BiyoTeknoloji Konu Anlatımı

 

Biyoteknoloji, yaşayan doku ve organları kullanarak uygun yöntem ve tekniklerle istenilen ürünün elde edilmesidir. Biyolojik araç, sistem ve süreçler üretim ve hizmet endüstrilerinde kullanılır.

Biyoteknoloji hücre ve doku biyolojisi kültürü, moleküler biyoloji, mikrobiyoloji, genetik, fizyoloji ve biyokimya gibi bilimlerin yanında mühendislikten de yararlanır. Bir canlı da doğal olarak var olmayan veya ihtiyacımız kadar üretilemeyen, az bulunan maddelerin (ürünlerin) eldesini sağlayan teknolojidir.

İnsan, bitki, hayvan ve mikroorganizmaların yapı ve işleyişini araştıran genetik ve moleküler bilimlerinin ortak çalışma alanlarını kapsar. Tıp, sağlık, ecza, endüstriyel üretim, gıda gibi alanlarda yapılan çalışmalarla ekonomik ve sosyal açıdan kalkınma hedeşenmektedir.

Biyoteknoloji ve genetik mühendisliği çoğu kez aynı anlamda kullanılır. Ancak genetik mühendisliği genetik materyaldeki çeşitlendirmeleri ve değişiklikleri ifade ederken, biyoteknoloji biyolojik bir sistemin ya da yapının endüstriyel boyutta kullanılmasıyla üretim anlamına gelir.

Genetik mühendislği yöntemleri biyoteknoloji tarafından araç olarak kullanılmaktadır. DNA nın moleküler yapısının bilinmesi, DNA molekülünün yapısındaki değişimlerin canlının karakterini değiştirmesi istenilen özellikte bitki ve hayvan elde edilmesinde rol oynamaktadır.

Biyolojinin teknik uygulamaları klasik biyolojik yöntemler ve biyoteknolojik yöntemler olarak iki gruba ayrılır. Klasik biyolojik yöntemler ile bitki, hayvan hücreleri ve mikroorganizmalardan doğrudan faydalı ürünler elde edilir. Yoğurdun mayalanması, aşıların bulunması, çeşitli alkollü içkilerin üretilmesi bu uygulamalara örnek verilebilir.

Biyoloji bilgilerinin endüstriyel amaçlı kullanıldığı biyoteknolojinin günümüzdeki adı “yeni biyoteknoloji” dir. Biyoteknolojik yöntemlerde substratlar mikroorganizmalarca ürüne dönüştürülür. Bu ürün biyokütle ya da hücrelerin metabolik ürünü olabilir.

Biyoteknolojik üretimde en önemli görev mikroorganizmalarındır. Seleksiyon, mutasyon gibi yöntemler kullanılarak ürün verimi yükseltilmeye çalışılır.

Bir canlının belirli özelliklerini kodlayan genetik bilgi bir başka canlıya aktarılır. Bu şekilde gen eklenmesi ya da gen çıkarılması ile amaca yönelik üretim yapılabilir.

Örneğin,
Şeker hastalığında kullanılan insülin hormonunu kodlayan gen bir bakteriye aktarılarak bakterinin bu hormonu üretmesi sağlanır.

Biyoteknolojik yöntemlerle üretilebilecek bazı ürünler şunlardır:

• Süt ürünleri
• Ekmek, sirke, limon tuzu, alkol ve aseton gibi mayaların ürünleri
• Penisilin ve türevleri
• Virüs aşıları
• Aerobik su arıtımı
• Deterjanlar için leke çıkarıcı olan enzimler
• Biyogaz üretimi
• Hayvan aşıları
• İnsan insülini
• Büyüme hormonları
• İnterferon

Gıda sanayiinde, peynir üretiminde, atık suların artımında ve artıkların değerlendirilmesinde, meyve sularının berraklaştırılmasında biyoteknolojiden yararlanılır. Peynir mayasının DNA’sına uygun şifre aktarımıyla daha kaliteli peynir elde edilebilir. Pis sulardaki bakterilerin DNA’sına konacak uygun bir şifreyle sudaki toksik maddeleri bu bakterilerce zararsız hale dönüştürülerek arıtılabilir.

Genetik Mühendisliği

Genetik mühendisliğinin temelini DNA molükülü oluşturur.Genetik mühendisliği ile gen seviyesinde istenilen değişiklikler yapılabilir. Tercih edilmeyen özellikler ayıklanır, istenilen özellikler kullanılır. Canlılara yeni özellikler aktarılır.

Günümüzde genetik mühendisliği için önemli bir teknoloji olan rekombinant DNA teknolojisi gelişmiştir. Rekombinant DNA teknolojisi ile istenilen gen ait olduğu canlının genomundan izole edilir, bu gen başka bir canlıya aktarılır, genin ürünü bol miktarda elde edilir.

Rekombinant DNA teknolojisi ile prokaryotik ve ökaryotik canlılar arasında gen aktarımı yapılarak rekombinasyon oluşturulur.

Bir organizmadan bir geni alıp diğerine yerleştirmek için izlenmesi gereken yöntem,

• Hücredeki DNA yı saf olarak elde etmek
• DNA yı keserek istenilen geni diğer genlerden ayırmak
• DNA dizilişini okuyarak analiz etmek
• İzole edilmiş geni taşıyıcı bir aracı bulmak
• Geni, yerleştirileceği organizmanın DNA sıyla birleştirmek

Gen Klonlaması’nın Aşamaları ve Kullanılan Yöntemler

1. DNA nın İzolasyonu

Çeşitli kimyasal maddeler ve enzimler kullanılarak istenilen geni taşıyan hücrenin zarı ve çekirdek zarı parçalanır. RNA az enzimi, fenol ve kloroform gibi çözeltiler kullanılarak saf çökelti halinde DNA elde edilir. Agaroz jel elektronforezi yöntemi kullanılarak DNA dan istenilen genin ayrılması sağlanır.

Bu yöntem, özel enzimlerle kesilmiş DNA parçalarının bir jel içinde kutuplaştırılarak yürütülmesine dayanır. DNA molekülleri ağırlıklarına göre birbirinden ayrılır. Hafif parçalar, ağır parçalara göre daha hızlı hareket eder.

Bu DNA parçalarının hangisinde istenilen genin bulunduğunu tespit etmek için, bir organizmadan elde edilen DNA parçalarının ayrı ayrı vektöre yüklenmesiyle oluşturulan DNA bankası kullanılır.

2. Rekombinant DNA Moleküllerinin Oluşturulması

İstenilen geni taşıyan DNA parçası vektör (taşıyıcı) denilen DNA moleküllerine bağlanır. DNA moleküllerini birbirine bağlamak için DNA ligaz enzimi kullanılır.

Vektör olarak virüs DNA ları ya da bakteride esas DNA dışında sitoplazmada bulunan halka biçiminde çift zincirli DNA molekülleri (plazmit) kullanılır.

Aynı enzim tarafından kesilen plazmit ve gen transferi yapılacak canlının DNA sından elde edilen DNA parçası, yapışkan uçlardaki birbirini tamamlayan nükleotidlerin bulunduğu bölgede plazmite yüklenir.

Vektör hücre içine kolaylıkla girebilir ve bağımsız olarak replike olabilir.

3. Rekombinant DNA nın Konak Hücreye Aktarımı

Bakterilere Aktarımı

Yoğun tuz çözeltilerinde bekletilen bakteri hücreleri rekombinat DNA içeren çözelti ile karıştırılır. 42° C de ısıtılıp ani bir soğuk şoku uygulanır. Sıcak – soğuk şoku hücre zarındaki porların genişlemesini sağlar. Rekombiant DNA molekülünün bu porlardan hücre içine girmesi sağlanır. Bu şekilde DNA aktarılmasına transformasyon denir.Virüs aracılığı ile bakteriye gen aktarılmasına transdüksiyon denir.