Genetik mühendisliği
Genetik mühendisliği, Genetik, kalıtımsal özelliklerin tüm yönlerini inceleyen bilimdir. Genetik mühendisliğiyse, genetik araştırmalarından elde edilen bilgilerin doğurganlık, hastalıklar, besin üretimi, atıkların uzaklaştırılması ve bir türün iyileştirilmesi gibi sorunlara uygulanmasıdır. Genetik mühendisliği teknikleri içinde, organizmaların üreme ve kalıtım süreçlerini değiştiren geniş bir yöntemler dizisi yer alır. Söz konusu olan sorunun niteliğine bağlı olarak, kullanılan yöntemler yapay dölleme, klonlaştırma, laboratuvarda dölleme, tür melezlemesini ya da başka bir deyişle yeniden birleştirilmiş DNA tekniğiyle doğrudan doğruya genetik gerecin kendisinin ele alınmasını içerir.
MOLEKÜL DIŞI ÖRNEKLER
Genetik mühendisliği yöntemleri hayvan yetiştiriciliğinde, bahçecilikte ve tarımda binlerce yıldır etkili biçimde uygulanmaktadır. Tahıllar, 7 000 yıl kadar önceden başlanarak, besin üretimi için ayıklama yöntemiyle yetiştirilir. Daha yakın dönemde, buğday ve pirinci içine alan "yeşil devrim" diye adlandırılan bir program, dünyanın artan besin gereksinmesini karşılamak yolunda çok şeyler başarmıştır. Büyükbaş hayvanlar ve domuzlar, 8 000 yıl önce evcilleştirilmiştir ve ayıklama yöntemiyle insan beslenmesinin iki ana kaynağı haline gelmiştir.
İnsan hastalıkları konusunda bağışıklıkbilim alanındaki bazı buluşların başarılı bir biçimde uygulamaya geçirilmesi, her biri belli bir virüse, birhücreli hayvana ya da hücre cinsine özgü çok miktarda özel tipte antikora gereksinme duyulması nedeniyle yakın dönemlere kadar sınırlı kalmıştır. 1975'te bir kanser hücresi, özel bir antijene karşı antikorlar üreten bir dalak hücresiyle kaynaştırılmış ve melez hücre, hem dalak hücresinin tek tip antikorunu üretmeyi, hemde kanser hücresi gibi büyümeyi ve bölünmeyi sürdürmüştür. Günümüzde, belirli mikroorganizmalara karşı, bu tür monoklonal antikorlar büyük miktarlarda üretilmektedir.
Nispeten büyük bir protein molekülünden (yaklaşık 1 320 aminoasit) oluşan bir antikor,yazık ki bazı kişilerde alerji tepkilerine yol açabilir (Bk. ANTİKOR). Bilim adamları, bunu önlemek için, yalnızca molekülün antijen bağlanma yerini taşıyan bir antikor geliştirmektedirler. Bu değiştirilmiş antikorun daha küçük olması, alerji tepkilerinin sıklığını azaltmakta ve hedefine taşınmasını kolaylaştırmaktadır. Ayrıca, bilim adamları çeşitli monoklonal antikorların antijen bağlanma yerlerini taklit eden kısa (yaklaşık 15- 20 aminoasit uzunluğunda) sentetik peptitler üretebileceklerini düşünmektedirler. Bunlar çok miktarda ve maliyetleri düşük olarak üretilebilirlerse, alerji tepkilerine yol açmaksızın hastalıklarla savaşımda etkili olacaklardır.
YENİDEN BİRLEŞTİRİLMİŞ DNA
Teknik. "Gene yerleştirme" denilen yeniden birleştirilmiş DNA oluşturmak, bir organizmanın genetik gereç kesimlerinin başka bir organizmaya aktarılması tekniğidir. Bu tekniğin temeli, DNA zincirlerinin, bazı nükleotit dizilerinin bulunduğu yerlerden özel enzimler (sınırlayan enzimler) kullanılarak koparılmasıdır. Bu süreç, başka organizmalardan aynı biçimde elde edilmiş DNA parçacıklarıyla birleşebilen bir dizi verici DNA parçalarının ortaya çıkmasıyla sonuçlanır. Deneysel örneklerin çoğunda, DNA parçaları virüslerle ya da plazmitlerle (hücrelerde bulunan, kendiliğinden kopyalanarak çoğalan küçük DNA halkaları) birleşirler. Virüs ya da plazmit taşıyıcıları, verici DNA parçalarını hücrelere taşırlar. Taşıyıcı ve verici bileşenlerden oluşan DNA parçacığı yeniden birleştirilmiş DNA molekülünü oluşturur. Bu molekül, "konak" diye adlandırılan hücrenin içine girince, konağın her bölünmesinde, konağın DNA'sı boyunca kendini kopyalar. Bu bölümler, her biri yeniden birleştirilmiş DNA molekülünün bir kopyasını ve verici DNA parçacığını, şifrelediği proteine çevirme potansiyelini taşıyan bir özdeş hücreler klonu üretirler. 1985'te, bileşimi bakımından özgün DNA örneğiyle özdeş olan iki çift sarmal üreten etkili bir klonlaştırma yöntemi geliştirilmiş ve polimeraz zincir tepkimesi diye adlandırılmıştır.
Uygulamalar. Yeniden birleştirilmiş DNA deneylerinde, konak hücreler olarak bakterilerin kullanılması, gen sıralanması konusunda önemli bilgiler sağlamıştır. Çeşitli büyüklüklerde verici DNA parçacıkları kullanılarak belirli genlerin kendilerini göstermesini yöneten denetim birimlerinin yeri ve etkisi tanımlanmıştır.
Bakterileri ve proteinlere çevrilen DNA parçacıklarını içeren yeniden birleştirilmiş DNA yöntemleri, ensülin (şeker hastalığı için), interferon (virüs hastalıkları ve bazı kanser biçimleri için) ve büyüme hormonu (cücelik için) gibi tıbbi açıdan önemli maddeler sağlanmasını artırmıştır: Bu maddeler eskiden ana kaynaklarından ancak çok sınırlı miktarlarda sağlanılabilmekteydi.
Yeniden birleştirilmiş DNA yönteminin bir başka önemli tıbbi uygulaması da, bazı hastalıklara karşı aşıların üretilmesidir. Bir hastalığa karşı aşı, bir kişiye öldürülmüş ya da zayıflatılmış mikroorganizmaların iğneyle verilmesine, bunun sonucu olarak o kişinin bağışıklık sisteminin antikorlar üretmesine dayanır. Bu yöntem her zaman, aşı üretim süreci sırasındaki bir hata nedeniyle aşıda hastalığa yol açabilecek etkin virüsler bulunması riskini taşımıştır. Araştırmalar, antikor oluşmasını uyaran antijen olarak işlev gören etkenin, mikroorganizmanın dış yüzü olduğunu göstermiştir. Günümüzde, yeniden birleştirilmiş DNA tekniği aracılığıyla hastalığa yol açan mikroorganizmanın yüzeyine, zararsız mikroorganizmalara özgü, onu belli bir hastalığa karşı aşı olarak kullanan genleri aktarmak olanağı vardır. Bu, çiçek hastalığının dünya çapında kökünün kazınmasında son derece etkili olan zararsız inek çiçeği virüsünün kullanılmasıyla başarılı bir biçimde yapılmıştır. Sözgelimi, gen mühendisliği tekniğiyle, inek çiçeği virüsünün herpes simpleks tip 1 virüsünün (uçuk) protein kılf genlerini taşıyan bir suşu hazırlanmış, bunun yanı sıra enflüenza virüsüne karşı aşı olarak etki gösteren bir başkası ayrıca hepatit B virüsüne karşı etki gösteren bir üçüncüsü hazırlanmıştır. Araştırmacılar hastalığa yol açıcı çeşitli virüslerin protein kılıf genlerini tek bir inek çiçeği virüsü suşuna yerleştirme ve bunu çoğul-aşılama organizması olarak olarak hizmet edecek duruma getirme yolunda çalışmalar yapmaktadırlar.
Değiştirilmiş genomlu, yani genetik bilgi içeriği bulunan bakterilerden çok çeşitli çöplerin ayrıştırılmasında yararlanılabilir; sözgelimi deniz yüzeyine yayılmış petrolün "yıkılması" için böyle bir bakteri kullanılabilir. Biracılık ve pastacılıkta kullanılan maya türü Saccharomyces cerevisiae, genetik mühendisliği tekniğiyle laktozu alkole çevirecek duruma getirilmiştir. Bu değişiklik, peynir yapımında, günümüze kadar atılmakta olan kesilmiş sütün suyundan yararlanmaya olanak vermektedir. Kesilmiş süt sıvısı büyük miktarda laktoz içerir. Bu laktoz, daha sonra tıp ve sanayide kullanılmak için alkole dönüştürülebilir. Sellülaz enzimi, mısır sapları, testere talaşı, vb. başka tarım yan ürünleri gibi selüloz atıklarını şekere dönüştürebilmekle birlikte, bu enzim genellikle, kitlesel atık kullanma programları için hiç de elverişli olmayan bakterilerde bulunmaktadır. Böyle olmasına karşın, sellülaz geni, bu gibi programlarda kullanılabilecek Escherichia coli laboratuvar bakterisine aktarılabilir.
Bitki hücreleri de konak hücreler olarak kullanılabilir ve bunun besin üretiminde önemli sonuçları olabilir. Bazı bakterilerin azot bağlama sistemleri için şifrelenen genler, tarım bitkilerinin hücrelerine yerleştirilebilirse, dünyanın, besin üretimi inanılmaz biçimde artacak ve yapay gübre kullanımına gerek kalmayacaktır.
Bitki hücreleri, bakteri genleri için konak olarak kullanılmakla kalmayıp, hayvan genlerinin alıcıları olarak da iş görebilirler. Biyolojik ışıldama yeteneği bulanan ateşböceğinin kullanıldığı böyle bir gene yerleştirme deneyinde, ışık üretimi için gerekli enzimi üreten gen, bir tütün bitkisine aktarılmış, daha sonra, bitkinin kökleri gerekli bileşenleri içeren bir eriyiğe daldırılınca, bitki ışık yaymaya başlamıştır. Böylece, hayvan genlerinin, uygun koşullarda, bitki hücrelerinde işlev görebilecekleri kanıtlanmıştır. Buna ters düşen olgular görülse de, hayvan ve bitki evrenleri arasında gen aktarımında aşılamayacak engel yoktur. Soyları uzun süre önce tükenmiş canlıların, ölümünün hemen ardından ya buza ya da durgun bir gölün dibindeki çökeltilere gömülerek bedeni hiç olmazsa bir ölçüde korunmuş organizmalarının genleri, polimeraz zincir tepkimesinden yararlanılarak incelenebilmektedir. Günümüzden 20 milyon yıl önceden kalma bir manolya bitkisinin yaprak geni DNA diziliminin. günümüzdeki manolya bitkisinin aynı geniyle yapılan karşılaştırmasında, 820 DNA temel geninden yalnızca 17'sinin farklı olduğu görülmüştür. Bu, çok uzun bir süre içinde yalnızca çok az miktarda evrimsel değişme geçirdiğini göstermektedir. Abraham Lincoln'un kan ve saçlarının DNA'sının analizinde de polimeraz zincir tepkimesinden yararlanılmıştır. Bilim adanılan Abraham Lincoln'da Marfan sendromunun (anormal bir biçimde uzun el ve ayak parmaklarıyla, zayıflamış aort ve kalp kapakçıklarıyla, kalp enfeksiyonlarına yatkınlıkla belirti verir) bulunup bulunmadığını öğrenmeye çalışmaktadırlar.
Çatışan düşünceler. Bazı bilim adamları ve meslekten olmayan kişiler tarafından, yeniden birleştirilmiş DNA araştırmasının yerinde ve ahlaksal olup olmadığı konusunda kuşkular ileri sürülmüştür. İnsan bağırsak sisteminde yaşayan Escherichia coli gibi bir bakterinin içine, hastalık yapabilen, antibiyotiğe dirençli ya da kansere neden olan bir virüs sokulmasının, genel nüfus içinde kazayla ölümcül bir salgına yol açabileceğinden korku duyulmuştur. Bununla birlikte, yeniden birleştirilmiş DNA tekniğinin uygulamaya konduğu 1973'ten bu yana, genetik gereç, korkulan felaketler olmaksızın binlerce kez aktarılmıştır. Bunun sonucu olarak, ABD Ulusal Sağlık Enstitüleri, hastalığa yol açan bakteriler dışında, gene yerleştirme çalışmaları üstündeki bütün kısıtlamaları hafifletmiş ya da kaldırmıştır.
1987'de de, ABD Sağlık Enstitüleri Yeniden Birleştirilmiş DNA Danışma Komitesi, bitkileri, hafif dondan korumak için, genetik mühendisliği tekniğiyle hazırlanmış bakteri spreyleri sıkılmasına yönelik bir dizi denemenin yapılmasını onaylamıştır. Denemelere ve besin üretimini genetik olarak değiştirilmiş mikroplar salarak herhangi bir artırma yöntemine yöneltilen karşı çıkmaların başlıca nedeni, organizmaların yayılarak, o bölgenin çevre sisteminin altüst olmasına yol açması olasılığıdır. Ama yakın dönemde deneyler, salınan bakterilerin belirli bir bölgesinin dışına yayılmadığını ve çevre sistemi bakımından görünür hiçbir tehlike oluşturmadığını ortaya koymuştur.
ADLİ TIPTA DNA
DNA kısıtlayıcı enzim etkisine uğradığında, çeşitli büyüklükte parçacıklar oluşur. Her insan ailesi soy çizgisinin kendine özgü kısıtlayıcı enzim DNA parçacıkları dizilimi vardır. İnsan soy çizgilerinde bulunan bu DNA parçacıklarının dizilimlerindeki çeşitliliğe, "kısıtlayıcı-parçacık uzunluğu çokbiçimliliği" adı verilir. Tek yumurta ikizleri dışında, her kişi birbirinden farklı iki aile çizgisinin genetik gerecinin, birleşmesinden oluştuğu için, bir bireydeki parçacık büyüklük dizilimi kendine özgüdür ve o kişinin DNA parmak izi işlevini görebilir. Bu teknik, kurbanların suçluyu tanımlayamadıkları şiddet suçlarının özel birtakım örneklerinde, saldırganların kimliğinin belirlenmesinde son derece önemli olmuştur. Sözgelimi, bir ırza geçme olayından sonra kumaşların üstündeki kan ya da ersuyu lekeleri, ya da döl yolundan pamukla alınan örnekte bulunan sperma hücreleri ya da saldırganın yolunmuş saçları, analiz için kullanılabilir. Enzim sindiriminin ardından kurumuş kandan ya da başka bir kaynaktan özütlenen DNA, DNA parçacıklarının, suçlanan kişinin hücrelerinden elde edilen DNA'yla tıpatıp uyar. Kan lekelerinin elde edilebildiği yerlerde, dört yıl kadar eski olan örneklerden kesin DNA parmak izleri elde edilebilmektedir. YÖNELİMLER
1980'de ABD Yüksek Mahkemesi, ABD Patent ve Ticari Marka Ofisi'ne, genetik mühendisliği tekniğiyle hazırlanmış bir "petrol yiyici" bakteriyle ilgili patent verme iznini verdi. Bakteri, "doğal olmayan insan yapısı mikroorganizma" diye sınıflandırıldı. Sonraki sekiz yıl içinde, genetik olarak değiştirilen bakteri, virüs ve bitkiler için 200 kadar patent verildi. 1988'de hücreleri kansere yatkın bir gen dizisi (etkinleştirilmiş onkojen dizisi) içerecek biçimde, genetik mühendisliği tekniğiyle hazırlanmış bir fare türünün patenti verildi. Teknik olarak "gen aktarıcı insan olmayan ökaryot hayvan" diye tanımlanmış olan bu tipten her fare, hem kanser yapıcı maddelerin küçük dozlarını denemekte, hem de kanserin gelişmesine karşı koruyucu etki yapacağı düşünülen ilaçların etkililiğini denemekte kullanılabilir.
Tarım alanında genetik mühendisliğiyle hazırlanmış bazı tarım bitkisi türlerinin patentleri alınmıştır. Bunların arasında triptofan aminoasidi bakımından zengin mısır bitkileri, tohumları da öldüren zararlı böcek ilaçlarına dirençli pamuk bitkileri, çeşitli böceklere dirençli tütün bitkileri ve çeşitli virüslere dirençli patates bitkileri sayılabilir. Tıp alanında da, kan hücresi yapımını uyaran eritropoyetin hormonunun, kalp krizlerini tedavi etmede kullanılan bir pıhtılaşma önleyici ilaç olan doku plazminojen etkinleyicisinin ve hepatit C'nin tedavisinde etkili olduğu kanıtlanan alfa interferonun patentleri verilmiştir.