BİYOLOJİ DÜNYASI
Prof. Dr. Nihat BOZCUK*
Watson ve Crick’in, 1953’te DNA yapısını açıklaması, bizi moleküler biyoloji çağına sokmuş, hemen arkasından, tıpkı nükleer fiziğin Einstein zamanındaki durumu gibi, moleküler genetik de ilginç bir bilim dalı olarak ortaya çıkmıştır. İnsanoğlu ilk kez, yaşam olaylarını kimya dili ile ayırt etmeye başlıyordu.
Bugün, biyoloji bilimi üstel gelişme dönemindedir. Hem yaşamı bilimsel açıdan anlamak, hem de canlı organizmaların, kendilerine ve insanlığa daha yararlı işler yapmasını sağlamak için hızla buluşlar yapılmaktadır. Artık DNA, parçalara ayrılabilir ve bu parçalar arzuya göre yeniden birleştirilebilir. İnsan DNA’sı bir bakterilerin DNA’sına eklenebilir, böylece bir molekül kimerası f’Etıe mltoloüsindeki aslan başlı, keçi vücutlu ve yılan kuyruklu dev) oluşturulabilir.
Az gelişmiş ve gelişmeve çabalayan ülkeler, bu bilimsel devrime katılabilirler mi? Gerçekten en veni bilim dallarından biri olan genetik mühendislik, gelişen ülkeler için en kolay uyum sağlanacak bir daldır.
BİYOLOJİ VE YENİ TEKNOLOJİ
Canlı organizmalar çok ilginç rrakinalardır; kompakt, yetenekli, etkiye ve değişik durumlara tepki gösterebilen yaratıklardır.
Doğa ananın bize sağlamış olduğu bu şahane canlı makinalara bizim için çok şeyler yaptırabiliriz. Yeni teknoloji, mikroorganizma, bitkiler ve hayvan dokusu hücrelerini kendi amacımıza uygun olank dizginleyip, kendi gezegenimizi etkileven birçok sorunları çözrrek için canlı sistemlerin potansiyellerini arttırmaktır. Potansiyeli dizginlemek demek, uygun özellikteki organizmayı bularak sonradan bu özellikleri kendi varırımıza kullanma volunu bulmak demektir. Potansiyeli arttırmak demek ise, hücre ve organizmanın özelliklerini bilerek değiştirip, bizim
* HÜ, Biyoloji Bölümü BİLİM ve TEKNİK
Geçmiş 30 yıl içinde biyologlar, hayatın karmaşık dokusunu derinlemesine anlamayı başardılar. Böylece hayat için şu bilimsel görüş ortaya çıktr Biyolojik aktivite-nin temeli, genlerin ifadesidir ve genler, DNA denen ipliksi kimyasal maddelerden yapılmış olup, Mendel’in kalıtsal birimleri de DNA dizileriydi.
için yararlı iş yapmasını sağlamak demektir.
GENETİK MÜHENDİSLİK :
Darwin, Mendel, Miescher, Watson, Crick ve Khorana gibi ünlü bilimcilerin çalışmaları, DNA’da şifrelenen genetik bilginin yapı ve işlevinin anlaşılmasına yol açmıştır. Bu anlayış ise, geçen 10 yıl içinde genetik mühendislik dalının (DNA’yı arzuya göre manipüle etmek-değiş-tirmek-J ortaya çıkmasına yol açmıştır. Bir organizmanın DNA’sı başka bir organizmanınki ile deney tüpünde birleştirilebilir (rekombine edilebilir) ve böylece “rekombinant DNA” yapılabilir. Rekombinant DNA, sonradan canlı organizmaya ilave edilebilir. Böylece bir bakterinin genleri başka bir bakteriye sokulmuş olur ve her iki bakterinin yararlı özellikleri kaynaşmış olur. Aynı şekilde bir bitki ya da bir hayvan hücresinin genleri, bir bakteriye öyle bir şekilde transfer edilir ki, bunlar bakteri genleri gibi repli-ke olurlar. Bakteriler hızla çoğalır (çoğalma süresi 20 dakika kadar olabilir) ve Isboratuvarda kolayca büyütülebilir. Böylece bakteriye aktarılan genlerden çok savıda elde etmek mümkün olur. Bundan başka, bakterideki yeni genler kendilerini ifade ederler: bövlece önemli aen ürünleri kolayca sağlanabilir ki, bu ürünleri başka bir yolla bol miktarda elde etmek olanaksızdır. Hatta arzu edilen genin bitki ve hayvanlara aktarımı da mümkündür.
HflCRE TEKNOLOJİSİ :
Günümüzde hücrenin İç yapısı değiştirilebilir, yabancı madde, sitoplazmaya veya çekirdeğe en-Jekte edilebilir. Hatta küçük mikroskopik torbalara ya da kapsüllere (lipozomlar) konarak, yabancı madde hücre içine sokulabilir ki, bunlardan yağsı olanlar, hücre zarı (membran) ile bir-leşebilir. Hücre teknolojisinin bir başka faydası, tek bir hücreden çok hücreli bir doku geliştirilebilmesidir.
Hücre teknolojisinin çarpıcı tarzda başarılı olmuş bir şekli, iki hücrenin melez hücre yapmak için kaynaştırılmasıdır. önemli bir madde yapabilen; ama kolayca çoğalamayan bir hücre, laboratuvar koşullarında, kolaylıkla’ gelişen bir hücre ile kaynaştırılır ve böylece, istenen ürünü imal eden bir melez oluşturulabilir.
Genellikle, herhangi iki hücreyi, virüsler ve hücre membranlarını eriten bazı kimyasal maddeleri kullanarak kaynaştırmak kolaydır. Ancak, yalnızca tek bir türün hücrelerinden melezler yapılınca, bu melez tipleri fonksiyonel olarak kalabilmektedir, iki ayrı türden elde edilen hücrelerle yapılan melezler kalıcı değildir. Bu olgu biyolojinin temel kuralına uymaktadır, yani bir türün bireyleri başka bir türün bireyleri ile eşleşmez.
Mademki 2 tür kaynaştırılabilir, o zaman kısıtlı da olsa fonksiyonel melezler türetmek olasıdır. Bitkilerde özellikle bu olay önemlidir; çünkü, tek bir hücreden tüm bitki büyütülebilir. Öyleyse, farklı bitkilerin hücreleri, yararlı özellikteki bir türü türetmek için kaynaştırılabilir.
DÜNYA SORUNLARINA BİYOLOJİK
YAKLAŞIMLAR
Tarım ve tıptaki yüzyıllar boyunca gelişmiş geleneksel uygulamalar, yüzyılımızda gelişen mik-
robiyolojik yöntemler ve yeni gelişen blyotekno-loji, insanlığın karşılaştığı sorunları azaltabilir.
Beslenme ve Tarım
Dünya nüfusu, 2050 yılından önce, bir ya da iki kez katlanarak artacak ve beslenme daha büyük bir sorun olabilecektir. Ön tahmine göre, bilimin maksimum oranda kullanılması ile Dünya nüfusunu besleyebileceğimizin mümkün olduğu belirtilmektedir.
Gezegenimizdeki tüm canlı türleri C, N, H,
O, P, S ve diğer elementlerin, çok az ya da eser haldeki miktarlarından oluşmuştur. Canlı sistemler, bu elementleri içeren basit bileşikleri kullanarak, yaşam için gereken organik molekülleri sentezlerler. Basit bileşiklerden kompleks maddelerin sentezi, enerji gereksindirmektedir. Besin, kompleks hücreleri yapmak ve enerji türetmek için kullanılabilen ve hayatın temel olayları için gereken bir formdan başka birşey değildir. Oksijen ve hidrojen, hava ve sudan elde edilebilir. Hayvanlar bitkileri ve diğer hayvanları yiyerek, karbon, azot ve diğer elementleri alırlar, öte yandan bitkiler, besinlerini, havadaki karbonu ve güneş enerjisini kullanarak (fotosentez olayı ile) topraktan elde ederler. Bazı bakteriler ve mikroorganizmalar havanın azotunu, azot-fiksasyonu (tespiti) olayı İle kullanırlar. Bazı bitkiler (legüminoz ya da nodüllü bitkiler) bakterilerle simbiyotik ilişki oluşturur; böylece, bitkinin nodülünde yaşayan bakteri tarafından tespit edilen azottan yararlanılır. Bununla beraber, en önemli tarım bitkileri (buğday, mısır gibi), azot fiksasyonu yapamazlar. Bu nedenle, bunlara azot sağlanması gerekir ki, bu durumda, azotlu gübrelerin geniş çapta kullanımı söz konuşulur.
Azotlu gübrelerin üretimi petrole bağımlıdır. Petrol ürünlerinin maliyetinin artması ve petrol kaynaklarının azalması göz önünde bulundurduğunda, bitkilere gübre ile azot sağlanması yöntemi, gün geçtikçe daha az pratikleşmektedir. Uygulamalı moleküler genetiğin asıl önemli atılımı, azot fikseden genlerin, mikroorganizmalardan alınarak bitkilere aktarılması ve böylece bitkilere azot fiksetme yeteneğini kazandırmasıdır. Bu, henüz kolayca gerçekleşecek gibi görünmüyor; çünkü söz konusu gelişme hem bakteri hem de bitkinin genetik mühendisliğini içermektedir.
Daha iyi ürün veren, hastalıklara dayanıklı, çeşitli çevre koşullarına uyabilen bitki çeşitlerinin sürekli olarak geliştirilmesi gerekmektedir. Genetik mühendislik ve hücre teknolojisinin kombine edilmesi, yeni çeşitlerin elde edi-
Botrycoccus braunii gibi petrol üreten yosun türleri, genetik mühendislik sayesinde, belki geniş ölçüde üretilebilecek.
lip denenmesini hızlandırır. Öyle bitkiler geliştirilebilir ki, bunlar topraktan arzulanmayan maddeyi (örneğin fazla tuzu) alabilir ve toprak kalitesini iyileştirir. Diğer bir ilginç beklenti ise biyolojik olarak parçalanabilecek olan artıkların (bitkisel maddeler, kağıt, genellikle biyomass -biyokütle- denilen maddeler) hayvan yemine, hatta insan yiyeceklerine çevriltilebilmesidir. Bazı özel mikroorganizmalar geliştirilerek, bunların, büyüme için biyomass’ı kullanması ve böylece bu maddelerin hücrelere dönüşmesi ve Tek Hücre Proteini denen yararlı maddeyi üretmesi mümkündür.
Sağlık ve Tıp
Aşıların ve antibiyotiklerin bulunmasından sonra şimdi de, elde edilmesi çok zor olan bazı önemli insan proteinleri ilk kez bol miktarda elde edilebilecektir. Örneğin insan büyüme hormonu (insan vücudunun uygun şekilde büyümesi için gereklidir), ölülerden alınan bir bezden izole edilirdi. Bu hormunu eksik olan bir çocuğa, gerekli olan miktarı elde etmek için, 100 ölüden daha çok malzemeye ihtiyaç vardır. Fiyatı da fakir ülke insanlarının erişemiyeceği düzeydeydi. Bu hormonun geni şimdi bir bakteriye aktarılmış olup, hormon, bakteri tarafından yapılmaktadır. Bu hormonu bilim adamları çok kısa sürede bol miktarda üretebileceklerdir. Bu “gen klonlaması” ilkesi diğer insan hormon ve proteinlerine de (insülin gibi) uygulanmaktadır. İn-sülin şeker metabolizmasını düzenler ve şeker hastalan tarafından gerek duyulur. İnterfe-rcn, arzulanmayan virüs ya da hücrelerin gelişmesini durdurmaya yarayan bir proteindir. Aynı şekilde bakteriler kan pıhtılaştırma faktörlerini üretmek üzere programlanabilir ki, bu faktöre
hemofili hastaları tarafından gerek duyulur. Ayrıca, insanlar için tehlikeli olan kan pıhtılarını eriten bir enzim, bol miktarda üretilebilir.
Teorik olarak, gen tedavisi deneyleri yapmak şu anda mümkün olmuştur, yani insan ve hayvanlardaki zararlı ya da eksik genlerin yerine normalleri konabilir. Örneğin talassemi ve orak hücre anemisinde bulunan kötü hemoglobin genleri yerine, normal genler konulsa, gelişen ülkelerin bu yaygın hastalığı kolayca tedavi edilebilir. Çeşitli antibiyotiklerin sentezi de, gen aktarımı ile mümkün olabilir. Monoklonal antikorlar, özel olarak kanser hücrelerinin büyümesini durdurmak üzere, vücuttaki tümörün yerini teşhis için geliştirilebilir. Antitümör antikorların, antitümör ilaçlara iliştirilerek, ilaçla beraber hedefe varmaları sağlanabilir. Ayrıca, erkek sperminin özel bir bileşimine karşı olan bir monoklonal antikor da, nüfus kontrolünde yeni bir yöntemin gelişmesini sağlayabilir.
Enerji, Endüstri ve Çevre
İnsanlar tarafından enerji kaynağı olarak kullanılan petrol ve diğer fosil yakıtlar, tükenmez bir kaynak değildir. Yeryüzü’ndeki h’iyat Güneş tarafından sürdürülür; çünkü enerji Güneş’ten, doğrudan ya da dolaylı olarak sağlanır ve tüm canlılara itici güç olur. İnsan buluşu kimyasal bir proseste azot tespiti, yüksek sıcaklık ve basınç gerektirir. Bununla beraber bakteriler, aynı ödevi atmosferik sıcaklık ve basınçta yapabilirler. Öyleyse, biyolojik olaylar hakkında daha çok şey öğrenirsek, kullandığımız kimyasal
2
1