Genetik Mühendisliği ve Biyoteknoloji 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.

Biyoteknolojik Çalışmalar

Teknolojik gelişmelerin en göze çarpıcı olanı biyoteknolojidir. Biyoteknoloji genelde "insanın yararlanabileceği, ürün ve hizmetlerin mik­roorganizmalar, mikrobiyal parçacıklar ve diğer biylolojik materyaller kulla­narak endüstriyel işlem yoluyla sağlanması" olarak tanımlanmaktadır.
1970 yıllarından başlayan süreç içerisinde biyolojik gelişmelerden ya­rarlanan biyoteknoloji; eczacılık, tıp, ziraat vs. gibi bilim dallarında devrim sayılacak büyük gelişmeler göstermiştir. Biyoteknoloji yoluyla insanlığın hizmetine giren teknolojik yenilikler büyük toplumsal değişimler ortaya koymuştur. Biyoteknolojik gelişmelerden yararlanan sektörler şunlardır:

1-Ziraat uygulamaları ve hammaddeler
Biyoteknolojik uygulamalarla birçok hammadde için gerekli enzimatik reaksiyonlarda kullanılan çok farklı enzimler kullanılmaktadır.
Tarımsal atıklardan bugün örneğin metanol gibi maddeler bol ve ko­laylıkla elde edilebilmektedir. Gıda maddeleri piyasaya sürülmeden önce test edilip aflotoksin bulunup bulunmadığı kontrol edilmektedir. Bu teknoloji ile bitkilerin besin değerleri artırılmış ve örneğin bünyesinde kükürt bulunan bitkilerle beslenen koyunların yünlerinin daha kaliteli olduğu görülmüştür. Yeni teknoloji ile bitkilerden örneğin tütünden hemoglobin elde edilebil­mektedir. Ayrıca biyoteknolojik yöntemlerle bugün memeli hayvanların süt­lerinden yararlı ilaçlar üretilebilmektedir.

2-Çevre Uygulamaları
Bugün kimyasal atıklar değiştirilerek çevreye zarar vermeyecek mad­delere dönüştürülmektedir. Atıkları parçalayan mikroorganizmalar bu tek­nikle elde edilmektedir. Bugün biyoreaktör denilen toprak ve sudaki civayı temizleyen kolibasilileri elde edilmiştir. Rekombinant DNA teknikleri kul­lanılarak çevreyi kirleten toksik atıkları parçalayan mikroorganizmalar elde edilmiştir.

3-Sağlık Uygulamaları
Bioteknolojik gelişmelerle bugün antibiyotikler, interferon, aşılar gibi tıpta yoğun kullanılan preparatlar kolaylıkla ve daha ucuza elde edilebil­mektedir. Bugün birçok hormonun yanısıra insülün gibi maddeler de insanlık hizmetine sunulmuştur. Genetik hastalıkların çoğunun, mutasyonlar sonucunda işlevini yitiren bir gen nedeniyle ortaya çıktığı bilinmektedir. Bir hastanın hücrelerine normal gen kopyasının aktarılması ile tedavi edilmesine gen tedavisi denilmektedir. Gen tedavisi somatik hücrelere yada eşeysel hücrelere gen nakli yapılması ile mümkün olabilir. Bu yöntemde normal genler işlev yapamayan bozuk geni bulunan vücut hücrelerine aktarılır. Tek gen mutasyonlarında hemofili, kas körelmesi vb. gibi yaklaşık 250 hastalık biyoteknolojik yöntemlerle tedavisi yapılabilmektedir. Kanser, şeker hastalı­ğı, yüksek tansiyon gibi hastalıklarda da birden fazla gen etkili olduğundan biyoteknolojik yöntemlerle çok başarılı ümit verici gelişmeler elde edilmiş­tir. Genetik mühendisliği enfeksiyon hastalıklarının hızlı ve güvenli bir bi­çimde tanımlanmasında önemli görev üstlenmektedir. Burada kullanılan teknikler monoklonal antikorlar ve DNA prob teknolojisi'dir. Bu teknik­ler tıpta AİDS ve kanserin kesin tanısında kullanılmaktadır.

4- Enerji sektörü
Bugün biyoteknolojik uygulamalarla metan eldesi ve enerji tasarrufu sağlayacak enzimatik reaksiyonların yaygınlaştırılması mümkün olabilmek­tedir.
Gen Teknolojinin Genetik ve Evrimde Sunduğu Olanaklar
2000 yılından itibaren, genom projesi adı verilen ve insanın gen dizi­lerinin ve işlevinin büyük oranda açıklığa kavuşturulması ile genler hakkında inanılmaz bilgi birikimi ortaya çıkmıştır. Bugün bu teknoloji, genetik hasta­lıkların moleküler temellerini aydınlatmada kullanılan temel bir yöntem ha­line gelmiştir. Bunun yanısıra astım vb. gibi çok yönlü karmaşık hastalıklar­da genom analizleri çok başarılı olmuştur. Bugün genomdaki değişimlerin izlenmesi ile bireyler arası genetik farklılıklar saptanabilmektedir. Bir veya birçok genin etkisi ile ortaya çıkan basit ve karmaşık genetik hastalıklarda genom çalışmaları birçok özel durumları ortaya çıkarmıştır. Örneğin insan­larda ortaya çıkan birçok hastalığın, aslında insan genomu ile çevrenin yo­ğun etkileşimi ile meydana geldiği anlaşılmıştır. Hatta yüksek tansiyon da­mar, hastalıklarının, psikolojik bozuklukların sebebi hep aynıdır. Gen tekno­lojisi metoduyla bugün yeni doğan bebeklerin bazı genetik kökenli hastalık­ları için tarama yapılabilmekte ve aileler bu konuda ayrıntılı olarak bilgilen­dirilmektedir.
İnsan genom çalışmaları sonucunda ilginç evrimsel ipuçları da ortaya çıkmış bulunmaktadır. Bugün insandaki 30.000 dolayındaki genlerin çok azının aktif olduğu, belli kromozomlarda yoğunlaştığı ve protein kodlayan bölgelerin büyük bölümünün tekrarlanan dizilerden (hurda DNA) oluştuğu tespit edilmiştir. Bunların tarihlerinin belirlenmesi ve başka canlı türleri ile karşılaştırılması sonucu evrimin moleküler düzeyde incelenmesine olanak sağlanmıştır. Evrim sürecinde vücudumuzu enfekte eden bakteri ve virüsle­rin, genomumuza entegre olduğunu görüyoruz. Bunlarda bağışıklık sistemi­mizde rol almışlardır.