Genetik mühendisliği etki alanı son derece geniş bir meslek, bilim ve mühendislik dalı olup, genlerle yapılabilen uygulamalar, çalışmalar anlamına gelmektedir. Tanım ve amaç Genler, bir organizmanın özelliklerini belirleyen kimyasal bilgiyi taşır. Genetik fonksiyon birimidir veya farklı bir proteinin yapılmasını belirleyen DNA yapısıdır. 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 canlıları ve onların ürünlerinin iyileştirilmesini kapsar. Buna ait ilk bilinen örnekler, yabani bitki ve hayvanların insanların ve diğer türlerin hizmetine sokulması amacıyla iyileştirilmesidir. 1
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. Uygulamalar Genetik mühendisliği, bilim insanlarının genleri bir organizmadan alıp diğerine aktarmalarına imkan veren bir teknolojidir. Bu teknoloji nükleik asit hibridizasyon, rekombinant dna, PCR, RNA,hücre kültürü ve mono klonal 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, invitro koşullarda nükleik asit moleküllerinde kesme (restrüksiyon) enzimlerinin kullanılmasıyla, DNA nın istenilen bölgesinin kesilip çıkarılması ve kesilen parçanın lipaz enzimi kullanılarak vektör adı verilen taşıyıcıya yapıştırılması işlemleri uygulanır. Daha sonra plazmid bakteri içine yerleştirilerek rekombinant DNA nın normal hücresel aktivitesine devam etmesi sağlanır. 2
Bu teknolojiyle, genlerin ait oldukları canlının genomundan yalıtılması ve çoğaltılmasına, yapı ve işlevlerinin araştırılmasına, değişik türlere ait canlılara aktarımına ve ürünlerin daha verimli şekilde elde edilmesine olanak verilmektedir. 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. yüz yılın biyoloji çağı olacağı görüşünü, büyük ölçüde moleküler düzeyde ve biyoteknolojide genetik mühendisliği tekniklerinin gelişmeleriyle ilişkilendirmektedir. Yaşayan tüm organizmalar fiziksel farklılıklarına rağmen ortak bazı temel özellikleri taşımaktadırlar. Virüslerin dışındaki tüm canlılar hücrelerden oluşur. Benzer büyüme süreçlerini geçirirler, moleküler düzeyde benzerdirler ve aynı mekanizmalara sahiptirler. Tek hücreli canlılardan bitkiler, hayvanlar gibi gelişmiş organizmalara kadar tüm canlıların yapısında bulunan ve varlıklarının devamını sağlamak için gerekli olan dört temel biyomolekül mevcuttur. Bunlar nükleik asitler, karbonhidratlar, lipitler ve proteinlerdir. 3
Nükleik Asitler Canlıların özelliklerini belirleyen ve türlerin devamını sağlayan gen kavramını açıklayabilmek için nükleik asitlerin yapı ve fonksiyonlarının bilinmesi gerekir. Yaşam bilgilerini içeren, bunları saklayan ve proteine dönüştürülmesini sağlayan biyopolimere nükleik asit denir. Nükleik asitler kalıtsal faktör taşıyıcıları ve protein sentezinin anahtar maddeleridir. Genlerin hücre içinde ne şekilde depolandığı ve türlerin devamı için sonraki döllere nasıl aktarıldığı hücre içindeki temel nükleik asitler olan DNA (Deoksiribonükleik asitler) ve RNA (Ribonüleik asitler) hakkında bilgi sahibi olmak suretiyle açıklanabilir. Her iki nükleik asitte nükleotitlerin polimerize olması ile meydana gelmektedir. Nükleik asitlerin Yapısını Oluşturan Üniteler Şekerler Purin ve pirimidin bazları Nükleositler Nükleotitler İnorganik Fosfat Nükleik asitler şeker ünitesi olarak iki tip pentoz içerirler (D- Riboz veya D-2-deoksiriboz). RNA nın yapısında Riboz Nükleik asitlerin aromatik heterosiklik bazları purinler: adenin ve guanin DNA nın yapısında deoksiriboz bulunur Adenin Guanin 2 no lu karbona bağlı bir oksijen çıkmış 4
Pirimidinler: sitozin, timin ve urasil Sitozin Timin Purin ve pirimidin bazlarından biri ile birlikte bir pentoz molekülünü içeren yapıya nükleosid adı verilir. Nükleosidler ise riboz halkasından fosfat ünitesine bağlanarak nükleotit yapısını oluştururlar. Nükleotitler DNA'nın temel yapı birimleridir. Bir nükleotidin yapısında aşağıdaki gibi fosfat, seker ve organik baz bulunur. Organik bazlar adenin (A), timin (T), sitozin (C) ve guanin (G)'dir. Nükleotidler hangi organik bazı içeriyorlarsa o bazın ismiyle adlandırılırlar. Urasil Fosfat Grubu Şeker (D-Riboz) Baz (sitozin) DNA ve RNA molekülleri genel yapı bakımından birbirlerine benzerdirler. Ancak bir takım farklılıkları vardır. Bu farklılıklar; I. DNA yapısında deoksiriboz şekeri, RNA yapısında riboz şekeri bulunur. II.DNA nın yapısında adenin, timin, sitozin ve guanin bulunur. RNA nın yapısında adenin, urasil, sitozin ve guanin bulunur. III.DNA hemen hemen her zaman çift sarmal yapıda bulunur. RNA lar ise hemen hemen her zaman tek zincir halinde bulunurlar. IV.DNA her zaman kalıtsal özelliği taşıyan molekül olarak görev yapmaktadır. RNA lar çoğu zaman yapısal görev yapmakta veya protein sentezinde genetik bilginin DNA dan proteine aktarılmasında aracı rolü taşıyan bir molekül olarak hareket etmektedirler. V. DNA larda adeninin sayısı timine, guaninin sayısı ise sitozine eşittir. RNA daki bazlar arasında böyle bir oran söz konusu değildir. DNA Yapı ve Fonksiyonu Bir DNA molekülü birkaç milyon nükleotid uzunluğundadır. Bir memeli kromozomundaki DNA molekülü örnek olarak alındığında yaklaşık olarak 1m olan DNA molekülü katlanıp küçülerek hücre içindeki çekirdeğe sığacak yapıyı kazanır. DNA molekülü dört farklı yapıdaki nükleotit birimlerinden oluşur. DNA yapısındaki her bir nükleotit purin bazları olan adenin (A) ve guanin(g) veya pirimidin bazları olan sitozin (C) ve timin(t) ile bir şeker molekülü olan deoksiriboz ve bir fosfat grubundan oluşmaktadır. 5
Nükleotitlerin dizilimi kromozom yapıları tarafından taşınan bilgileri belirlemektedir. DNA adenin ile timin ve guanin ile sitozin arasında tamamlayıcı baz eşleşmesinden sorumlu hidrojen bağlarının bulunduğu ikili sarmal şeklindedir. Hücre bölünmesi sırasında zincirler açılır ve aynısı kopya edilir. Her zincir bir tamamlayıcı zincirin oluşması için model olarak etki eder. Çevremize baktığımızda canlıların birbirlerinden ve diğer canlı türlerinden farklı olduğunu görüyoruz. Bir insanın, tırtılın, domatesin; kısacası bütün canlıların her birinin hücrelerindeki yönetici molekül DNA'dır. RNA Yapı ve Fonksiyonu DNA da olduğu gibi RNA zinciri oluşurken de bazlar birbiri ardından RNA molekülünün riboz grubuna bağlanır. Ancak RNA da timin bazı yerine urasil bazı geçmektedir. Urasil RNA ya özgü bir bazdır. Hücre içinde DNA, yapı ve fonksiyon için gerekli bilgiyi depolayan bilgi bankası olarak düşünüldüğünde bu bilgilerin ifade edilip işlevsel duruma geçmesi RNA molekülü ile mümkün olmaktadır. Messenger (Haberci) RNA, transfer RNA ve Ribosomal RNA işbirliği ile DNA üzerinde taşınan genetik bilgi, amino asit dizisine yani protein molekülüne dönüştürülür. -Messenger (Haberci) RNA (mrna) Hücre içindeki toplam RNA nın %5 gibi en düşük miktarını oluşturmaktadır. mrna sentezlenecek olan proteine spesifik olan amino asitleri belirleyerek DNA ve protein arasında bilgi akışını sağlar. -Ribosomal RNA (rrna) Protein sentezinde görevli olan ribozom yapısının bir parçasıdır. rrna lar protein sentezindeki en önemli yapılardır. Hücreler, rrna genlerinin yüzlerce kopyasını taşımaktadır. Hücredeki toplam RNA miktarının %80 i rrna dır. -Transfer RNA (trna) Toplam RNA molekülünün %15 lik miktarını oluşturmaktadır. Transfer RNA lar protein sentezi sırasında aminoasitleri ribozomlara taşırlar ve mrna dan 6
Alınan bilgiye göre uzayan protein zincirine sıradaki aminoasidin eklenmesini sağlarlar. Her bir amino asit için onu tanıyabilecek özel bir trna bulunmaktadır. Nükleotid metabolizması Hücre içeren besinlerle nükleik asitler alınır. Pankreas ribonükleazı, RNA yı hidroliz eder. Deoksiribonükleaz, Mg 2+ ile Mn 2+ iyonları varlığında etki gösterir ve spesifik olarak DNA yı hidroliz eder. Mononükleotidler, bağırsak fosfatazları veya nükleotidazları tarafından nükleozid ve fosfat a ayrılırlar Genetiği değiştirilmiş mikroorganizmalar, son birkaç yıldır gündemde olan konular arasında, GDO teknolojisindeki gelişmeler ve bu tür bitkilerin daha yaygın olarak kullanılması ile birlikte GDO lu ürünler hakkında tartışmalarda yoğunlaştı. GDO lu ürünler özellikle insan sağlığı ve çevreye etkileri konusunda eleştirilerin merkezine yerleşti. Bir kesim GDO terimini yeni duyarken ve ne anlama geldiğini yeni öğrenirken, kimine göre sağlığa ciddi olumsuz etkiler yapan kimine göre ise hiçbir olumsuz etkisi bulunmayan ürünler. Kısaca GDO; bir canlının gen diziliminin değiştirilmesi ya da kendi doğasında bulunmayan bambaşka bir karakter kazandırılması yoluyla elde edilen canlı organizmalardır. Biyoteknolojik yöntemler kullanılarak genetik değiştirme (GD) çalışmaların amacı insan ve çevre sağlığına zarar vermeden ülkelerin ihtiyaçları için biyolojik kaynaklardan yeni kaynak yaratmak olduğu halde bu çalışmalar amacını aşmaya başladığı için dünya ve ülkemiz gündeminde de yer almıştır. 7
Genetik mühendisliğinin çeşitli teknikler kullanarak yaptığı müdahalelerle kalıtımsal değişikliğe uğrattığı organizmalar günümüzde GMO (genetically modified organism) veya GDO (genetiği değiştirilmiş organizmalar) kısaltılmış adıyla ifade edilmektedir. Bu teknikler farklı biyolojik kaynaklardan elde edilen DNA moleküllerinin birleşmesinden oluşan yapı olan rekombinant DNA teknolojisi olarak bilinmektedir. Rekombinant DNA teknolojisi sayesinde DNA molekülleri tüpte (in vitro), yani canlı organizmanın ya da hücrenin dışında, yeni bir tür yaratmak üzere bir molekül içinde bir araya getirilebilmektedir. Bu DNA da bir organizmaya aktarıldığında değiştirilmiş özellikleri ya da kendine özgü özellikleri olan bir canlının ortaya çıkmasını sağlamaktadır. Bu yolla ilk kez 1973 de bir bakteri oluşturulmuştur. Rekombinant DNA teknolojisini kullanan ilk şirket Herbert Boyer tarafından kurulmuş ve şirket, 1978 de escherichia coli bakterisinin genetik manipülasyon yoluyla, insülin üreten bir türünü oluşturduğunu açıklamıştır. Sonraki yılllarda bu alandaki çalışmalar artan hızıyla devam etmiştir. Günümüzde bu yolla üretilen mikroorganizmalara transgenik (rekombinant DNA yöntemleriyle kalıtımsal olarak değiştirilmiş) mikroorganizmalar, hayvanlara transgenik hayvanlar, bitkilere ise transgenik bitkiler denmektedir. Transgenik ürünlerin eldesinde izlenen işlem basamakları şu şekilde özetlenmiştir; bir bitkide, hayvanda veya mikroorganizmada olabilen hedef geni taşıyan organizmanın tanımlanması, istenilen bu genin saflaştırılması, Bu saflaştırılmış genin kaynaşımı (füzyonu) ile modifiye edilen gen diziliminin oluşturulması, Fonksiyonel kontrolü için destekleyici dizinin hazırlanması, İşaretleyici genin eklenerek tasarımın gerçekleştirilmesi. İşaretleyici gen: İlgili genin aktif olarak belirlenemediği durumlarda yardımcı olmak üzere, flüoresans protein veya antibiyotiğe dayanıklılık faktörünü içermek üzere hazırlanan gendir. Bu aşamaları takiben, genellikle bir bakteri içinde kopyalanmış dizilimlerin çoklu kopyalarının oluşturulması istenen genetik kopyaların gen silahı veya bir biyolojik ajan yardımıyla, değiştirilmek istenen mikroorganizmanın genomuna eklenmesi hedef geni içeren organizmaların işaretli gence belirlenmesi-değiştirilmiş (modifiye) bakterilerin çoğaltılması olarak özetlenebilir. GDO ların Tartışılan Riskleri i. Sağlık riskleri ii. Çevresel (ekolojik) riskler iii. Tarımsal riskler iv. Ekonomik ve ticari riskler v. Sosyal ve hukuksal riskler vi. Etik açıdan gelişebilecek riskler 8
i. SAĞLIK RİSKLERİ Tüketicilerin güvenlik ve çevre açısından duydukları kuşku nedeniyle, GDO lu gıdalar dünya çapında beklenen kabulü görmemiştir. Buna ek olarak çevre ve halk sağlığının güvence riskleri, doğadaki diğer canlılar için gen kaçışlarının yayılımı, potansiyel gen akımı, tarımsal başkalaşım, alerjik sorunlar, antibiyotik direncinin yıkımı ve tüketicilerdeki bazı sindirim sistemi problemleriyle ilgili olarak da ciddi kuşkular duyulmaktadır. Ancak insanlarla doğrudan deneme yapılamayacağından ve de 16 yılın insan yaşamı bakımından kısa bir süreç olduğu düşünülerek, henüz insanlardaki en net sonuçlar alerjilerdeki artışlara sınırlı kalmaktadır. İleriye yönelik tartışılan olası sağlık riskleri arasında özellikle alerjik reaksiyonlar, metabolizmaya zarar verici enzimatik hasarlanmalar, kanserojenik riskler, yabancı proteinden kaynaklanabilecek Alzheimer, deli dana vb. hastalıklardaki artışlar, metabolizmanın vitamin sentezleme yetisindeki kısıtlayıcı etkileşimler, antibiyotiklere direnç, bağışıklık sistemindeki değişimler, hücresel başkalaşımlar sayılabilmektedir. ii. ÇEVRESEL (EKOLOJİK) RİSKLER GDO ve GD-bitkilerin bir popülasyondan diğerine polenlerinin yayılımıyla, doğal gen kaçışı gerçekleşmesidir. Polenler genellikle rüzgar, su veya hayvanlar gibi çeşitli taşıyıcılarla çevreye yayılabilirler. Böylece polenler veya tohumlarla, genlerin çeşitler arası kaçışı yaygınlaşmaktadır. GM olan ve olmayan topluluklar arasında gerçekleşen dış çapraz bulaşılarla fertil (döllenmiş) hibritler oluşmaktadır. Örneğin mısır ile darı arasında veya pirinç, buğday ve arpa arasında da kendiliğinden doğal çapraz bulaşma gerçekleşebilmekte. Böylece genin tohum veya polenlerle yayılımı ve dağılımıyla, geri dönüşü mümkün ve kolay olmayan ciddi değişimler yaşanmaktadır. Bunun sonucu da ekofloradaki doğal, yerel veya endemik (ülkelere has) çeşitlerin yitirilmesi ya da karakter değiştirmesi riski yaşanabilmektedir. Hayvanlar ve balıklar arasındaki gen aktarımlarının kontrolsüz yayılımı, GM olan üyelerle diğerleri arasındaki bireysel temaslarla veya döllenmiş yavruların ileri nesillerdeki karışımıyla gerçekleşebilmektedir. Bunun sonucunda da doğal çeşitlerde dolayısıyla da biyoçeşitlilik te kayıplar veya değişimlerle sürdürülebilirlik açısından riskler oluşabilmektedir. GD bitkilerin ekolojik açıdan olumsuz etkilerini gösteren bazı çalışmaların sonuçlarına göre genetik mühendisliği yoluyla böcek öldürücü gen aktarılmış Bt mısırı poleninin Monarch kelebeğinin larvaları üzerinde öldürücü etkileri saptanmıştır. Bu olumsuz etkinin benzer ürünlerin dünyada yaygın olarak yetiştirilmesinin söz konusu olduğunda gelecekte biyolojik çeşitliliğin azalmasına yol açması kaçınılmaz gözükmektedir. iii. TARIMSAL RİSKLER Özellikle kısır tohum üretme uygulamalarını tanımlamak için kullanılan terminatör gen oluşturulması nedeniyle tarımda sürekli dışa bağımlılık, her yıl yenilenen tohumluk temin zorunluluğu, pazar bağımlılığı, yüksek tohumluk fiyatı vb. olumsuzluklar, yerel ekofloranın ortadan kalkması, endemik türlerin silinmesi vb. olumsuzluklar söz konusudur.buna bağlı olarak da; Geleneksel tarımsal üretim sisteminde değişiklikler, Doğal ekoflorada olası gen kaçışlarıyla değişim ve kayıplar, 9
Çiftçilerin yerel çeşitleri kaybına bağlı yeni tohumluluk üretebilme olanaklarını yitirmeleri vb. pek çok olumsuzluk durumları tartışılmakta bu yönlü kuşkular giderek artış göstermektedir. Ayrıca GDO lu tarımsal ürünlerin diğer tarım şekilleri olan geleneksel ve organik tarım üzerinde baskı kuran totaliter bir tarım sistemi olduğunu, birlikte ekilebilirliğin mümkün olmadığını ve tüm ekolojik dengeler için potansiyel tehlike yarattığını ortaya koymaktadır. SOSYO-EKONOMİK RİSKLER Dünyada küreselleşme doğrultusunda, dış ülkelerden alınan gıdaların tüketiminde belirgin artış görülmektedir. Gen aktarım teknolojisinin olumsuz yansımalarına bağlı olarak, popülasyonlar arası değişiklikler gerçekleşmekte, gıda kökenli farklı hastalıklarda artışlara neden olmakta ve sorunlar daha da artmaktadır. En önemli husus yeni risk ve tehlikelerin belirlenip, gıda satış ve üretimindeki stratejilerde gerekli önlemlerin alınmasıdır. Sosyoekonomik değişiklikler ve bilimsel teknolojik gelişmeler ile gıdaların son tüketiciye güvenli ulaştırılmasındaki artan zorluklara dikkat çekilmektedir. Biyoteknolojik işlemler ve biyoteknoloji ürünleri güvenlik ve yararlarının sürdürebilirliği açısından devamlı izlenmek zorundadır. Bu nedenle bazı durumlarda istenmeyen sağlık ve güvenlik sorunları sonuçlarına neden olabilen alanlarda sınırlayıcı tescil-güvenlik yönetmelikleri güncellemeleri ve iz sürülebilirlik uygulamaları araştırma ve üretim kapasitesinin yoğunlaşmasına yol açabilse de, mutlaka göz ardı edilmemesi gereken zorluklardandır.gelişmiş ülkeler gelişmekte olan ülkelerdeki mülkiyet haklarının uygulanması için aşırı baskıcı olmaktadır. Patente verilen fazla ücret ve patent hakkının korunması için yapılan aşırı baskılar, serbest ticaretin teşvik edilmesi gibi diğer hedeflerle de uyuşmadığı gibi, serbest ticaret ilkesi ile de çelişmektedir. GEN TRANSFERİ VE ETİK OLGUSU Konuyu etik boyutu ile ele aldığımızda, teknolojik ve organizasyonel değişimlerle sağlanan radikal ve hızlı çözümler yanında bu değişimlerin genellikle kalıcı veya geri dönüşümsüz olması ve etkileşiminin küreselleşme doğrultusunda yaygınlaşması boyutu ile doğacak sakıncalar tartışılmaktadır. Bunun yanında gelecek nesiller üzerindeki etkilerinin de henüz belirsizlik içinde oluşu nedeniyle, çeşitli kuşkuları da beraberinde getirmektedir. Biyoteknoloji ve genetik mühendisliği alanlarındaki çalışmaların ortaklaşması biyo çeşitlilik olarak adlandırılan olgunun yeni bir boyutunu gündeme taşımış ve insanları umut/tatmin/kuşku arasında bırakan tartışmaları da beraberinde getirmiş, rüya mı/kabus mu? tartışmaları başlamıştır. 60-70 li yıllarda Yeşil Devrim olarak gündeme gelen bu çalışmalar günümüzde yasal sorunları ve ülkelerin ekolojik sınırlarını ve tüketici güvenliklerini zorlayan bir Genetik kirlenme gerçeği halinde nitelemektedir. Genetik Modifiye Gıdalar hem ticari boyutlu kültüre alınması, hem de günlük tüketimimize girmesiyle birlikte, dünya genelinde yoğun ilgi ve dikkati üzerinde toplamıştır. Konunun sağlık ve çevresel boyutu ile üzerinde daha fazla araştırma ve denetim gereği doğurmuştur. 10