Tarımsal Biyoteknolojiye Giriş

Transkript

1 Tarımsal Biyoteknolojiye Giriş Adnan Menderes Üniversitesi Tarımsal Biyoteknoloji TAB 101 Muavviz Ayvaz (Yrd. Doç. Dr.) 14. Hafta ( ) 1

2 -GDO ların olası fayda ve zararları 2

3 GDO ların olası faydalarını dört ana başlık altında toplamak mümkündür. İnsan sağlığı üzerine olan doğrudan yada dolaylı etkileri nedeniyle faydaları Tarım uygulamaları açısından faydaları Çevre üzerine olası faydaları Ekonomi üzerine olası faydaları 3

4 Sağlık Çevre GDO ların olası yarar alanları Tarım 4 Ekonomi

5 Sağlık Hastalık risklerinin azaltılması İlaç Aşı Besin değeri arttırma 5

6 Sağlık Yönünden GDO lar yardımıyla insanlarda kullanılan ilaçlar ve aşılar daha ucuz ve güvenli bir şekilde üretilebilmektedir. GDO ların insan sağlığı açısında bir diğer uygulama alanı ise gıdaların besin değerinin arttırılmasıyla ilgilidir. Bir diğer uygulama ise hastalık risklerinin azaltılması yönündedir. 6

7 İlaç Üretimi Dünyanın yaklaşık %0,7 sinin şeker hastası olduğunu ve bir hastanın yılda 0,5 g ila 1 gr insülin kullandığı düşünülürse hayvanlardan elde edilen insülinin dünya nüfusuna yeterli olmayacağı ortadadır. Bu dezavantajları aşmak için gelişen moleküler biyoloji ve biyoteknolojik yöntemleri kullanarak insandaki doğal insüline eşdeğer insülin elde edilmiştir. 7

8 İlaç Üretimi Bu yöntem temel olarak insandaki insülin sentezinden sorumlu genlerin izole edilerek bir bakteriye aktarılması ve bu bakterinin çoğalmasına dayanmaktadır. Böylece bakteri normalde kendisinde bulunmayan insülin genini kendi geni gibi kullanarak insülin üretmektedir. 8

9 Besin Değeri Arttırma Transgenik bitkilerin ilk uygulamaları çoğunlukla verimi arttırmak, yabani ot ve böceklerle mücadele şeklinde olmakla beraber son yıllarda besin kalitesini arttırmaya yönelik çalışmalar hız kazanmıştır. Bu uygulamanın temel amacı insan sağlığı açısından önemli olan maddelerin yeterli seviyede üretilmesidir. Örneğin bitkilerde karbonhidrat, yağ, lif, vitamin ve buna benzer birçok bileşenin miktarı bu teknoloji sayesinde arttırılabilir. 9

10 Besin Değeri Arttırma Bu tür artışı sağlayabilmenin iki yolu vardır. Birincisi bitkilerde var olan ve bu maddelerin üretiminden sorumlu olan genlerin daha fazla çalışmasını sağlamak. İkincisi ise başka organizmalardan bu maddelerin üretiminden sorumlu olan genleri alarak hedef organizmaya aktarmaktır. Bu şekilde yapılan üretime en iyi örnek Altın Pirinç tir. Altın pirinç te yapılan genetik değişiklik ile daha fazla A vitamini ve demir içermesi sağlanmıştır. 10

11 Besin Değeri Arttırma A vitamini eksikliği çocuklarda önlenebilir körlüğe sebep olmakta ve ölüme kadar varan ciddi hastalıklara neden olabilmektedir. Bitkilerde mineral ve vitamin artışına bir diğer örnek, Arabidopsis thaliana adı verilen model bitkideki C vitamini miktarının çilekten alınan bir genin aktarılmasıyla arttırılmasıdır. C vitamini antioksidan özelliği sayesinde vücudun bağışıklık sisteminin korunmasında yardımcı olmaktadır. 11

12 Besin Değeri Arttırma Yapılan bir diğer çalışma ise E vitaminin arttırılması üzerinedir. E vitamini kardiovesküler hastalık risklerinin azaltılması gerekse de bağışıklık sistemini kuvvetlendirerek kanser türlerine karşı vücudu koruyabilmektedir. İnsanlar çoğunlukla E vitamini ihtiyaçlarını α-β tocopherol maddelerini içeren bitkisel yağlardan karşılarlar. Araştırmacılar 1998 yılında Arabidopsis bitkisinde E vitamini sentezinden sorumlu genleri daha çok çalıştırmak suretiyle normale göre daha yüksek miktarda E vitamini üretmeyi başarmışlardır. 12

13 Aşı Üretimi Bu çalışmaların temel hedefi yenilen besin maddelerinden gerekli aşıların alınmasıdır. Mısır, patates, tütün ve kanola gibi bitkilerde kuduz, veba ve hepatit gibi hastalıklara karşı çeşitli aşıları, bitkileri kullanarak üretmek hedeflenir. Model bitkiler olan tütün ve arabidopsis gibi bitkilerin yanı sıra genetiği değiştirilmiş farelerin sütlerinde çeşitli aşıların sentezlendiği görülmüştür. Bu uygulamalar inek, koyun ve keçi gibi canlılarda uygulanabilmesi potansiyeline sahiptir. 13

14 Aşı Üretimi Amerikalı bilim adamları tarafından üretilen transgenik domateslerde veba hastalığına karşı aşı üretimi başarıyla gerçekleştirilmiştir. Birçok bitkide aşı ve çeşitli ilaç maddelerinin üretimi yapılmasına karşın bu aşıların insanlardaki denemeleri etik sebeplerden dolayı sınırlı kalmaktadır. 14

15 Hastalık Risklerinin Azaltılması Omega 3 ve Omega 6 doymamış yağ asitleri insanda trigliserit seviyesini düşürerek kalp rahatsızlıklarına karşı koruma sağlar. Balık ve balık yağı bebeklerde retina ve beyin gelişimini etkilemektedir. Ancak bu besinlerin çok aşırı tüketilmesi besin dengesi açısından sorunlara neden olabilmektedir. Bu problemleri aşmak için bilim insanları normalde bu yağ asitlerini az miktarda üreten model bir bitkiyi kullanmışlar ve omega 3 ve omega 6 yağ asitlerini içerir hale getirmişlerdir. 15

16 Hastalık Risklerinin Azaltılması Omega 3 ve Omega 6 doymamış yağ asitleri insanda trigliserit seviyesini düşürerek kalp rahatsızlıklarına karşı koruma sağlar. Balık ve balık yağı bebeklerde retina ve beyin gelişimini etkilemektedir. Ancak bu besinlerin çok aşırı tüketilmesi besin dengesi açısından sorunlara neden olabilmektedir. Bu problemleri aşmak için bilim insanları normalde bu yağ asitlerini az miktarda üreten model bir bitkiyi kullanmışlar ve omega 3 ve omega 6 yağ asitlerini içerir hale getirmişlerdir. 16

17 Tarım Var olan türlerin üretiminin artması Marjinal alanlarda tarımsal faaliyetlerin yapılması 17

18 Tarım Dünya nüfusu her geçen gün artmakta ve artan nüfusa paralel olarak yiyecek artışı aynı oranda sağlanamamaktadır. Bu tehlikeyi önlemenin ya da en aza indirgemenin temelde iki yolu olduğu düşünülmektedir. Birincisi; var olan bitki türlerinin fazlaca üretimini sağlamak İkincisi; marjinal alanlar dediğimiz tarıma uygun olmayan alanlarda tarımsal faaliyetlerin yapılmasıdır. 18

19 Tarım Her iki alanda da çözüm üretebilmesi nedeniyle GDO uygulamalarının kullanımı tarımsal faaliyetlerde büyük bir artış göstermiştir. GDO çalışmalarının en önemli hedeflerinden birisi verim düşürücü faktörler olan hastalık ve böceklere karşı dirençli bitkilerin geliştirilmesidir. Bitkiler gelişme evrelerinin her döneminde bakteri, virüs, mantar, nematod ve diğer patojenlerin neden olduğu çeşitli hastalıklarla ve zararlı böceklerle karşı karşıyadır. 19

20 Tarım Bu hastalıklarla başa çıkmanın en alışılageldik yolu kimyasal mücadeledir. Ancak bu yöntem başlangıçta başarılı gözükse de böcekler bu maddelere zamanla bağışıklık kazanmış ve bu maddeler uygulanabilir olmaktan çıkmıştır. Ayrıca bitkilerin kimyasal maddelere maruz kalması hem besin zincirinde bulunan insanlar için hem de çevre için uygun değildir. Bu zorlukları aşmak için bitkilerdeki GDO çalışmaları daha çok bu alana kaymış ve başarılı sonuçlar elde edilmiştir. 20

21 Tarım Bu çalışmalardan birisi bitkilere bakteri kaynaklı Bt toksini adlı maddeyi üreten geni aktarmaktır. Bt toksinleri cinslerine göre böceklerin sindirim sisteminde sorun oluşturmakta ve Bt geni taşıyan bitkileri yiyen böcekler ölmektedir. Bt toksinleri kullanılarak şu ana kadar çok sayıda bitki türü böceklere karşı dirençli hale getirilmiş olup, uygulamalar mısır, patates ve pamukta yapılmıştır. 21

22 Tarım Bitkilerdeki hastalık etkenlerinin en önemlisi virüslerdir. Bu nedenle ilk zamanlarda yapılan çalışmalar daha çok bu virüsleri etkisiz hale getirmek üzere odaklanan çalışmalar olmuştur. Virüslerin yayılmasını kontrol etmek kolay bir işlem değildir ve yayılmaya başladıktan sonra hiçbir kimyasal bu yayılımı durduramamaktadır. Virüslerin yayılımı daha çok böcekler vasıtası ile olmaktadır. Bu nedenle bazı virütik hastalıkların kontrolünde böcek öldürücü kimyasallar kullanılmış fakat yeterli bir başarı sağlanamamıştır. 22

23 Tarım Virüslerle mücadele etmenin en temel iki yolu; kültürel mücadele yani hastalıklı bitkilerin ortamdan uzaklaştırılması, diğeri ise virüslere dayanıklı türlerin geliştirilmesidir. Klasik melezleme-ıslah yoluyla bazı virüslere dayanıklı yada toleranslı bitkiler geliştirilse de bu bitkilerin sayısı çok azdır. 23

24 Tarım Transgenik bitkiler virüslerle mücadele etmenin etkili bir yoludur. Bu sorunu çözmek için üretilen transgenik bitkiler genelde virüslerin kabuk proteinlerini kodlayan genlerin bitkilere aktarılmasıyla oluşturulmuştur. Bu yöntem insanlarda aşı uygulaması ile hastalığa direnç kazanılması mantığıyla aynıdır. Böylece bitki virüslere karşı bağışıklık kazanmış olmakta ve yeni bir virüs enfeksiyonuna karşı dirençli hale gelmektedir. 24

25 Tarım Bitkilerin gelişmeleri üzerinde olumsuz etkiye sahip faktörler arasında aşırı sıcaklıklar, kuraklık, aşırı soğuk, tuzluluk gibi çevresel koşullardır. Bu etkenlere dayanıklı bitkiler geliştirmek hem klasik ıslah çalışmalarının hem de biyoteknolojinin en önemli amaçlarından birisi olmuştur. Özellikle ülkemiz gibi yağış miktarı az olan ülkelerde kuraklık büyük ürün kayıplarına yol açmaktadır. Bu nedenle kuraklık gibi streslere karşı dirençli bitkiler geliştirmek önemli bir hale gelmiştir. 25

26 Tarım Bu tür dirençli bitkiler geliştirmekte kullanılan iki temel yöntem bulunmaktadır. Birincisi doğada kuraklığa veya susuzluğa dayanıklı bitkilerden alınan genlerin hedef bitkilere aktarılması, İkincisi ise bitkilerin genetik yapısında bulunan ve kuraklığa karşı koruyucu etkisi bulunan maddelerin sentezinden sorumlu genlerin fazla miktarda çalıştırılmasıdır. 26

27 Tarım Bu çalışmalara örnek olarak Çinli bilim adamları tarafından ortaya konan arpada su kaybına karşı dirençlilik kazandıran HVA1 geninin pirince başarılı bir şekilde aktarılmasıdır. Bu şekilde pirinç bitkisinin yapraklarında ve köklerinde bu genin ürünü olan koruyucu proteinin sentezi ve birikimi sağlanmıştır. 27

28 Tarım Yapılan bir diğer çalışma ise Escherichia coli adlı bakteride bulunan trehalose geninin pirinç bitkisine aktarılmasıyla kuraklık stresine karşı korunmanın arttırılması hedeflenmiştir. Trehalose; ikili şeker yapısında olup bakteri, mantar ve omurgasızları kuraklık gibi streslere karşı koruyan önemli bir maddedir. Çalışmanın sonuçlarına göre gen aktarılan bitkilerdeki koruyucu şeker üretiminin arttığı gözlenmiştir. 28

29 Tarım GDO ların tarımdaki uygulamaları arasında herbisitlere yani ot öldürücülere karşı dirençli bitkilerin geliştirilmesi yer alır. Yabani oltarla mücadele çiftçilerin önemli problemlerinden biridir. Yabani otlar verimi önemli ölçüde düşürmekte ve ürünün kalitesini azaltmaktadır. Yabani otlarla mücadelede çapalama ve biyolojik kontrol yer almaktadır. 29

30 Tarım Herbisitlere toleranslı bitkilerin geliştirilmesindeki en önemli dönüm noktası yabani ot ilaçlarının aktif içeriğini oluşturan glyphosate adlı bir maddeye karşı dirençli soya soya fasulyesinin geliştirilmesidir. Kimyasal ilaçlarla ilaçlama yapıldıktan sonra diğer tüm yabani otlar ölmekte geriye sadece ekimi yapılan bitki kalmaktadır. Dünya üzerinde ekimi yapılan transgenik bitkilerin büyük bir bölümünü herbisitlere dirençli soya fasülyeleri oluşturmaktadır. 30

31 Çevre Plastik Üretimi Daha az kimyasal kullanımı İlaç gübre Zararlı kimyasalların ve ağır metallerin topraktan veya sudan uzaklaştırılması 31

32 Çevre Tarımsal üretimin önemli sorunlardan bir tanesi de fazla miktarda kimyasal madde kullanımıdır. Bu maddeler çoğunlukla böcek ve yabancı ot öldürücü kimyasallar ve gübrelerdir. Bu maddelerin aşırı kullanılması hem toprak hem de su kirliliğine yol açmaktadır. Artan kirlilik toprak ve suda bulunan biyoçeşitliliği önemli ölçüde tehdit etmektedir. 32

33 Çevre Genetiği değiştirilmiş bitkiler özellikle bazı hastalıklara, böceklere ve herbisitlere karşı daha dirençli olmaktadır. Örneğin normal pamuk bitkisini korumak amacıyla yaklaşık 40 çeşit böcek ilacı kullanılmaktayken, transgenik pamuğun geliştirilmesiyle bu sayı üçte birine kadar düşmüştür. Daha az kimyasal madde kullanılması gerek toprak gerekse de yeraltı yer üstü kaynakların daha az kirlenmesi anlamına gelmektedir. GDO ların tarımda kullanımı toprak ve su kirliliğini azaltmada fırsat olarak görülebilmektedir. 33

34 Çevre Çevre açısında bakıldığında besin zincirinde daha az kimyasal madde kalıntısı besin zincirinin sağlıklı yönde işlemesine neden olur. Bitkisel üretimde kullanılan her türlü kimyasal madde, mikroorganizmalar ve bitkiler sayesinde son tüketiciler olan hayvan ve insanlara aktarılırken besin zincirinin son halkasında bu kimyasalların birikmesine yol açmaktadır. 34

35 Çevre GDO ların tarımda kullanılması ile bu kimyasalların tüketimini önemli ölçüde azaltacağına inanılmaktadır. Çevre açısından diğer bir uygulama alanı zararlı kimyasalların ve metallerin topraktan ve sudan uzaklaştırılmasıdır. GDO ların bu amaçla kullanılması için üç strateji bulunmaktadır; 35

36 Çevre Birincisi; Genetiği Değiştirilmiş Mikroorganizmaların ortamda birikmiş maddeleri parçalaması İkincisi; Genetiği Değiştirilmiş Bitlilerin ortamdaki ağır metalleri kendi bünyelerine depolaması Üçüncüsü; Genetiği Değiştirilmiş Mikroorganizmaların ortamdaki kirliliği tespit etmek amacıyla geliştirilmesi 36

37 Never Stop Thinking! 37