HAYVANCILIKTA BİYOTEKNOLOJİK UYGULAMALAR Dünya Nüfusu Günümüzde---6.2 milyar 2020---8 milyar (6.7 milyarı GOÜ) (FAO, 2003) 2050---9.1 milyar (WHO) Nüfus İşlenebilir Tarım Alanı Dünya nüfusunun artması ve gün geçtikçe azalan doğal kaynaklar çağımız bilim adamlarını arayışlara itmiştir. Son yıllarda adından sık sık bahsedilen "Biyoteknoloji" Biyoteknoloji" " ye başta gıda ve sağlık olmak üzere birçok meseleyi çözebileceği ümidiyle bakılmaktadır. Ar.Gör. B.Devrim ÖZCAN Ç.Ü.Z.F. Zootekni Bölümü, Biyometri-Genetik ABD Artan Nüfus Sosyal Çevre Beslenme Biyoteknoloji.?.? Teknolojinin biyolojik varlıklara uygulanması Temel bilimlerin ve mühendislik ilkelerinin, ham maddelerin biyolojik araçlar yardımı ile ürünlere dönüştürüldüğü süreçlere uygulandığı bir teknoloji (OECD, 1982 Yılı Raporu) Tarım Eczacılık Orman Tıp Gıda Biyoteknoloji Veterinerlik Çevre Enerji Endüstri Tarımda biyoteknoloji; Hayvansal ve bitkisel ürünlerin verim ve kalitesinin artırılması Hastalıklara ve olumsuz çevre şartlarına dirençli türlerin geliştirilmesi Rekombinant aşıların ve farmasötik moleküllerin geliştirilmesi (Hepatit-B, Lt-B, TGEV, çeşitli hayvan aşıları ile insanlarda kullanılan bazı ilaçlar bitkisel üretim sistemleri içerisinde devreye sokulmuştur) Hastalıkların tanı ve tedavisi Gen kaynaklarının korumaya alınması Gıdaların miktar ve kalitesinin artırılması Gıdaların raf ömrünün uzatılması Fermante ürünler için starter kültürlerin geliştirilmesi Patojen kontrolü Biyoteknolojide Ülkelerin Durumu ABD (40-50 milyar Dolar fon; 1500 şirket-gentec Gentec, Monsanto,, Dow, DuPont, Syngenta, Aventis) Japonya (Farmakolojik alana yönelik bakteri ve funguslardan gen klonlanması) AB (İngiltere, Almanya, Fransa ve İspanya biyoteknolojik çalışmalarda başı çekiyor) Çin Arjantin Brezilya Kanada Meksika Güney Afrika --------------------------------------------------------- Türkiye (26 özel şirket ve 5 devlet kuruluşu) Dünya genelinde 2000 yılında 63 milyar dolarlık bir pazar oluştuğu, bunun 2007 yılında 151 milyar dolara yükseleceği hesap edilmektedir (yılda %2 lik büyüme) --------------------------------------------- Türkiye'de biyoteknoloji pazarının büyüklüğü 960 milyon dolar olduğu, 10 yıl içinde bu pazarın 4,5-8,5 milyar dolar arası hacme ulaşacağı tahmin edilmektedir. Kaynak: "Uluslararası Rekabet Stratejileri: Biyoteknoloji" " Raporu (TÜSİAD)( Transgenik* * ürün ekim alanları; 1997 11 milyon Ha 1998 27.2 milyon Ha 2000 44.2 milyon Ha 2002 55 milyon Ha 2003 67.7 milyon Ha *Transgenik:: Genetik olarak değiştirilmiş organizma (GMO) 1
Neden GMO üretimi? Daha düşük maliyet elde etmek Daha dayanıklı ve besin değeri yüksek ürün elde etmek Her ikisi Biyoteknoloji; en çok mısır, soya, domates patateste ve pamukta uygulanmaktadır Soya ve mısır yeryüzünde en fazla transgenik yetiştiriciliği yapılan ve kullanılan iki üründür. Yetiştiriciliği yapılan transgenik bitkiler içerisinde soya %57 oranında bir yer tutarken, bu oran transgenik mısırda %24 tür Biyoteknolojik yöntemlerle Bt geni aktarılarak pestlere dayanıklı transgenik mısırın yanında yine yağ sanayi ve hayvan beslemeye yönelik yağ içeriği zenginleştirilmiş transgenik mısır geliştirilmiştir Yine biyoteknolojik yöntemlerle nematotlara dayanıklı ve lizin amino asidince zenginleştirilmiş transgenik soya türleri de geliştirilmiştir Biyoteknolojinin Hayvancılıkta Kullanım Alanları Üreme performansının artırılması ve gen kaynaklarının korunması Hayvansal ürünlerin miktar ve kalitesinin artırılması Hayvan besleme (yem değerlendirme kabiliyetlerinin artırılması, hayvan yemlerinin kalitesinin iyileştirilmesi ve yeni protein kaynaklarının geliştirilmesi) Hayvan sağlığı (aşı üretimi, teşhis, koruma ve hastalıklara dayanıklılık) Üreme performansının artırılması ve gen kaynaklarının korunması Embriyo transferi Embriyonik klonlama Somatik klonlama Embriyolarda cinsiyet tayini Dondurarak saklama (kryoprezervasyon) İlk somatik klon olan Dolly den (Wilmut ve ark., 1996) sonra sığır klonlama çalışmaları da başlamış ve ilk somatik klon sığır 1998 yılında doğmuştur (Mudbhary, 2003). Transgenik olarak geliştirilen sığır, koyun ve keçilerin sütlerinde yabancı proteinler ürettirilerek yeni özellikler kazandırılmıştır 1. Lactoferrin (antibakteriyel) 2. PPL (Emphysema( ve cystic fibriosise karşı) 3. PA (Plasminogen( activator) (Kanın pıhtılaşması) 4. Alpha-1-trypsin (kalıtsal emfizeme karşı) 5. Anti thrombin (Kanın pıhtılaşması) 6. Faktör VIII (Kanın pıhtılaşması) 7. Faktör IX (Kanın pıhtılaşması) Bu şekilde salgılanan proteinler sadece süt içerisinde ve bol miktarda üretilmekte olup saflaştırılması kolaydır. Süt sığırlarında Transgenik bir sığır olan Rosie,, Prematüre bebekler için gerekli olan insan laktalbumini sütünde salgılayarak anne sütüne eş değer süt üretmektedir. 2
Annie,, genetik mühendisliği teknikleri ile Lysostaphin geni klonlanarak mastitise karşı direnç kazandırılan transgenik bir sığırdır geliştirilmiştir (Pursel, 2000). Yeni Zelanda lı bilim adamları, daha kaliteli peynir üretimi için, normal süte göre %13 daha fazla protein (kazein) içeren süt üreten transgenik inek geliştirmişlerdir (Laible ve ark., 2003). Et sığırlarında Belçika Mavi Sığırlarında tek bir genin kodladığı major etkili Double Musclin (çift kas) geni; Kas gelişiminde %20 artış Yağlanmada %50 azalma Bu gen değişik sığır ırklarında klonlanarak et verimi artırılabilir Koyunlarda döl verimi Booroola merinoslarında çoğuzluğu sağlayan ve döl veriminden sorumlu major etkili bir gen olan FecB geninin kromozom üzerindeki yeri belirlenerek (6. kromozom) baz dizileri okunmuştur. Bu gen yerli koyun ırklarımıza aktarılarak çoğuz doğumlar sağlanabilir. Yapağı verimi yüksek transgenik koyun Anti-freeze geni aktarılmış transgenik somon SIĞIR BÜYÜME HORMONU GENİ (Bovine Somatotropik Hormon Geni) E1 E2 E3 E4 E5 GH1 GH4 GH5 GH6 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 bp PCR İLE ÇOĞALTMA ACACCCAGGGTTGCCTTCTGC CT C CTTCCTCGCCC TT CTCC TGTGGGTCCAACGGAAGACG.GAGGAAGGAGCGGGAAGAGG ACACCCAGGGTTGCCTTCTGC CT C CTTCCTCGCCC TTCTCC GAGGAAGGAGCGGGAAGAGG Rat Büyüme Hormon Geni aktarılmış Transgenik Fare Rekombinant Bovine Somatotropik Hormon (rbst)) (Sığır Büyüme Hormonu) Uygulaması Laktasyon dönemi uygulamalarında süt veriminde artış (İlave( yem vermeden %25-30 düzeyinde verim artışı sağlanmaktadır) ACACCCAGGGTTGCCTTCTGC TGTGGGTCCAACGGAAGACG.GAGGAAGGAGCGGGAAGAGG MspI PCR ÜRÜNÜ mgh geni aktarılmış transgenik fare (44 gr) Restriksiyon enzimleri ile kesilmekte ve jel çalışmaları yapılarak mutasyonlar tespit (PCR-RFLP yöntemi) edilmektedir. Normal fare (24 gr) 3
(Devlin et al. Nature 371, 209 (1994)) Balık Üretiminde Büyüme Hormon Geni Afrika kökenli Tilapia balıklarına haftada bir kez karın içine 100-1000 1000 mg/gr rbst uygulanmış ve büyümeyi teşvik edici bir etki sağlanmıştır. Ancak yinede bu etki doğal tst den önemli olmazken bunda yaş, canlı ağırlık, doz, formülasyon ve deneme deseni önem kazanmaktadır. Domuz (Porcine( Porcine) Somatotropin (pst)) Uygulaması pst T ile 30-77 günlük domuzlarda (Porcine)) %10-20 oranında canlı ağırlık kazancı Yemden yararlanma oranında %13-33 33 artış Yağ birikiminde %70 azalma Protein birikiminde (kas) %62 artış sağlanmıştır. Hayvan beslemede biyoteknolojik uygulamalar Kanatlılarda ve diğer tek mideli hayvanların tahıllardan daha iyi faydalanabilmesi için eksik bazı aminoasitlerin biyoteknolojik yöntemlerle üretilerek rasyona ilave edilmesi, Arpa,yulaf, tritikale gibi tahılların beta- glukanaz, ksilanaz, likenaz, fitaz gibi enzimlerin ilavesiyle kullanımı arttırılması Rumen bakterilerinin genetik modifikasyon ile selüloz sindiriminin artırılması Silajın besleme değerinin enzimatik olarak artırılması B.staearotehrmophilus staearotehrmophilus a ait sıcaklığa dirençli Alfa-amilaz amilaz genini protoplast füzyonu ile B. subtilis te te klonlanması (Özcan, 1996) B. stearothermophilus a ait sıcaklığa dirençli Alfa-amilaz amilaz ve C. thermosulfurogenes bakterisine ait sıcaklığa dirençli Beta-amilaz amilaz genlerinin klonlanmasına yönelik çalışmalar (Özcan( ve Özcan (Basılmamış) Ç.Ü.Z.F. Zootekni Bölümü Hayvansal Biyoteknoloji ve Genetik Mühendisliği Lab) (Özcan ve Özcan,, Basılmamış) Genetik modifikasyonlarla yeni probiyotiklerin geliştirilmesi (Ç.Ü.Z.F. Zootekni Bölümü Hayvansal Biyoteknoloji ve Genetik Mühendisliği Lab) Likenaz geni aktarılmış S. thermophilus ve L. Lactis suşları Selülaz yan aktiviteli bifonksiyonel ksilanaz geni klonlanmış B. subtilis suşları (Özcan ve Özcan,, 2001) a-amilaz ile β-glukanaz Genleri klonlanmış rekombinant ekmek mayaları (Saccharomyces cereviseae a-amilaz enzim geni aktarılmış değişik B. subtilis B. subtilis suşları (Altınalan ve Özcan, 2000) Lizozim geni klonlanmış E. coli bakterisi SDS-PAGE de termofilik S. thermophilus/pl2 ve E. coli/pl2 bakterilerinin farklı sıcaklık derecelerine maruz bırakılması sonucu lizozim stabilizasyonunun belirlenmesi S. thermophilus + Lizozim E. coli + Lizozim Hayvan sağlığı Hastalıkların tespitinde hızlı testlerin geliştirilmesi Patojen mikroorganizmaların ve virüslerin doğrudan teşhisi Hastalıklara dirençli transgenik hatların geliştirilmesi Rekombinant aşıların ve farmasötik moleküllerin üretimi Biyoteknolojik yöntemlerle transgenik hayvanlara organ, doku ve kan ürettirme imkanları bulunmaktadır GENOM ÇALIŞMALARI (Hayvan ırklarının biyoteknolojik yöntemlerle DNA düzeyinde karakterize edilerek ırk ayrımının kesin bir şekilde yapılması) 4
-120-100 -110-80 -90-70 -60-50 -40-20 -30 0-10 20 10 40 30 60 50 70 80 0 5.000 10.000 Axe 1 (30,04 %) 15.000 20.000 25.000 30.000 10 000-6.000-7.000-8.000-9.000-3.000-4.000-5.000 0-1.000-2.000 2.000 1.000 Axe 3 (24,43 %) 8.000 7.000 6.000 5.000 4.000 3.000 11.000 10.000 9.000 Sığır Genomu Faktöryel birleştirme yöntemiyle oluşturulmuş üç boyutlu dağılış grafiği (Altınalan ve Özcan, Basılmamış) EKSEN 2 Axe 2 (25,48 %) EKSEN 1 YK GSK DAK BI SA EKSEN 3 Yerli Sığır Irklarımızın Filogenetik Analizi Farklı Türlere ait Etlerin Büyüme Hormon Geni Bakımından PCR ile Taranması M: Markır, 1. Karahan Marketten alınan koyun eti kıymasından izole edilen DNA, 2. Yonca Marketten alınan koyun eti kıymasından izole edilen DNA, 3. Yonca Marketten alınan dana eti kıymasından izole edilen DNA, 4. Groseri Marketten alınan dana eti kıymasından izole edilen DNA, 5. Siyah alaca sığır kanından izole edilen DNA 6. Keçi kanından izole edilen DNA 7. Koyun kanından izole edilen DNA 8. Domuz kanından izole edilen DNA 9. Eşek kanından izole edilen DNA 10. At kanından izole edilen DNA 11. Tavuk kanından izole edilen DNA 12 Tavşan kanından izole edilen DNA GENETİK MODİFİYE ORGANİZMALARA- GMO (GENETİK OLARAK DEĞİŞTİRİLMİŞ ORGANİZMA) ÜRÜNLERİNE TOPLUMSAL BAKIŞ GMO; Başka bir organizmadan gen aktarılmış veya kendi genleri değiştirilmiş organizma Marketteki GMO Ürün Mısır Soya Kolza Hindiba Balkabağı Patates Özellik Böcek direnci, herbisit toleransı Herbisit toleransı Herbisit toleransı Herbisit toleransı Virüs direnci Böcek direnci, herbisit toleransı GMO Ürünlerin Potansiyel Riskleri Direk sağlık etkileri (toksisite) Alerjik reaksiyon tetikleme eğilimi (alerjenikliği) Beslenmeyle ilgili veya toksik etkisi olabileceği düşünülen spesifik bileşenler Klonlanan genin stabilitesi Genetik modifikasyonlar sonucu beslenmeyle ilgili etkiler Gen eklenmesinden kaynaklanan, istenmeyen bir etki olup olmadığı GMO ların uluslararası ticaretteki pozisyonu Şu u an uluslararası ticarette net bir düzenleyici sistem mevcut değil. Fakat pek çok uluslararası organizasyon (FAO, WHO, OECD, FDA) GMO lar için protokoller geliştirme çabası içerisinde ABD, Kanada ve Avustralya GMO ların serbest ticaretinden yana politika geliştirmişlerdir. AB nin mevzuatı oldukça katı kurallar ihtiva etmektedir. AB de 18 GMO ürün genel risk analiz kriterlerinden geçerek satışa sunulmuştur. Ayrıca AB de GMO ürünlerin etiketinde Genetik Modifiye Edilmiş Üründür ibaresinin yazılması zorunludur 5
Ülkemizde Mevzuat; Tarım ve Köyişleri Bakanlığı Tarımsal Araştırmalar Genel Müdürlüğü tarafından 1998 yılında başlatılmıştır. Bu çalışmalar; 1. Alan denemesi 2. Tescil 3. Üretim-Pazarlama Pazarlama-GıdaGıda SONUÇ GMO ürünler daha çok gelir seviyesi düşük veya açlık sınırında olan olan toplumlara beslenme açısından bir imkan oluşturmaktadır (A vitaminince zenginleştirilmiş pirinç, amino asit içeriği güçlendirilmiş soya ve tahıl gibi) Organik tarım ise daha çok gelir seviyesi yüksek toplumlarda gelecekte de güncelliğini koruyacaktır. TEŞEKKÜRLER 6