Tarımsal Biyoteknolojiye Giriş

Transkript

1 Tarımsal Biyoteknolojiye Giriş Adnan Menderes Üniversitesi Tarımsal Biyoteknoloji TAB 101 Muavviz Ayvaz (Yrd. Doç. Dr.) 13. Hafta ( ) 1

2 Neden GDO Üretilir? 2

3 Neden GDO Üretilir? GDO lar doğal yollarla çözülemeyecek sorunları çözmek ve genel olarak ticari başarı kazanmak amacı ile üretilirler. Hızla artan dünya nüfusunun 2025 yılında 8 milyarı geçmesi ve bu artışın %95 nin gelişmekte olan ülkelerde oluşması beklenmektedir. Gelişmiş ülkelerde önemli bir tarımsal üretim fazlası bulunmakla beraber halen 830 milyon insanın yeterli ve dengeli beslenmediği bilinmektedir. 3

4 Neden GDO Üretilir? Günümüzde ekilebilir alanları arttırmak pek mümkün olmadığı gibi tarımsal üretimde kullanılabilecek su kaynakları da hızla azalmaktadır. Bu nedenle artan nüfusu besleyecek miktarda üretim için ekilebilir alanların genişlemesi değil, birim alandan alınan ürün miktarının arttırılması ve marjinal alanlar olarak bilinen tuzlu, kurak ve soğuk alanların kullanılması gerekmektedir. 4

5 Neden GDO Üretilir? Klasik yöntemler ile elde edilebilecek biyolojik verim artışının da artık sınırlarına gelindiği düşünüldüğünde, bitki ıslah çalışmalarında GDO teknolojisinin kullanılması kaçınılmaz görünmektedir. GDO teknolojisi çeşitli gen aktarım sistemleri yardımıyla farklı organizmalarda bulunan yararlı genleri bitki, hayvan ve mikroorganizmalara aktararak daha verimli, sağlıklı bitki-hayvan elde edilmesine ayrıca mikroorganizmaların daha etkili bir şekilde farklı sanayi dallarında kullanılmasına olanak sağlar. 5

6 Neden GDO Üretilir? Günümüzün Genetiği Değiştirilmiş Organizmalar arasında; mikroorganizmalar, hayvanlar, deney hayvanları, İnsan hücreleri ve bitkiler sayılabilir. Mutlaka her yeni teknoloji gibi GDO teknolojisinin de avantaj ve dezavantajları bulunmaktadır. Bu konu sadece Türkiye nin gündeminde değil tüm Dünya nın gündemindedir. 6

7 Neden GDO Üretilir? Mikroorganizmalar: Mikroorganizmalar hızlı bir şekilde büyümekte ve kolaylıkla üretilmektedir. Mikroorganizmaların ürettiği ürünler kolaylıkla toplanabilmektedir. Mikroogranizmaların genetik yapılarındaki değişiklikler az maliyetle daha fazla ürün elde edilmesine imkan sağlayabilmektedir. 7

8 Neden GDO Üretilir? Mikroorganizmalar: Klasik kimyasal ilaç üretim teknikleri ile karşılaştırıldığında, mikroorganizmalar yüksek sıcaklık ve basınca ihtiyaç duymazlar, az ve yenilenebilir enerji kaynaklarını kullanırlar. Bu nedenle mikroorganizmalar çevreye zararı minimum seviyeye düşürürler. 8

9 Neden GDO Üretilir? Mikroorganizmalar: Sağlık alanında kullanımda olan rekombinant ilaçlar, aşılar ve DNA aşıları, doku hücreleri gibi Ar-Ge aşamasında olan ürünle genetik yapısı değiştirilen mikroorganizmalar tarafından üretilmektedir. Genetik değişikliğe uğratılmış bakteriler özellikle sağlık olmak üzere gıda sektöründe ve birçok endüstriyel sektörde örneğin fabrika atıklarının temizlenmesinde, yeni enerji kaynaklarının geliştirilmesinde kullanılmaktadır. 9

10 Neden GDO Üretilir? Mikroorganizmalar: Sağlık sektöründe yeni kuşak ilaç ve aşıların üretimi için onlarca farklı bakteri ve maya hücresi geliştirilmiştir. Dünyada genetik yapısı değiştirilen mikroorganizmalar tarafından elde edilen birçok ilaç Dünya Sağlık Örgütü tarafından onay almış ve halen kullanılmaktadır. 10

11 Neden GDO Üretilir? Hayvanlar: Hayvancılık sektöründe de et ve süt amaçlı üretilen hayvanların verimini arttırmak amacı ile GDO teknolojisine zaman zaman başvurulmaktadır. Et ve sütünden yararlanılan koyun, inek ve boğaların genetik yapılarındaki değişiklikler, bu hayvanlardan elde edilen et ve süt oranında artışa imkan sağlamaktadır. Ayrıca genetiği değiştirilmiş balık üretimi yapılarak yüksek kalitede ve miktarda balık üretimi hedeflenmektedir. 11

12 Neden GDO Üretilir? Hayvanlar: Gıda üretimi yanında transgenik hayvanlar ayrıca sağlık sektöründe de sıkça kullanılmaktadır. Örneğin hayvanların genetik yapıları değiştirilerek hayvanlar; - organ nakillerinde organ verici olarak ya da hastalıklara karşı özel ilaçların geliştirilmesinde kullanılmaktadır. Ayrıca deney hayvanları kanser başta olmak üzere genetik hastalıkların tedavisinde büyük rol oynamaktadır. 12

13 Neden GDO Üretilir? Hayvanlar: Günümüzde sağlık alanında genetiği değiştirilmiş hayvan ve mikroorganizmaların kullanılması hastalıkların tedavisinde daha hızlı ve net sonuçlar vermektedir. Örneğin kanser çalışmalarında transgenik kanserli farelerin kullanılması, ilaçların ve etkin dozlarının bulunmasında daha hızlı ve kesin sonuçlar vermektedir. 13

14 Neden GDO Üretilir? Hayvanlar: Ayrıca yapılan araştırmalarla, genetik yapı bakımından uygun model hayvanlarda genetik değişiklikler yapılarak insanlarda meydana gelen hastalıkların moleküler seviyede teşhisi ve tedavi yolları aranmaktadır. 14

15 Neden GDO Üretilir? Bitkiler: GDO teknolojisinin bitkilerdeki uygulamaları arasında daha verimli, virüs ve böceklerin neden olduğu hastalık, kuraklık ve soğuk gibi çevresel koşullara dirençli bitkilerin üretiminde kullanılmaktadır. Ayrıca bitki doku kültürü teknikleri birçok ülkede hastalıklardan arındırılmış bitki materyali üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır. 15

16 Neden GDO Üretilir? Kısaca GDO olarak isimlendirilen bu teknoloji, hızla artan dünya nüfusunun yeterli ve dengeli beslenmesini sağlamak amacıyla; tarımsal üretimin artırılmasında, biyotik ve abiyotik stres koşullarına dayanıklı, yüksek verimli ve kaliteli bitki çeşitlerinin geliştirilmesine, hayvancılık sektöründe kaliteli, verimli ve hastalıklara dirençli hayvan üretiminde, sağlık alanında ise mikroorganizmalardan ve hayvanlardan yararlanılarak ilaç ve aşı üretiminden önemli imkanlar sunmaktadır. 16

17 Bakteriler: Genetiği değiştirilmiş bakteriler geniş ölçüde araştırma birimlerinde ilaç, besin ve aşı üretiminde kullanılmaktadır. Genetiği değiştirilmiş bakteriler doğrudan istenilen ürünü veya gerekli enzimleri üretebilir. Üretilen bu ürünler daha sonra saflaştırılarak kullanıma uygun hale getirilir. 17

18 Bakteriler: Doğal olarak çok az miktarda üretilebilen bazı proteinler bu teknikle daha yüksek miktarlarda ve güvenli bir şekilde üretilebilmektedir. Bakterilerin yanı sıra maya ve bazı mantar çeşitleri de genetik yapıları değiştirilerek bu tür üretimlerde kullanılmaktadır. Genetiği değiştirilmiş bakteri uygulamasına verilebilecek en iyi örnek rekombinant insülin üretimidir. 18

19 Bakteriler: Bantig ve Best isimli araştırmacıların 1921 yılında şeker miktarı yüksek hastalarda yaptığı araştırmada bu artışın insülin eksikliğinden kaynaklandığı bulunmuş ve bu yıldan sonra şeker hastaları hayvan pankreaslarından elde edilen insülin kullanarak hayatlarını devam ettirmişlerdir. Bu sorun genetiği değiştirilmiş E.coli bakterisi ile çözülmüştür. 19

20 Bakteriler: İnsanda insülin üretiminde kullanılan gen rekombinant DNA teknikleriyle uygun taşıyıcılar kullanılarak bakteriye aktarılmış ve bakterinin kimyasal dizi olarak aynı proteini üretmesi sağlanmıştır. Genetiği değiştirilen bakteriler büyük reaktörlerde büyütülerek ürettikleri insülin saflaştırılır ve kullanıma uygun hale getirilir. Bu üretim tekniği güvenilirlik, yüksek üretim miktarı ve sürdürülebilirlik açısından avantajlıdır. 20

21 Bakteriler: İlaç sanayisinde üretilen yeni birçok ürün insülin gibi genetiği değiştirilmiş bakteriler tarafından üretilmektedir. Son zamanlarda maya hücreleri yüksek üretim miktarları ve ökaryot olmalarından dolayı bakterilerde gereken bazı üretim aşamalarını içermediği için daha çok tercih edilir duruma gelmişlerdir. 21

22 Hayvanlar Hayvanlarda genetik değişiklik sağlık, verimlilik yada endüstriyel amaçlar için yapılmaktadır. Bazı hayvanlarda istenilen proteinlerin yüksek miktarda sütte üretilebilmesi ve daha verimli hayvanların elde edilebilmesi için genetik değişikliğe başvurulmuştur. 22

23 Hayvanlar Transgenik hayvanlar genellikle bilimsel araştırmalarda mekanizmaların anlaşılması için kullanılıyor olsa da son zamanlarda özellikle süt üreten hayvanlarda bazı proteinlerin yüksek miktarda bu yolla üretilmesi yaygın hale gelmiştir. İnsan vücudu için gerekli ve herhangi bir hastalıkta üretilemeyen bir protein bu yöntemle yüksek miktarda üretilebilir. Bu uygulamalar için keçi, koyun ve inekler yaygınlıkla kullanılmaktadır. 23

24 Hayvanlar Sağlık alanında genetiği değiştirilmiş hayvanlar en çok hastalıklarda model olarak bilimsel çalışmalarda kullanılmaktadır. İnsanlarda rastlanan bazı hastalıklar uygun genlerin hayvanlara aktarılmasıyla taklit edilmekte ve çalışmalar hayvan üzerinde devam ettirilmektedir. 24

25 Hayvanlar OncoMouse bu tip çalışmalara gösterilebilecek en iyi örneklerden biridir; OncoMouse Harward Üniversitesinde geliştirilmiştir ve birçok insan kanserine sebep olan bir geni taşımaktadır. Bu sayede insanlar üzerinde denenemeyecek birçok araştırma fareler üzerinde denenebilmektedir. 25

26 Hayvanlar Bunun yanında sağlık alanında diğer önemli bir uygulama ise xenotransplantasyon dur. Xenotransplantasyon hayvanlardan insana organ naklidir. Normal şartlar altında diğer hayvanlardan alınan organlar insanlara uyum sağlamayıp vücut tarafından yabancı olarak algılanmakta ve insanın savunma mekanizması etkisiz hale getirilmektedir. Yapılan çalışmalar genetiği değiştirilmiş bazı organizmalarda organın yabancı olarak algılanmasını sağlayan proteinler değiştirilerek savunma mekanizmasını etkilememesi düşünülmektedir. 26

27 Hayvanlar Bazı besin destekleri de genetiği değiştirilmiş hayvanlarda ürettirilebilmektedir yılında ilk transgenik inek olan Rossie de daha çok insan proteini içeren ve bu yüzden anne sütüne daha yakın süt üretimi başarılmıştır 27

28 Hayvanlar Hayvanlarda yaşam süresi uzun olduğundan geleneksel ıslah çalışmaları uzun sürmektedir. Bunun yanında daha fazla süt, hızlı gelişme ve et miktarı gibi özellikle birçok gen tarafından kontrol edildiğinden geleneksel ıslah yöntemleri ile iyileştirilmesi zor özelliklerdendir. Genetik değişikler ile bu tip uygulamalar daha kesin ve hızlı bir şekilde yapılabilir. 28

29 Hayvanlar Yapılan araştırmalarla daha çok ete sahip ve daha çok yün üreten hayvanlar elde edilmiştir. Ayrıca hayvansal ürünlerin içerikleri ihtiyaca göre değiştirilebilir. Kolestrolsüz yada daha düşük laktozlu süt üretimi buna örnek olarak verilebilir. Nexia isimli biyoteknoloji şirketi 2001 yılında Kanada da bazı örümcek genlerini keçilere aktararak sütte ipek telleri üretmişlerdir. Üretilen bu ipek çok esnek, dayanıklı ve hafif olduğu için askeri giysilerde, tıbbi aletlerde ve tenis raketlerinde kullanılmaktadır. 29

30 İnsanlar: İnsan hücrelerinde yapılan genetik değişiklikler hastalıkların tedavisi için büyük bir potansiyel oluşturmaktadır. Gen terapisi insanın normal yaşantısını devam ettirebilmesi için gerekli olan genlerin eksik çalışması durumunda bu genlerin yerine fonksiyonel kopyalarının aktarılmasıdır. 30

31 İnsanlar: Bu tür genetik değişimlerde gen bir sonraki nesle aktarılmaz. Araştırmaların ilerlemesi ile birlikte sperm ve yumurtadaki genlerin değiştirilerek bazı kalıtsal hastalıkların tedavisi amaçlanmaktadır. Bu tür gelişmeler her ne kadar insan yaşamı ve kalitesi için önemli gözükse bile güvenlik ve etik nedenlerden dolayı birçok tartışmalara hedef olmaktadır. 31

32 Bitkiler: Bitkilerin birçok amaç için genetik yapıları değiştirilmektedir. Genellikle zararlı böceklere, hastalıklara, kuraklık, tuzluluk gibi çevresel streslere dayanıklı ve daha verimli olmaları için gerekli karakterlerin aktarılması için çalışılmaktadır. 32

33 Bitkiler: Bunun yanında raf ömrünün uzatılmasından, renk değişimine kadar birçok değişik amaçlı uygulamaları bulmak da mümkündür. Hastalık, böcek ve herbisitlere dirençli bitkiler transgenik bitkiler içinde en çok yer tutan uygulamalar arasındadır. 33

34 Bitkiler: Bitkileri hastalığa karşı dayanıklı hale getirmek için kullanılan teknik; başka organizmalarda doğal olarak bulunan dirençlilik genlerinin bitkilere aktarılması şeklinde gerçekleştirilir. Böcek dirençliliğinde ise en çok kullanılan sistem Bt isimli bir bakteriyal proteini ifade eden genin aktarılmasıdır. Bt proteinin böceklerin sindirim sistemini etkileyerek böcekleri etkisiz hale getirmektedir. 34

35 Bitkiler: Dünyada geniş yer tutan diğer bir uygulama ise herbisit dirençli bitkilerdir. Herbisitler bitkileri öldüren kimyasallara verilen genel isimdir. Bitkiler herbisit dirençliliği kazandırıldıktan sonra bu herbisitlerle ilaçlanır böylece bitki yetiştirilen alanda diğer yabani bitkiler yetişmez. 35

36 Bitkiler: Ayrıca stres faktörlerine yani kuraklık, tuzlanma, ağır metaller, çevre kirliliği gibi faktörlere dayanıklı birçok transgenik bitki de geliştirilmiştir. Bu tip bitkilerin geliştirilmesinde genellikle bu stres faktörlerini bertaraf edecek enzimleri ifade eden genler kullanılmaktadır 36

37 Bitkiler: Etilen isimli bitki hormonu bitkilerin olgunlaşmasını sağlamakla beraber onların raf ömrünü de kısaltmaktadır. Bu sistemi yavaşlatan mekanizmalarla piyasada uzun raf ömürlü bitkiler bulmak mümkündür. Bu uygulama domates gibi raf ömrü kısa bitkiler için çok önemli rol oynamaktadır. Ayrıca bu sistem süs bitkilerinde çiçek ömrünü de uzattığı için çiçek sektörü içinde önemlidir. 37

38 Bitkiler: Diğer bir uygulama ise bitkilerin besin içeriği ve verimliliği ile değiştirilmektedir. Bu tarz uygulamalara en güzel örneklerden biri altın pirinç uygulamasıdır. Altın pirinç Asya da çoğu besinde az bulunan A vitamini eksikliğini gidererek önemli bir problemi çözme yolunda umut vermektedir. Bunun yanında bitkilere bazı aşı ve ilaçlar gen aktarım yoluyla eklenip üretilen bitkilerin doğrudan yenmesiyle bu maddelerin alınması sağlanabilir. 38

39 -Genetik Yapı Nasıl Değiştirilir? -GDO ların olası fayda ve zararları 39

40 Never Stop Thinking! 40