Hatice BALMUK Zeynep ZEYNELOĞLU Nazlı CANKILIÇ Model Organizmalar, Deney Hayvanları Kullanım Alanları ve Etik Model Organizma nedir? Model organizma, biyoloji alanındaki deney ve araştırmalarda kullanılmaya uygun, belirli bir genetik dizilim, hastalık ya da özellik taşıyan canlılara verilen isimdir. Biyoteknoloji, genetik, moleküler biyoloji gibi biyolojinin pek çok dalında farklı özelliklere sahip model organizmalar kullanılabilir. Model canlılar özellikle,insan hastalıklarının olası sebepleri ve bunların tedavileri için, bu deneylerin insan üzerinde gerçekleştiremediği ve etik olmadığı durumlarda yaygın olarak kullanılırlar. Model organizma seçiminde göz önünde bulundurulan faktörler: 1-) Kısa yaşam döngüsüne sahip olma Deneylerin daha kısa süre içinde sonuca ulaşması ve daha fazla jenerasyon üzerinde gözlem yapılabilmesi için model organizmalar genellikle kısa yaşam döngüsüne sahip canlılar arasından seçilir. 2-) Genetik uygulamalar için elverişli olma Genomunda kolay değişiklik yapılabilen canlılar özellikle moleküler biyoloji ve genetik alanındaki araştırmalar için çok uygundur. 3-) Laboratuvar ortamında yetiştirilebilme Model organizmalar sıklıkla laboratuvar ortamında kolayca bakımı gerçekleştirilebilecek canlılar arasından seçilir. Bu seçimde canlının boyutu, beslenme biçimi, yaşadığı sıcaklık gibi faktörler göz önünde bulundurulur. 4-) Ekonomik koşullar Model organizma olarak seçilen canlının ucuz ve kolay bulunabilir olması, bakımının masraflı olmaması araştırmacılar için tercih edilesi bir durumdur. 5-) Genom haritasının çıkarılmış olması Genom diziliminin tamamı bilinen canlılar özellikle genetik alanındaki araştırmalar için çok daha uygun birer model organizmadır 3 farklı model organizma tipi vardır; Bunlar; 1.Genetik Model Organizmalar
2. Deneysel Model Organizmalar 3. Genomik Model Organizmalar Genetik Model Organizmalar Genetik analizler için uygundur. Bu organizmalar çok hızlı ürerler ve kısa zaman içerisinde çok fazla nesil olu ştururlar. Çok fazla mutant bireyler genelde elde edilir. Genetik haritalar çıkarılabilir. 1. Saccharomyces cerevisiae, 2. Drosophila melanogaster, 3. Caenorhabditis elegans Deneysel Model Organizmalar Bu organizmalar jenerasyon sürelerinin uzun olması ve zayıf bir genetik haritaya sahip olması nedeniyle genetik araştırmalarda kullanılmaz. Ancak Gallus gallus (tavuk) ve Xenopus laevis( bir kurba ğa türü) gibi türlerin ürettikleri dayanıklı embriyolar geli şim biyolojisinde model organizma olarak kullanılır Genomik Model Organizmalar Bu tip organizmaların genetik yada deneysel avantaj ve dezavantajlarına bakılmaksızın model organizma olarak seçilirler. Çünkü evrimsel geli şimde çok önemli bir noktada olmaları yada genomlarının bazı kalitesi bunlar üzerinde çalışmayı ideal kılar. Örneğin Fugu rubripes insanlarınkine benzer gene sahiptir ancak daha küçük genomları vardır.büyüklükteki bu farklılık insan genomundaki DNA tekrarlarından ve intronlardan kaynaklanır. Son yıllarda, omurgalı ve omurgasız canlıların moleküler ve genetik yapılarının anlaşılmasıyla ilgili çok sayıda çalışma yapılmış ve bu alanda önemli gelişmeler olmuştur. Model organizmaların gelişimleri, fizyolojileri ve davranışları incelenmiş ve bu organizmalar insan sağlığıyla ilgili genetik çalışmalarda kullanılmıştır Genetik, moleküler biyoloji ve genom dizilim (sekans) çalışmaları, biyolojik işlevleri yürüten birçok moleküler sürecin ve genin evrimsel süreçte korunduğunu ortaya çıkarmıştır. Birçok gen dizisi mayadan birçok yüksek yapılı omurgalılara kadar korunmuştur ve çok çeşitli organizmalarda bu genler genellikle benzer işlevleri yürütmektedirler. Örneğin; mayada hücre döngüsü kontrol noktalarını düzenleyen genlerin insanda homoloğu bulunmaktadır. Bu genlerin insanda bulunanları hücre döngüsünü düzenlemekte ve tümör baskılayıcı genler olarak görev yapmaktadırlar. İnsanlarda hastalığa neden olduğu bilinen 300 genden yaklaşık 200'ü meyve sineği ve nematodlardaki genler ile dizi benzerliğine sahiptir.
Bu genlerden yaklaşık 100 tanesinin mayada da benzerleri bulunmaktadır. Buna ek olarak, birçok erken gelişim süreci ve bunları kontrol eden genler sineklerde, nematodlarda, fare ve insanda korunmuştur. Deney Hayvanları Biyomedikal alanlarda; hipotezi bilimsel kurallara göre oluşturulmuş araştırmalarda ilaç, madde, tedavi vb. etkinliklerin, canlı organizmadaki sonuçlarının elde edilmesi için, kullanılan hayvanlardır. Hayvan deneyi terimi ise; omurgalı ya da omurgasız olmalarına bakılmaksızın hayvanlarla yapılan tüm bilimsel uygulamalar için kullanılır. Deney hayvanlarının çoğu; biyoloji, tıp, veteriner hekimliği, ziraat ve ilaç sanayisi gibi biyomedikal alanlarda kullanılmaktadır. Hayvanların büyük bir kısmı ise, temel tıp alanları (örneğin, insan vücudunun genel fizyolojisi, biyokimyası ve endokrinolojisi gibi) ile ilaçların insanlar için faydalı olup olmadığının araştırılmasında ve güvenli olan dozajlarının belirlenmesinde insan modeli olarak kullanılmaktadır. Bu deneylerde kullanılan hayvanlar, bir anlamda insanın yerine konulmuş bir model olarak kullanılmışlardır. Deney hayvan ünitelerinde kullanılan özel tesisatlar; Stabil ısı Sabit nem Düzenli fotoperiyot(gece/gündüz) ventilasyon sistemleri Hayvanlar için bariyerler Operasyon salonu için filtreler Araştırmalarda göz önünde tutulması gereken birinci öncelik, araştırmaların niteliğine uygun deney hayvanlarının seçilmesidir. Burada aranılacak uygunluk, elde edilecek sonuçların, hedeflenen canlının problemlerine çözüm oluşturmasıdır. Deney Hayvanlarının Seçiminde Dikkat Edilmesi Gereken Kurallar Araştırmalar için hayvan modelleri seçiminde çok dikkatli davranılmalı ve deneyler ayrıntılı bir şekilde planlanmalıdır. Bir hayvan modelinin seçilmesindeki aşamalar kısaca şu şekilde özetlenebilir: 1. Temel anahtar sorunun tanımlanması, 2. Temel anahtar elementin( hücre tipi, doku, organ, organlar arası iletişim vb.) ne olması gerektiğine karar verilmesi,
3. Hangi hayvan türü/soyunda bu temel anahtar elementin olduğunun belirlenmesi, 4. Anahtar elementi içeren hangi hayvan türü ya da soyunun teknik olarak daha avantajlı olduğu ve deneysel işlemlerden hangisinin en az düzeyde rahatsızlık hissedeceğinin belirlenmesi, 5. Hayvanların temini, barındırılması, bakımı, takibi, literatür bilgiler, hayvanlarla ilgili deneyim gibi uygulamadaki faktörlerin belirlenip gözden geçirilmesi, 6. Bilimsel uygulama ve etik yönlerden uygun bir hayvan modelinin seçilmesi Deney hayvanı olarak sık kullanılan hayvanlar; sıçan(rat), fare, hamster, tavşan, köpek, kedi, domuz ve koyunlardır. FARE Genel olarak immünoloji, toksikoloji, farmakoloji, kanser, davranış ve enfeksiyon hastalıkları ile ilgili araştırmalarda kullanılır. Çok sayıda mutasyonlarının bulunması genetik çalışmalarda tercih edilmesine neden olmuştur. SIÇAN(RAT) Farelerden sonra araştırmalarda en çok kullanılan omurgalı hayvanlardır. Diş hekimliği çalışmalarında iyi bir deney modeli oluşturduğundan önemli bir yer tutmaktadırlar. Biyomedikal araştırmalarda temel tıp, ilaç, gıda, davranış ve toksite çalışmalarında en çok kullanılan hayvandır. Farelerin aksine, ratlarda safra kesesi bulunmaz. TAVŞANLAR Laboratuvar hayvanı olarak Beyaz Yeni Zellanda soyu Oryctolagus cuniculus tercih edilir. Biyomedikal araştırmalarda kullanılan tavşan sayısı fare ve ratlara kıyasla oldukça düşüktür. Tavşanlar toksite antiserum üretimi, biyolojik etkinliği olan maddelerin ölçümlendirilmesi, göz ve deri iritasyon testleri ve damar sertliği ile ilgili çalışmalarda kullanılır. DENEY HAYVANLARININ FİZYOLOJİK VERİ TABLOSU RAT (SIÇAN) Erişkin vücut ağırlığı: dişi 300 g Erişkin vücut ağırlığı: erkek 200 g Doğum ağırlığı 5-6 g Vücut yüzey alanı 50 g için 230 cm2; 130 g için 250 cm2;
200 g için 325 cm2 Vücut sıcaklığı 35.9-37.5 C Kromozom sayısı 42 Yaşam süresi 2.5-3.5 yıl Gıda tüketimi 10g / 100g / gün Su tüketimi 10-12ml / 100g / gün FARE Erişkin vücut ağırlığı: dişi 20-40 g Erişkin vücut ağırlığı: erkek 25-40 g Doğum ağırlığı 0.5-1,5 g Vücut yüzey alanı 20 g için 36 cm2 Vücut sıcaklığı 36.5-38 C Kromozom sayısı 40 Yaşam süresi 1.5-3 yıl Gıda tüketimi 15 g / 100 g/gün Su tüketimi 15 ml/100 g/gün HAMSTER Erişkin vücut ağırlığı: dişi 85-130 g Erişkin vücut ağırlığı: erkek 95-150 g Doğum ağırlığı 2 g Vücut yüzey alanı 125 g için 260 cm2 Vücut sıcaklığı 37-38 C Kromozom sayısı 44 Yaşam süresi 18-24 ay Gıda tüketimi 10-12 g / 100 g /gün Su tüketimi 8-10 ml/100 g/gün TAVŞAN Erişkin vücut ağırlığı: dişi 2-5 kg Erişkin vücut ağırlığı: erkek 2-6 kg Doğum ağırlığı 30-100 g (40 g) Vücut yüzey alanı 2.5 kg için 1270 cm2 4.8 kg için 3040 cm2 Vücut sıcaklığı 38-39.6 C Kromozom sayısı 44 Yaşam süresi 5-6 yıl Gıda tüketimi 5 g/100 g/gün Su tüketimi 5-10 ml/100 g/gün
DENEY HAYVANLARI KULLANIMIDA ETİK Deney hayvanlarıyla ilk araştırmaların yapıldığını M.Ö. 400 lerde yayımlanan Corpus Hippocraticum adlı kitapta görüyoruz. Daha sonra Galen ve birçok araştırmacı deney hayvanlarını çeşitli amaçlarla kullanmıştır. Fakat çalışmaların belirli bir sisteme oturması ve araştırmalar için canlı hayvan kullanımının mutlaka gerektiği 1865 yılında Claude BERNARD tarafından ifade edilmiştir. Fakat anestetik maddelerin bulunmadığı dönemden gelen alışkanlıkla başta eter olmak üzere anestetik maddeler keflfedildiği halde, halen deney sırasında anestezisiz uygulamalar yapılıyordu. Bu da toplumun dikkatini çekemeye başladı. Toplumda canlı kesime (vivisection) karşı hareketler örgütlendi. 1895 yılında Londra da "The Victoria Street Society" kuruldu, bunu aynı yıl kurulan "Frances Power Cobbe" izledi. Kurulan derneklerin çalışması sonucunda İngiltere de 1876 yılında "Royal Commision" kuruldu ve "Hayvanlara insancıl Davranma Yasası" adlı ilk etik yasayı yaptı. Bu yasa ile "canlı hayvanlar üzerinde yapılacak denemelerin ancak eyalet sekreterliğinin kontrolü ile, anestezi altında ve yalnızca yararlı bilim için yapılabileceği" karara bağlanmıştır. Bu yasadan sonraki çalışmalarda ortaya çıkan gelişmelere göre yeni alternatifler geliştirilmiştir. Öncelikle kurulan dernek sayısı artmıştır. Özellikle gelişmiş ülkelerde birçok yasa çıkarılmış ve çeşitli uluslararası antlaşmalar imzalanmıştır. 1959 yılında yayımlanan "İnsani deney tekniğinin prensipleri" bugün hemen hemen tüm yasaların ortak temelini oluşturan 3R kuralını ortaya koymuştur. 3R kuralı halen gerek hayvan refahı savunucuları ve gerekse bilim insanlarınca kabul görmekte ve günümüz bioetik kurallarının temelini oluşturmaktadır. 3R kuralı, R harfiyle başlayan üç İngilizce kelimeden oluşmaktadır. Bunlar; 1. REDUCTION ( azaltma) 2. REPLACEMENT (değiştirme) 3. REFINEMENT (arıtma) 1. REDUCTION Reduction mümkün olduğu kadar az hayvan kullanarak en iyi sonuca varmayı öneren maddedir. Fakat burada az hayvan kullanma önerisini asla deneyin gerektirdiği istatistiksel sayıyı kısarak yapma algılanmamalıdır. Reduction da boş yere hayvan kayıpları engellenerek az hayvan kullanılması ilke edinilmiştir. Boş yere hayvan kaybının nedenleri arasında ilk sırayı, araştırmayı planlarken
ve uygularken iyi bir literatür taramanın yapılmamı olması yer almaktadır. Hele günümüzde bu tip taramaların bilgisayar ortamında bu kadar kolay yapılma olanağ varken literatür taramadan çalışmaya başlanması çok üzücüdür. Araştırmacı deney bitip de çalışma yazma aşamasında iken literatür tarayınca, seçtiği konunun çoktan klasik bilgi haline geldiğini görüyor ve o çalışma doğal olarak yayımlanmıyor. Bu durumda çalışmada kullandığı hayvanların tümü boşa gitmiş oluyor. Reduction da boş yere hayvan harcama nedenlerinden birisi de, çalışmaya başlarken çok iyi literatür deney hayvanları hakkında teorik ve pratik bilgi eksikliğidir. Dünya da bunun önüne geçilmesi için araştırmacının bu alanda bir kursa katılıp orada başarılı olduğunu gösteren sertifikanın alınması şart koşulmaktadır. Ülkemizde bir süredir bu çalışmalar başlamış ve yoğunluk kazanmıştır. Bu kurslar kişilerin teknik hatalarla hayvan kaybetmelerini minimuma indirmektedir. Ayrıca araştırıcının deney hayvanlarının çeşitli özellikleriyle ilgili olarak temel bir bilgiye sahip olması sağlandığı için daha bilinçli davranmaktadır. Yine en çok rastladığımız reduction kuralına aykırı davranışlardan biriside deneye hayvan seçiminde hatalar veya deneyi daha güvenilir hale getirecek olanaklardan habersiz olma nedeniyle yapılan yanlış seçimlerdir. 2. REPLACEMENT Bu madde eğer bilimsel olarak bir mahsur yoksa deney hayvan yerine ona alternatif yöntemlerin kullanılmasını önermektedir. Günümüzde bu konu ile ilgili olarak önerilen yöntemler, 1.Doku ve organ kültürleri 2. Bilgisayar modelleri ve veri bankaları 3. Omurgasız hayvanların kullanılması 4. Embriyolu yumurtanın kullanılması 5. Gönüllü insan veya insan materyallerinin kullanılması 6. Bir hücrelilerin kullanılması 7. Eğitimde deney hayvanlarının yapay modellerinin ve filmlerinin kullanılması Doku ve Organ Kültürleri Avantajları
1.Üretimi tamamen kontrol altındadır. Deney hayvanlarındaki gibi kontrol dışı gelişmeler daha sınırlıdır. 2. Hayvanlarda görülen ve çeşitli koşulların zorladığı bireysel sapmalar kolay kolay olmaz. 3. Çalışmayı etkileyecek koşullar sınırlı olduğu için sonucu doğrudan yorumlayabiliriz. 4. Doğrudan insan hücresi kullanma olanağı yaratmaktadır, dolaysıyla elde edilen sonuçlar insana çok uygunluk gösterir (ameliyatlarda alınabilecek dokulardan veya kanserli insan doku bankalarından) Doku Kültürünün Dezavantajları 1.Zaman zaman istenmeyen kontaminasyonlarla kayıplar olabilir. 2. Vücuttan izole edilmiş bir organ diğer sistemlerle olan etkileşimden uzaklaştığı için Doku kültürlerinden elde ettiğimiz sonucu sağlam durumdaki bir organizma için yorumlamamız zor olmaktadır 3. Doku kültürlerinin özellikle canlının bütünlüğünün devamlılığını isteyen insan çalışmalarında kullanılması mümkün görülmemektedir. Örneğin bir transplantasyon çalışması veya birçok organın işin içine girdiği olaylarda kullanılması mümkün değildir. 3. REFİNEMENT Bu maddenin kuralı hayvanların doğumlarından, deney bitimine kadar kullanılması süresince rahat etmelerinin sağlanması ve mümkün olduğu kadar az acı duymalarını sağlamak için önlemlerin alınmasıdır. Bunun için uygulamalar hayvanların konacağı kafesten başlar. Bu hayvanların kafesi hem hayvanların rahatını sağlayabilecek, hem de sağlıklı malzemeden olmalıdır. Kafeslere hayvanların yerleştirilmesinde de dikkat etmemiz gereken etik hakları bulunmaktadır. Her büyüklükteki kafese her istediğimiz sayıda hayvan koyamayız. Etik kurallarda hangi türden, hangi yaşta hayvanın ne kadar taban alanı ve yükseklikte bir kafese konacağı belirlenmiştir. Belirtilen sayının üstünde hayvan koyulamaz. Hayvanların rahatı açısından onlar için kullandığımız yataklıklarda çok önemlidir. Yataklıklar şekil verilebilir, tozsuz olmalıdır. Hayvanların kafeslerinin konacağı odaların ısı, ışık, nem durumları mutlaka o odada yetiştirilmekte olan türün gereksinimine göre olmalıdır. İnsan Deneklerinde Etik 1. İnsan üzerinde bilimsel bir deney yapan kişi, bir yıldan üç yıla kadar hapis cezası ile cezalandırılır.
2. İnsan üzerinde yapılan rızaya dayalı bilimsel deneyin ceza sorumluluğunu gerektirmemesi için; a) Deneyle ilgili olarak yetkili kurul veya makamlardan gerekli iznin alınmış olması, b) Deneyin öncelikle insan dışı deney ortamında veya yeterli sayıda hayvan üzerinde yapılmış olması, c) İnsan dışı deney ortamında veya hayvanlar üzerinde yapılan deneyler sonucunda ulaşılan bilimsel verilerin, varılmak istenen hedefe ulaşmak açısından bunların insan üzerinde de yapılmasını gerekli kılması, d) Deneyin, insan sağlığı üzerinde öngörülebilir zararlı ve kalıcı bir etki bırakmaması, e) Deney sırasında kişiye insan onuruyla bağdaşmayacak ölçüde acı verici yöntemlerin uygulanmaması, g) Deneyin mahiyet ve sonuçları hakkında yeterli bilgilendirmeye dayalı olarak açıklanan rızanın yazılı olması ve herhangi bir menfaat teminine bağlı bulunmaması gerekir. KAYNAKÇA http://sagens.erciyes.edu.tr/dergi/2010_3/mustafa_zortuk.pdf http://web.firat.edu.tr/futdam/deney_hayv_fizy.pdf https://aeuhadyek.ahievran.edu.tr/detay/deney%20hayvanlar%c4%b1/23 http://www.ctf.edu.tr/stek/pdfs/46/4603.pdf http://www.ctf.edu.tr/stek/pdfs/46/4602.pdf
3. Konu Sorular ve Cevaplar 1. SORU: Bir hastalığın tanı ve tedavi sürecinde hangi işlemlerin yapılacağına karar vermek adına bir deney hayvanıyla çalışılacaktır. Bu deney hayvanının seçiminde anahtar sorun ve elementin kararlaştırılması hangi açıdan önemlidir? Cevap: Anahtar sorunun tanımlanması ve hangi organ, doku veya hücre ile çalışılacağına karar verilmesi demek hangi hayvan türü ve soyunda bu temel anahtar elementin olduğuna daha çabuk ulaşmak demektir. Böylelikle hangi hayvanla çalışılırsa daha verimli sonuçlar alınacağını kestirilmiş olur. Örneğin safra kesesi hastalıkları için sıçanlarla çalışmak doğru olmaz çünkü sıçanlarda safra kesesi bulunmaz. 2. Soru: Deney hayvanları kullanımı etiğinde, 3R kuralından reductin (azaltma) nedir? Cevap: mümkün olduğunca az hayvan kullanmaktır. Bu istatiksel hesaplar sonucunda ihtiyaç duyulan hayvan sayısından kısmak değil iyi bir literatür taraması yapmak ve deney hayvanların kullanım alanlarını iyi bilmektir. 3. SORU: İnsan hastalıklarının olası sebepleri ve tedavileri için neden model organizmalar kullanılır? ve genomlarının neden benzer olması istenir? CEVAP: İnsana çok benzer genetik yapı taşıyan model organizmalar üreme ve çoğalma sürelerinin kısalığı sayesinde birçok nesli çabuk ve ucuz olarak inceleme olanağı vermektedir. Tam genomik dizisi belirlenen model organizmalardan bazıları Escherischia Coli (bakteri), Saccharomyces Cerevisiae (maya), Drosophila Melanogaster (meyve sineği) ve Caenorhabditis Elegans'dır (nematod). Diğer canlı genomlarının bilinmesi insan genomuyla karşılaştırma yapılmasını ve insan genomunun daha iyi anlaşılabilmesini sağlayacaktır. Laboratuar faresi üzerinde yapılan çalışmalar devam etmektedir. İnsan ve fare genomlarında yaklaşık olarak 3 milyon baz çifti bulunur ve fare genlerinin büyük bir çoğunluğunun insan genlerinde kar şılığı vardır. İki tür arasında farklı olan genler sadece %1 5 arasındadır ve genelde daha önce var olan genlerin duplikasyonu veya değiş mesi sonucu yeni işlev kazanmış genlerdir. Genomlar arasındaki bu benzerlik farenin popüler bir model organizma olarak kullanılmasında en önemli etkendir. Genetikçiler, basit laboratuvar organizmalarında metabolizmanın,gelişimin ve hastalıkların temellerini çalışmak için bu genetik benzerliklerin avantajlarını kullanmakta ve daha sonra bu bilgileri daha karmaşık ökaryotlara uygulamaktadırlar. İnsanda hastalıklara neden olan genlerin bulunması ve bu genlerin hücrede ne gibi işlevler gördüğünün anlaşılması uzun ve zahmetli araştırmalar gerektirmektedir.