Genetik Mühendisliği

Genetik mühendisliği, canlıların kalıtsal özelliklerinin değiştirilerek, onlara yeni işlevler kazandırılmasına yönelik araştırmalar yapan bilim alanıdır. Bu uygulamalarla uğraşan bilim insanlarına "genetik mühendisi" denir. Genetik mühendisleri, genlerin yalıtılması, çoğaltılması, farklı canlıların genlerinin birleştirilmesi ya da genlerin bir canlıdan başka bir canlıya aktarılması gibi çalışmalarla uğraşırlar.

Genetik Mühendisliği

Genetik Mühendisliği (Almanca; Technologie für Genetik, Fransızca; Genetique technologique, İngilizce; Genetics engineering), dış bir müdahale ile, bir canlıya yeni kalıtsal özelliklerin kazandırılması veya ferdin mevcut irsi özelliklerinin değiştirilmesiyle uğraşan bilim dalıdır. Genetik Mühendislik; biyoteknoloji, gen teknolojisi, gen aşılama, gen üretme gibi çeşitli adlarla da anılır. Bazı bilim adamları, yazılarında "Gen" yerine "Jen" tabirini kullandıklarından "Genetik" ve "Jenetik" kelimeleri eş anlamlı olarak kullanılmaktadır. Genetik mühendisleri, genlerin yalıtılması, çoğaltılması, farklı canlıların genlerinin birleştirilmesi ya da genlerin bir canlıdan başka bir canlıya aktarılması gibi çalışmalarla uğraşırlar. Genetik mühendisliği için, rekombinant DNA teknolojisi, gen klonlaması, DNA klonlaması, genetik manüplasyon/modifikasyon veya gen ekleme (splays) birçok bilim insanınca eş anlamlı olarak kullanılabilmektedir.

Günümüzde modern biyoloji, çok büyük hamleler yapmış, işi moleküler biyolojiye kadar getirebilmiş ve hatta genetik mühendislik gibi bir tatbikat sahasına da ulaşabilmiştir. Genetik mühendisliği etki alanı son derece geniş bir meslek, bilim ve mühendislik dalı olup, genlerle yapılabilen uygulamalar, çalışmalar anlamına gelmektedir. Birçok bilim dalına ait bilgilerin ve çeşitli özel tekniklerin, canlılarla ilgili temele ve uygulamaya ait sorunların çözülmesi için genellenecek olursa, moleküler biyoloji hakkındaki bilgimizin artmasına yardım eden çok etkili bir araştırma aracıdır.

Gregor Mendel genetiğin ve bu bilimle ilgili yapılan çalışmaların kurucusu olarak kabul edilip, "Genetiğin Babası" olarak anılmaktadır.

Genetik Mühendislik uygulamaları

Genetik mühendisliği, biliminsanlarının genleri bir organizmadan alıp diğerine aktarmalarına imkan veren bir teknolojidir. Bu teknoloji; nükleik asit hibridizasyon, rekombinant DNA, PCR, RNA,hücre kültürü ve monoklonal antikor tekniklerini içerir.

Genetik mühendisliği, biyoteknolojinin doğrudan bir alt dalı olmayıp, ayrı bir teknolojidir. Fakat modern biyoteknolojinin uğraşlarının hemen hepsinde, özellikle son yıllarda, biyoteknoloji gelişimine büyük katkılar sağlamaktadır.

Bunlardan en başarılı ve yaygın olan DNA tekniğinde, in vitro koşullarda; nükleik asit moleküllerinde kesme (restrüksiyon) enzimlerinin kullanılmasıyla, DNA’nın istenilen bölgesinin kesilip çıkarılması ve kesilen parçanın ligaz enzimi kullanılarak "vektör" adı verilen taşıyıcıya yapıştırılması işlemleri uygulanır. Daha sonra plazmid bakteri içine yerleştirilerek rekombinant DNA’nın normal hücresel aktivitesine devam etmesi sağlanır. Bu teknolojiyle, genlerin ait oldukları canlının genomundan yalıtılması ve çoğaltılmasına, yapı ve işlevlerinin araştırılmasına, değişik türlere ait canlılara aktarımına ve ürünlerin daha verimli şekilde eldesine olanak verilmektedir.

Genetik mühendisliğinin çalışmalarından elde edilen sonuçlar iki yönde değerlendirilebilir:

Bilimsel katkı

Temelde moleküler biyolojiyle doğan bu teknolojiyle, hiç bilinmeyen pek çok konu aydınlatılmıştır. Netice de moleküler biyoloji ve genetik mühendisliği karşılıklı olarak birbirlerini geliştirmektedirler.

Uygulama alanlarına katkı

Genetik mühendisliğinin uygulama alanlarının başında endüstri gelmektedir. Çeşitli endüstriyel ürünlerin (ilaç, besin vb.) istenilen nitelikte ve miktarda eldesi için yapılan çalışmalar bu teknolojinin daha da gelişmesine neden olmuştur. Tıpta özellikle kalıtsal hastalıklarının tanısının yapılmasında, tarım ve hayvancılıkta istenilen özelliklerdeki ürünlerin eldesinde, çevre kirliliğin önlenmesi, madencilik vb. gibi pek çok alanda yine genetik mühendisliği kullanılmaktadır.

Bugün, genetik mühendisliğinin bitki ve hayvanlarda uygulanmasıyla daha iyi ve sağlıklı yiyecekler, daha güvenli temiz bir çevre ve sağlık alanındaki gelişmeler insanlara sunulmuştur. Günümüzde büyük bir hızla gelişen bu teknoloji, özellikle gelişmiş ülkelerde bir yarış halini almıştır. Hemen hemen tüm çevreler 21. yüzyılın "biyoloji çağı" olacağı görüşünü, büyük ölçüde moleküler düzeyde ve biyoteknolojide genetik mühendisliği tekniklerinin gelişmeleriyle ilişkilendirmektedir.

Genetik Mühendisliği'nde tanım ve amaç

Genler , bir organizmanın özelliklerini belirleyen kimyasal bilgiyi taşır. Genler değiştirilerek bir organizmaya istenilen özellikler kazandırılabilir.

Genetik mühendisliği, genetik analiz yapmak ya da istenilen özellikte canlıları geliştirmek amacıyla, bir tür içinde veya farklı türlere ait organizmaların genleri üzerinde planlı olarak yapılan işlemleri kapsamaktadır. Bu teknoloji, en genel biçimiyle, insanlar tarafından belli bir amaca yönelik olarak genetik materyal üzerinde yapılan çalışmalar olarak tanımlanabilir. Böyle geniş bir tanım, bitki ve hayvan ıslahını ve bu bağlamda genetiği ve moleküler biyolojiyi kapsamaktadır.

Genetik uygulamalar temelde insanlar açısından ekonomik bakımdan önemli calıları ve onların ürünlerinin iyileştirilmesini kapsar. Buna ait ilk bilinen örnekler, yabani bitki ve hayvanların insanların ve diğer türlerin hizmetine sokulması amacıyla iyileştirilmesidir. Bu teknoloji ortaya çıkmadan önceleri de genetik, endüstri, tarım ve hayvancılıkta kullanılmaktaydı. Hatta insanlar göçebe yaşam tarzından kurtulduktan sonra, hiçbir bilimsel bilgi olmadan sadece gözlemleriyle doğada meydana gelen mutasyonlar ve çeşitlilikler sonucu ortaya çıkan değişik özellikteki bitki ve hayvanlar içinde amaçları için en uygun özellikteki olanlarını bulmuş ve ıslahını yapmışlardır. Klasik bitki ve hayvan yetiştiriciliğinin ve iyileştirilmesinin başlangıcını oluşturan bu yaklaşımın temeli doğada meydana gelen mutasyon ve rekombinasyonlara dayanmaktadır.

Bir Amerikan biyoteknoloji firması ile Japonlar tarafından ortak yürütülen bir çalışma sonunda "mavi gül" elde edilebilmiştir. Araştırmacılar petunya çiçeğindeki mavi renk ile ilgili genleri kırmızı güle nakletmek suretiyle gülün rengini maviye değiştirmeyi başardılar. Bitkilerde renk değiştirme ile ilgili başarılı bir diğer çalışma da Almanya’da gerçekleştirildi. 1990 yılının Mayıs ayında Max-Planck Enstitüsü, mısır genini bir başka kırmızı bitkiye aşılayarak çalışmaya başladı. Bu mısır geninin özelliği yerini devamlı değiştirmesiydi. Oysa normalde bir gen daima yerinde kalır. Bu mısır geni, yerini sürekli değiştirerek icabında fonksiyonu olmayan genlere dönüşebiliyordu. Bu araştırmayla o zamanlar, bu zıplayan genin, renk veren yeni bitkinin genlerine ne kadar dönüşebileceğini bulmaya çalıştılar. Zıplayan genler, kırmızı bitkinin genlerine dönüşünce o geni kilitleyerek renk değişimine izin verdiler. Böylelikle kırmızı bitkinin bütün genleri beyazlaştı. Bu deney Almanya’da izin verilen tek serbest alan araştırmasıdır. 1983’te Washington Üniversitesine mensup araştırmacılar "Süper Fareler" üretmeyi başardılar. Fare büyüme hormonu genini ihtiva eden DNA’yı döllenmiş fare yumurtalarına aşıladılar. Sonra bir ana fareye yerleştirdikleri bu yumurtalardan, alışılmamış derecede iri süper fareler doğdu.

Ancak hedefleri bunun çok daha ötesindedir. Dört köşeli meyveler, dev sebzeler yetiştirmek hatta laboratuvarda insan hücrelerini "yedek uzuvlara" dönüştürerek tıpta devrim yapmak gibi çalışmalar sürmektedir.

Bir insan genini, bitkiye aktarmak mümkündür. Zira, bütün canlıların genleri, dört ayrı kimyevi maddeden (baz) meydana gelmiştir. Bunlar; Adenin, Timin, Guanin ve Sitozin. Üç harfli kelimelerle gruplanan bu dört bazın sırası, hücrelerin karbonhidratları fermente edip etmediğini, yaprakları büyütüp büyütmediğini belirlemektedir.

Bilim adamlarının gayretli çalışmaları sonucunda, bazı canlı genlerinin DNA dizisindeki yerleri tespit edilebildi. Günümüzde artık istenen genler zarara uğratılmadan ayıklanabilmektedir. 1970 yıllarından beri bu işlemler için "kısıtlayıcı enzimler"den faydalanılmaktadır. "Parçalayıcı enzimler" olarak da bilinen bu maddeler, aslında bir bakterinin kendisini istila eden virüslere (bakteriyofaja) karşı kullandığı bir savunma mekanizmasından başka birşey değildir. Bakteri, bunlarla virüsün DNA’sını belirli gen boğumlarından parçalayıp küçücük bölümlere ayırmak suretiyle kendini savunmaya çalışır. Genetik uzmanları da bu enzimlerle, inceledikleri DNA’yı küçük parçalara bölmek suretiyle, aşılamakta kullanacakları geni ayıklayabilmektedirler. Bu işlemlerde kullandıkları bir ikinci önemli vasıta da, "Escherichia coli" adlı barsak bakterisinin plasmitleridir. Plasmitler, bakteri kromozomlarının dışında bulunan ek DNA halkalarıdır. Bu plasmitlere genler aşılanabilmekte ve sonuçta bu geni ihtiva eden yeni bir bakteri nesli türetilebilmektedir. Bilim adamlarının kullandıkları en yeni bir yardımcı da "retrovirüsler" dir. Bu virüslerde tıpkı plasmitler gibi gen aşılamada bir taşıyıcı olarak görev yaparlar. Günümüzde; Plasmide aşılama ve Retrovirüse aşılama olmak üzere belli başlı iki genetik mühendislik tekniği kullanılmaktadır.

Genetik Mühendisliğin amacı ve tanımı

Genler, bir organizmanın özelliklerini belirleyen kimyasal bilgiyi taşır. Genler değiştirilerek bir organizmaya istenilen özellikler kazandırılabilir. Genetik mühendisliği, genetik analiz yapmak ya da istenilen özellikte canlıları geliştirmek amacıyla, bir tür içinde veya farklı türlere ait organizmaların genleri üzerinde planlı olarak yapılan işlemleri kapsamaktadır. Bu teknoloji, en genel biçimiyle, insanlar tarafından belli bir amaca yönelik olarak genetik materyal üzerinde yapılan çalışmalar olarak tanımlanabilir. Böyle geniş bir tanım, bitki ve hayvan ıslahını ve bu bağlamda genetiği ve moleküler biyolojiyi kapsamaktadır.

Genetik uygulamalar temelde insanlar açısından ekonomik bakımdan önemli calıları ve onların ürünlerinin iyileştirilmesini kapsar. Buna ait ilk bilinen örnekler, yabani bitki ve hayvanların insanların ve diğer türlerin tugayt kullanılmaktaydı. Hatta insanlar göçebe yaşam tarzından kurtulduktan sonra, hiçbir bilimsel bilgi olmadan sadece gözlemleriyle doğada meydana gelen mutasyonlar ve çeşitlilikler sonucu ortaya çıkan değişik özellikteki bitki ve hayvanlar içinde amaçları için en uygun özellikteki olanlarını bulmuş ve ıslahını yapmışlardır. Klasik bitki ve hayvan yetiştiriciliğinin ve iyileştirilmesinin başlangıcını oluşturan bu yaklaşımın temeli doğada meydana gelen mutasyon ve rekombinasyonlara dayanmaktadır.

Plasmide aşılama

Bu teknikte, aşılama için "Escherichia coli" bakterilerinin plasmidinden istifade edilir. Bu usulle, pratikle sun’i olarak şeker hastası (diyabetik) yapılmış bir farenin tedavisi gerçekleştirilmiştir. Hasta hayvanın tedavisi için, önce sağlam bir farenin penkreasındaki beta hücreleri alınır. Parçalayıcı enzimler vasıtasıyla hücrelerde insülin imal ettiren gen kesilip çıkarılır ve "Escherichia coli" bakterilerinin plasmidine aşılanır. Böylece bir süre sonra DNA yapısında bu geni taşıyan bakteri nesli türetilir. Daha sonra bu plasmitler ayıklanıp, bir çeşit yağ damlacıkları olan lipozomlara birleştirilir ve akabinde diyabetik farenin kanına enjekte edilir. Lipozomlar karaciğere ulaştıklarında, karaciğer hücreleri tarafından tutulur. Böylece insülin geni taşıyan plasmitler açıkta kalır. Bu plasmitler daha sonra karaciğer hücrelerinin çekirdeklerine girerler. Çekirdeğe giren plasmidin taşıdığı insülin geni, insülin emrini vererek karaciğer hücrelerinde insülin imalini başlatır. Böylece bir süre sonra hasta farenin iyileşmesi sağlanır.

Retrovirüse aşılama

Bu metodda, plasmide aşılama usulünde olduğu gibi önce aşılanacak gen tespit edilip çıkarılır. Sonra bir retrovirüse aşılanır. Retrovirüsler diğer birçok virüs gibi işgal ettikleri hücreleri öldürmezler. Hücre bölünmesi anını beklerler ve o esnada kendi genlerini istila ettikleri hücreye aşılarlar. Böylece hücre, retrovirüs vasıtasıyla kendine aktarılan geni imal etmeye başlar.

Genetik Mühendisliğin tarihi

Islah ile ilgili ilk uygulamaların yaklaşık 17.000 yıl kadar önce Nil vadisinde başladığı sanılmaktadır. Çağlar boyu süregelen, önceleri tamamen gelenek ve görgüye dayanan, sonraları da özellikle genetiğin ilerlemesiyle, bu bilim dalından elde edilen bilgiye dayanarak yapılan uygulamalar sadece doğal çeşitlenme işleyişlerini temel almış ve kontrollü döllenmeyi ardışık seçilime bağlamıştır. Bu yüzden canlılarda istenilen özelliklerin eldesi sadece tür içinde kısıtlı kalmış ve büyük ölçüde rastlantıya dayanmıştır. Bu kısıtlanmayı kırmak isteyen araştırmacılar, özellikle bitki ıslahçıları çeşitli teknikler geliştirerek doğal olarak eşleşmeyen türler arasında gen aktarımları yapmayı ve bunların sonucunda çeşitliliği oluşturmayı başarmışlardır. Bu nedenle klasik ıslahçıların dışında bu şekilde çalışan araştırmacıların ilk gen mühendisleri oldukları kabul edilebilir.

1960'lı yıllarda somatik hücrelerin birbirleriyle kaynaşabildiklerinin bulunmasıyla, belli bir amaca yönelik çeşitlilik çalışmlarına yön ve hız kazandırmıştır. Genetiğin bir alt dalı olarak gelişen somatik hücre genetiğine daynarak gen aktarımı çalışmaları somatik hücre düzeyinde, eşeyli üremenin dışındaki yollarla da yapılmaya başlanmıştır.

1970'li yılların başında ise; temel ve teknik bilginin birikimiyle, istenilen amaca uygun gen kombinasyonu yapılası çalışmaları moleküler (nükleik asit) düzeyine indirilmiş ve günümüzde genetik mühendisliği denince akla gelen rekombinant DNA teknolojisinin temelleri atılmıştır. Bu teknoloji genetik mühendisliğindeki en etkili ve çarpıcı gelişmedir.

Ayrıca bakınız

genetik muhendisliği genelde tıp okumayı dusunen ama sonradan genetik muhendsliğini duyup kararından vaz gecenlerim mesleğidir...:)

İlgili konuları ara

Yanıtlar