

Gen aktarımı GENETİK MÜHENDİSLER tarafından yapılır.

Gen aktarımında aktarılan gen o canlıya da aynı özelliği kazandırılır.

GEN AKTARIMI ÖRNEKLERİ:

Gen aktarımının tarihteki ilk örneği insanlar gibi insulin üreten bakterilerdir. İnsandan alınan insülin üretme geni bakterilere aktarılarak bakterilerin de insanlar gibi insülin üretmesi sağlanmıştır.

REKOMBİNANT DNA TEKNOLOJİSİ

GENETİK MÜHENDİSLİĞİNİN ÇALIŞMA ALANI OLAN REKOMBİNANT DNA TEKNOLOJİSİ, Farklı türlerden alınan DNA parçalarının kesilip yeniden birleştirilmesiyle yeni DNA parçası oluşturulmasıdır. Rekombinant DNA doğada doğal olarak bulunmayan farklı canlılardan alınarak oluşturulmuş yeni bir DNA’dır. rDNA olarak da bilinir.

CRISPR-Cas9

Emmanuelle Charpentier ve Jennifer Doudna, CRISPR-Cas9 genom düzenlemesini keşfetmeleri ve geliştirmeleri nedeniyle 2020 Nobel Kimya Ödülü’ne layık görüldü.

CRISPR-Cas9 genetik mühendisleri ve tıp araştırmacılarının, DNA’nın çeşitli kısımlarına ekleme, çıkarma ya da DNA dizilimininde değişim yapmalarına olanak veren bir teknolojidir.

Daha önceki gen düzenleme tekniklerinden daha hızlı, daha ucuz ve daha yüksek doğruluk payı olması nedeniyle bilim camiası tarafından yüksek ilgi görmektedir.

CRISPR-Cas9 ile nasıl gen düzenlemesi nasıl ortaya çıktı?

Charpentier, 2002 yılında Viyana Üniversitesinde Streptococcus pyogenes türü bakteriler üzerine çalışmalar yapıyordu. “Et yiyiciler” olarak da bilinen bu bakteriler, insanlar için en tehlikeli patojenlerden (hastalık yapıcı mikroorganizmalar ve virüsler) biridir. Yumuşak dokuları parçalarlar ve kan zehirlenmesi yoluyla öldürebilirler. Charpentier bakterilerin gen sistemini incelerken ilginç bir gözlem yapmıştı. Daha sonraları kısaca CRISPR olarak adlandırılan bir DNA parçasında belirli bir gen dizisi defalarca tekrar ediyordu. Daha da ilginç olanı, tekrar eden kısımlar arasındaki DNA dizilerinin bilinen çeşitli virüslerin DNA’sıyla aynı olmasıydı. Charpetier, CRISPR’ın bakterinin virüslere karşı geliştirdiği bağışıklık sisteminin bir parçası olabileceğini düşündü. Keşfini bu konularda uzman olan Jennifer Doudna ile paylaştı ve iki araştırmacı gen düzenleme yönteminin keşfine giden yolda beraber ilerlemeye başladılar.

CRISPR-Cas9 nasıl işler?

Bakteri, içine virüs girdikten sonra, eğer ölmeyip sağ kalmayı başarırsa önce virüsün genetik malzemesinin bir kopyasını CRISPR’a (DNA’sına) ekliyor,

Daha sonra içinde Cas9 proteinin de yer aldığı bir süreçle virüsün DNA’sını kesip ikiye bölebilecek bir “gen makası” üretiyordu.

Bu gen makası virüs bir kez daha bakteri içerisine girdiğinde devreye giriyor ve virüsün DNA’sını parçalayabiliyordu. Böylece Bakteri virüse karşı bağışıklık kazanmış oluyor ve virüsten etkilenmiyor.

Araştırmacılar keşfettikleri mekanizmayı basitleştirerek herhangi bir DNA dizisini kesmek için tasarlanmış gen makasları üretebileceklerini düşündüler. İlk deneyler olumlu sonuç verdi. Doudna’nın laboratuvarında üretilmiş bir geni alıp bu genin beş ayrı bölgesi için tasarlanmış beş ayrı gen makası üretmeyi başardılar.

Charpetier ve Doudna 2012 yılında CRISPR/Cas9 ile ilgili makalelerini yayımladıktan kısa bir süre sonra çeşitli araştırma grupları bu yöntemin fare ve insan hücrelerindeki genleri düzenlemek için de kullanılabileceğini gösterdi. Daha önceleri hücrelerdeki genleri düzenlemek aşırı zaman alan hatta bazen imkânsız bir işti. Artık CRISPR/Cas9 yöntemiyle herhangi bir gen kolaylıkla kesilebiliyor ve hücrenin kendi DNA onarma mekanizmalarından yararlanılarak arzu edildiği gibi yeniden yazılabiliyor.

Aradan geçen sekiz yılda CRISPR/Cas9 gen düzenleme yöntemi çeşitli alanlarda kullanılmaya başlandı. Örneğin genlerinde değişiklikler yapılarak bitkilere yeni özellikler kazandırılabiliyor. Kanser ve çeşitli kalıtsal hastalıkların tedavisi için bu yöntemden yararlanılarak yeni tedaviler geliştiriliyor. Gen makaslarını vücuda aktarmak için virüslerin kullanıldığı yöntemler var. Vücuttaki hücrelerin genlerine müdahale edilerek hastalıkların tedavi edilmesi için çalışmalar yapılıyor.

Kaynak: https://bilimgenc.tubitak.gov.tr/nobel-kimya-odulu-2020

Kaynak: https://www.nobelprize.org/uploads/2020/10/popular-chemistryprize2020.pdf

Gen Aktarımı Örnekleri:

Dil balığındaki donmayı önleyen gen Alabalıklara aktarılarak Alabalıkların da soğuk sularda yaşaması sağlanmıştır.

Plastik gibi denizlere zarar veren maddelerin önlenmesi için PLASTİK ATIKLARIN SİNDİRİLMESİNİ SAĞLAYAN ENZİM GENİ KİRLİ SULARDA YAŞAYAN BAKTERİLERE AKTARILARAK plastik tüketen bakteriler elde edilmek istenmiştir.

Ateş böceklerinin ışık saçmasını sağlayan gen, Tütün Bitkisine aktarılarak Tütün Bitkisinin ışık saçması sağlanmıştır.

Çilek DNA’sındaki gen yoğurt bakterilerine aktarılarak Çilekli Yoğurt üreten bakterilerin üretilmesi sağlanmıştır.

Kutuplarda yaşayan bir balıktan alınan genin domates ve çileğe aktarılarak bu ürünlerin soğuk iklimde de yetişmesi sağlanmıştır.

İnsanda insülin üretiminden sorumlu gen bakterilere aktarılarak bakterilerin insülin üretmesi sağlanmıştır.

Gen Tedavisi:

İnsanlarda hastalık yaratan genlerin tedavisi veya hastalığı önlemek amacı ile tedavi edici genlerin hastanın hücrelerine, dokularına veya organlarına aktarılması işlemine gen tedavisi denir.

Gen tedavisi uygulanırken tedavi edici geni taşıyan ve programlanmış mikroskobik canlılar kullanılabilir.

Gen tedavisi ile üretilen ve hücrelere sağlıklı genler taşıyan ilaçlar:

Sorunlu genlerin çalışmasını engelleyen gen tedavilerinden bazıları da şunlar:

Kaynak: https://bilimgenc.tubitak.gov.tr/makale/hastaliklari-genlerle-tedavi-etmek

Klonlama:

Seçilen bir canlının ya da canlının bir özelliğinin kopyasının üretilmesine KLONLAMA denir.

Örneğin Dr. Ian Wilmut tarafından 1996 yılında, Dolly isimli bir koyun klonlanmıştır. Doktor istediği özelliğe sahip koyunun kopyasını oluşturmak için İSTENİLEN KOYUNUN VÜCUT HÜCRESİNİN ÇEKİRDEĞİNİ çıkartmış,

BU ÇEKİRDEĞİ başka bir koyundan aldığı çekirdeği çıkartılmış yumurta hücresine yerleştirmiştir. Daha sonra elde ettiği bu yumurta hücresini BAŞKA BİR KOYUNUN rahmine yerleştirerek VÜCUT HÜCRESİNİN ÇEKİRDEĞİNİ ÇIKARTTIĞI yani İSTEDİĞİ KOYUNUN KOPYASINI üretmiştir.

Dr Ian Wilmut’un yaptığı çalışmayı şekil üzerinde inceleyelim:

Tüp Bebek Yöntemi:

Özellikle çocuk sahibi olamayan çiftler için geliştirilmiş bu yöntem gebelik şansını arttırmak ve çocuk sahibi olmak için kullanılmaktadır.

Tüp Bebek Yönteminde Tedavi:

Anne rahminden alınan YUMURTA HÜCRELERİ, Babadan alınan SPERM HÜCRELERİ ile laboratuar ortamında döllendirilerek anne rahmine yerleştirilir.

Ancak bazı durumlarda babadan alınan sperm hücreleri yumurta hücrelerini dölleyemediği zamanlarda, özel bir aşı ile sperm hücresinin genetik bilgisi yumurta hücrelerine aktarılır. Bu yönteme de AŞILAMA yöntemi veya MİKRO ENJEKSİYON denir.

Aşılama daha çok sperme ait bozukluklarda veya yumurta hücre zarının kalın olduğu durumlarda yapılır.

DNA Parmak İzi:

DNA dizisindeki kişiye özgü sıralamaları analiz ederek bir DNA örneğinin kime ait olduğunu belirlemeye yarayan yönteme DNA parmak izi denir. DNA TESTİ olarak da bilinir.

Herhangi iki insanın DNA’sı yaklaşık %99,9 oranında benzerlik gösterir. Ancak geri kalan kısmı her insana özgü nükleotidler içerir. DNA parmak izi de her insana özgü DNA dizilimini belirleyerek
-Suçluların tespitinde,
-Babalık davalarında,
-Bitki ve hayvanların ırklarının belirlenmesinde kullanılır.

DNA parmak izinin normal PARMAK İZİ ile alakası yoktur.

Cinayet yerinde suçlunun saç teli veya deri kalıntısı tespit edilirse DNA Parmak izi ile suçlunun kimliği tespit edilebilir.

BİYOTEKNOLOJİNİN YARARLARI VE ZARARLARI:

BİYOTEKNOLOJİNİN YARARLARI:

Daha dayanıklı ve verimli bitkiler elde ederek tarımda ilaçlamanın önüne geçilebilir.

Çevreye zarar veren plastik gibi atıkları tüketen bakteriler üretilerek çevre kirliliği veya su kirliliği azaltılabilir.

Besinlerin alerjik özellikleri azaltılabilir.

Nesli tükenme tehlikesinde olan canlılar klonlanabilir ve ekolojik denge sağlanabilir.

İnsülin hormonu üretimi ile şeker hastalarının tedavisi, büyüme hormonu ile cücelik hastalığının tedavisi gerçekleştirilebilir.

Aşı, ilaç ve antibiyotiklerin geliştirilmesi.

İnsanlarda hastalığa sebep olan genlerin belirlenip bunların değiştirilmesi.

Yapay doku ve organların üretilmesi.

Gen aktarımı ile fotosentez yapabilen yeni tür bakterilerin üretilmesi.

Kök hücre nakli.

Daha lezzetli ürünlerin üretilmesi sağlanmıştır.

Sebze ve meyvelerin raf ömrü uzamıştır.

Meyveli yoğur üretimi.

BİYOTEKNOLOJİNİN ZARARLARI:

Ekolojik dengenin bozulmasına sebep olabilir.

Besin zincirinin bozulmasına sebep olabilir.

Biyolojik çeşitliliği azaltabilir.

Biyoteknoloji ile üretilen yeni ürünler alerjiye sebep olabilir. Örneğin fıstığa alerjisi olan biri fıstık geni aktarılarak üretilen bir besini yediğinde o besine karşı da alerji üretmiş olur.

GELECEKTEKİ BİYOTEKNOLOJİK YÖNTEMLER:

VÜcudumuzdaki kanserli hücreleri yakalayıp yok edebilen bakteriler üretilebilir.

Kimyasal atıklar ile beslenen bakteriler ve yakıt olarak kullanılabilecek yakıtlar dışkılayabilir.

Genlerimizdeki hastalıklar önceden tespit edilip yeni doğacak çocuklarda bu hastalığa neden olan genler alınabilir.

Yapay uzuv üretimi ile kol ve bacakları olmayan bireylerin kol ve bacaklarının yeniden sentezlenmesi sağlanabilir.

Yapay organ üretimi ile organ nakli bekleyen insanlara yapay organ nakli gerçekleştirilebilir.

Ayrıştırıcılar güclendirilerek ölü organizmaları hızlıca biyoyakıta dönüştürebilir.

Küresel ısınmaya sebep olan gazları emip dışarıya oksijen veren bakteriler üretilerek havadaki karbondioksit gazı oranı azaltılabilir.