Biyoteknoloji - Biyoteknolojiye Giriş

Basit bir ifadeyle, biyoteknoloji, insan sağlığını ve insan çevresini değiştirmek için canlı organizmaların veya ürünlerinin kullanılmasını ifade eder. Moleküler ve hücresel biyoloji ile bitki, hayvan ve insan genetiğinin birleşmesidir.

Ünlü kurgu yazarı Ken Follett, en çok satan “The Twin Twin” de on bir “ikiz” hakkında yazdı. Tüm bu on bir genç erkek, ülkenin farklı bölgelerinde farklı ebeveyn gruplarında doğuyor ve aynı yüze, fiziksel özelliklere, kan grubuna ve hatta aynı parmak izlerine sahip.

Tabii ki, Follett sadece on bir klonunu genetik manipülasyonlarla yaratan bir bilim insanı takımı oluştururken hayal gücünü kullanıyordu. Fakat koyunları 'Dolly' ve kusursuz domates 'Flavr-Savr'ı yaratan gerçek hayattaki bilim adamları bu özellikleri gerçek olarak elde etmişlerdir. Ve şimdi, kahkaha atmadan, fazladan proteinle birlikte gül ve dikensiz buğday üretmekten bahsedebiliriz. Bütün bunlar biyoteknolojinin ortaya çıkışı sayesinde.

Biyoteknoloji için tohumlar, 1953 yılında, James Watson ve Francis Crick'in, bir DNA molekülünün kendi kendini kopyalayan kodunu oluşturmak için dört bazın nasıl eşleştirilebileceğini gösterdiği zaman ekildi. Bu iki Nobel ödüllü, DNA keşiflerinin yaşam kavramını nasıl değiştireceğini asla hayal edemezdi. Ancak, biyoteknolojide yapılan çeşitli ilerlemeleri ve bunların yaşamlarımız üzerindeki etkilerini tartışmadan önce, bu tekniğin nasıl işlediğine bakalım.

Basit bir ifadeyle, biyoteknoloji, insan sağlığını ve insan çevresini değiştirmek için canlı organizmaların veya ürünlerinin kullanılmasını ifade eder. Moleküler ve hücresel biyolojinin ve bitki, hayvan ve insan genetiğinin birleşmesidir.

O nasıl çalışır?

Basit bir ifadeyle, biyoteknoloji, insan sağlığını ve insan çevresini değiştirmek için canlı organizmaların veya ürünlerinin kullanılmasını ifade eder. Moleküler ve hücresel biyoloji ile bitki, hayvan ve insan genetiğinin birleşmesidir.

Tüm canlılar, DNA (Deoxy Ribonucleic Acid) adı verilen aynı genetik materyal ile programlanan hücrelerden oluşur. Her DNA birimi dört nükleotitten oluşur. Bunlar Adenin (A), Guanin (G), Timin (T) ve Sitosin (C) Diğer iki bileşen şeker ve fosfattır. Bu nükleotitler, bir çift sarmal olarak adlandırılan spiral bir yapıda bükülen tellerde birleşir. Dolayısıyla, tüm DNA - bir mikroorganizmadan, bir bitkiden, bir hayvandan veya bir insandan - aynı malzemeden oluşur.

Her hücre ayrı bir organizma olmasına rağmen, her hücre aynı sayıda DNA ünitesine sahiptir. DNA'nın farklı bölümleri (genler), tek tek hücrelere nasıl farklılaşacaklarını söyler: yani, bir göz, bir kan hücresi, bir kas, bir cilt hücresi vb. DNA ayrıca farklı hücrelere de talimat verir - konakçı organizmanın hastalıklarla savaşmak veya avcıları ve diğer tehditleri önlemek için kullandığı spesifik proteinler, enzimler ve diğer maddeleri üretmesini sağlar.

Yıllar boyunca, araştırmacılar belirli bir DNA parçasını bir organizmadan diğerine transfer etmenin yöntemlerini keşfettiler ki, DNA transferinde ilk adım bir 'DNA' zincirinden bir gen parçasını kesmek ya da çıkarmak, 'makas' olarak enzimler kullanmak (kısıtlama enzimleri). ). Bu makaslar daha sonra, çekirdek DNA dışındaki bakterilerde bulunan DNA halkası olan plazmidin içindeki bir açıklığı kesmek için kullanılır.

Bir sonraki adım, gen segmentini plazmidin içine yapıştırmak veya yerleştirmektir. Hem plazmidin hem de gen segmentinin kesik uçları kimyasal olarak yapışkandır ve hemen birbirlerine bağlanırlar, böylece yeni gen içeren bir plazmid oluştururlar. Son olarak, yeni geni yerine yapıştırmak veya emniyete almak için başka bir enzim (ligaz) kullanılır.

Bu aktarılabilir genler, istenen genetik özellikleri bir organizmadan diğerine aktarmak için kullanılabilir - ki bu biyoteknolojinin temel yaklaşımıdır. Yirminci yüzyılda yapılan çeşitli ilerlemeler biyolojiyi moleküler bir temele oturttu. Örneğin, biyokimyacılar saflaştırılmış proteinlere sahipti ve onları bir test tüpünde in vitro olarak incelediler, kristalografikler yapılarını çözdüler ve genetikçiler, bireysel genlerin rolüne odaklanmak için mutasyonlar kullandılar. Ve şimdi, insan genomunun dizilimi bu süreçlere yepyeni bir boyut kazandırdı.

Bu tür teknikleri kullanarak, genetik planı anlamada ve canlı organizmaların büyümesini ve gelişimini nasıl kontrol ettiğini anlamada önemli ilerlemeler kaydettik. Bu, belirli özellikleri kodlayan yapay genlerin geliştirilmesiyle mümkün olmuştur.

Gen transferi, transgenik gelişimi doğurdu ve şimdi bitkilerde, hayvanlarda ve mikroorganizmalarda transgenimiz var. Aslında, şimdi insan yapımı genleri bu transgenik ile gelecek nesillere aktarmayı dört gözle bekleyebiliriz.

Bütün bunlar için bu kadar harika olan ne?

Biyoteknoloji alanındaki ilerleme kesinlikle etkileyici görünmektedir. Ancak gerçeği değer onun sonuçlarında yatıyor. Modern biyoteknolojik araçlar, doğa yasalarını bile ölçeklememize ve çeşitli biyolojik dezavantajları kolaylığımıza çevirmemize yardımcı oldu.

Flora Fortune:

Bu tür bir manipülasyona en basit örnek, bitki yaşamıyla ilgilidir. Biyoteknolojik tekniklerin uygulanması, bitki örtüsünün küresel bitki örtüsünün yüzde otuz beşinden fazlasını iddia eden zararlılara, bakterilere, mantarlara ve virüslere karşı daha dirençli hale getirebilir. Bu kayıplar, her yıl 200 milyar ABD doları tutarında yüksek miktarda gerçekleşmektedir.

Biyoteknolojik araçlar, bitki örtüsüne karşı bu tehditlerin üstesinden gelmeye yardımcı olabilir, ancak bu teknolojinin kullanımının sosyal, ekonomik ve ekolojik baskılara maruz kaldığı unutulmamalıdır. Bacillus thuringiensis (Bt), böcek larvalarına karşı güçlü tutan Bt Toxin'i üretir. Ancak Bt toksinleri böcek öldürücüdür ve Bt bitkileri dikkatlice tasarlanmadıkça böcekler ve zararlı böcekler bunlara karşı direnç geliştirebilir.

Bununla birlikte, otuz yıllık başarı Bt'yi mevcut en hızlı hareket eden biyo-pestisitlerden biri olarak taçlandırdı. Bt füzyon geninin melez bir üründe başarılı bir şekilde ifade edilmesi, tropik Asya ülkelerinde pirinç zararlılarının yönetimi için iyi bir kaynak sağlar.

Artık büyüyen transgenik ağaçları bekliyoruz. Bilim adamları 'Süper Ağaç' yaratmak amacıyla tatlı sakız ve koton ağacı gibi çeşitli türleri üretiyorlar. Bu süper ağaç normal türlerden daha hızlı büyür ve sertliklerini de korur.

Spesifik promotör elementlerin izolasyonu ayrıca spesifik dokularda protein eksprese eden mahsullerin tasarlanmasında yardımcı olmuştur. Mavi gülleri ve pembe dahliasları bile düşünebiliriz! Bu şekilde tasarlanan ürünler, ihracata yönelik süs eşyaları oluşturmada son derece yararlı olacaktır. Zaten Flavr-Savr denilen genetiği değiştirilmiş ilk domates üretildi. '

Daha İyi Meyve ve Sebzeler:

Modem biyolojik tekniklerin ve biyo-mühendislik prensiplerinin büyük potansiyel taşıdığı bir başka alan da, dünyanın en büyük endüstrisi olan gıda üretimidir. Rekombinant DNA, meyve ve sebzelerin lezzetini ve dokusunu iyileştirmek için kullanılmıştır. Genetik dönüşüm ayrıca gıda ürünlerindeki donma hasarını önlemeye yardımcı olur. Pisilandan gelen gen, bitkileri donma hasarına karşı korumak için kullanılmıştır.

Sağlık İçin Yiyecek:

Fakat belki de bu teknolojinin en büyük başarısı beslenme alanında yatmaktadır. William Wordsworth'un dediği gibi “Çocuk erkeğin babası” dır. Bu nedenle, gelecek neslimiz için besleyici açıdan zengin besinler üreterek geleceğimizi korumamız gerekiyor.

Şu anda yaklaşık 800 milyon insan veya dünyadaki toplam nüfusun yaklaşık yüzde 18'i, beslenme ihtiyaçlarını karşılamak için yeterli yiyeceğe sahip değil. Beş yaşın altındaki yaklaşık on iki milyon çocuğun her yıl yetersiz beslenme nedeniyle öldüğü gelişmekte olan dünyada durum oldukça endişe verici.

Bu sorun, olumsuz koşullarda bile daha sağlıklı ve daha besleyici gıdaların büyümesini sağlayan biyoteknolojinin uygulanmasıyla başarılı bir şekilde çözülebilir. Bu teknikler, com, pirinç, buğday ve patates gibi temel ürünler için hektar başına verimde sürdürülebilir bir artış sağlar ve aynı zamanda gıda bitkilerinin besin içeriğini de arttırır.

Örneğin, 'Altın Pirinç', A Vitamini, öncü P-karoten ve demir bakımından zengin bir mühendislik pirinci çeşididir. Bu ucuz çözüm, temel gıdaları pilav olan milyonlarca insan arasında geniş çocukluk körlüğü ve maternal anemi vakalarına karşı koyacaktır.

Sıkıntılarla Mücadele:

Biyoteknoloji, kuraklık gibi doğal olumsuzluklarla mücadelede değerini kanıtlamıştır. Modern bilim, kuraklığa dayanıklı bitkileri geliştirmemize yardımcı oldu. Michael Thomashow'nun grubundan ve Kazuo Shinozaki'den yapılan son çalışmalar, ana şalter tipi genleri içeren strese dayanıklılık mekanizmalarında yer alan karmaşıklıkları araştırdı. Bu raporlar, bir protein pilinin donma ve kuraklık toleransını düzenleyebileceğini göstermektedir. Bu kavram Bölge Mühendisliği olarak anılmıştır.

Yutmak İçin Daha İyi Bir Hap:

On dokuzuncu yüzyılda, tıp temel olarak morfin bazlı ilaçlar ve ham ilaçlardan oluşuyordu. Daha sonra antibiyotiklerin ve aşıların evrimi, tüm hastalık sınıflarının ortadan kaldırılmasını sağlamıştır. Bir sonraki tıbbi devrim, kanserin ele geçirilmesine, tümörlerde yeni kan damarlarının oluşmasına, kök hücrelerden yeni organların oluşmasına ve hatta hücrelerin yaşlanmasına neden olan ilkel genetik kodlamanın sıfırlanmasına yardımcı olacak genetik mühendisliği ile gerçekleşecek.

Aslında, biyoteknoloji, insan insülini gibi düzinelerce terapötik, kemik iliği nakli için büyüme faktörleri, kalp krizi tedavisinde ürünler ve AIDS ve hepatit gibi enfektif ajanlar için teşhis kitleri vermiştir.

Hayat kurtarıcı ilk ilaç olan Humulin de rekombinant DNA teknolojisi ile üretildi. Bu biyo-farmasötikler yalnızca normalde insan vücudunda mevcut olanla aynı biçimde üretilmez, aynı zamanda gelişmiş aktiviteye, stabiliteye ve biyo-bulunabilirliğe sahiptir. Bu tür ürünler ayrıca kirlilik içermez.

Bu hatlardaki araştırmalar, insan nakli için iç organların gelişmesine yol açacaktır. Kök hücrelerin gelişmesinde çığır açması, kanseri kontrol altına almak, omurilik ve beyin dokularını yeniden düzenlemek ve yaşlanma ile ilişkili birçok başka hastalığı engellemek için çözümler sunar.

Biyoteknoloji, babalık anlaşmazlığı, cinsel taciz ve cinayet gibi davalarla ilgili yasal ve cezai işlemlerde kanıt olarak kullanılan biyolojik malzemelerin test edilmesinde de vazgeçilmez bir araç haline gelmiştir. Dikkate değer bir başka başarı da, koyunları Dolly'ye ve kuzuları Polly'ye klonlamakla meşgul olduğunu kanıtlamış olan nükleer transfer teknolojisi alanında olmuştur.

Biyoteknoloji aşıların performansını artırmak için de kullanışlı olabilir. Biyo-teknolojinin en son harikası 'Gen Therapy' yepyeni bir tedavi paradigması açmıştır. 'Yardımcı Üreme Teknolojisini (ART) kullanan' İmplantasyon Öncesi Genetik Teşhis (PGD) ', göbek kordonunun, henüz doğmamış (sadece fetus) hücrelerin köklerini, genetik bozuklukları tedavi etmek için kullanmayı mümkün kılmıştır.

Yeşiller yoluyla sağlık:

Tıbbi ve tarımsal biyoteknolojinin birleşmesi, sağlığı teşvik edici özelliklere sahip bitki çeşitlerini geliştirmek için yeni bakış açıları açtı. Modern teknikler, doğal bitki maddelerinin (fitokimyasalların) kansere ve diğer hastalıklara karşı nasıl korunma sağladığını çözmüştür.

Bu bilgi şimdi, gıda tedarikindeki bu tür maddelerin seviyesini arttırmak için kullanılıyor. Devam eden araştırmalar, ilaçların ve aşıların yaygın gıdalar yoluyla dağıtımını mükemmel hale getirecektir. Bu 'Nötrakutik' gıdalar, bireyleri çok çeşitli enterik ve diğer bulaşıcı hastalıklara karşı immünize etmek için kullanılabilir.

Deniz büyüsü:

Biyoteknoloji, deniz ürünleri yetiştiriciliği alanına önemli katkılarda bulunmuştur. Deniz kaynaklarının muazzam potansiyeli hala keşfedilmemiş durumda ve insanlığın yararına aktif olarak kullanılabiliyor. Doğal kaynakların aşırı kullanımı bu doğal rezervlere zarar verdiğinden, transgenik balıkların gelişimi su ürünleri endüstrisinde yakın gelecekte kilit bir rol oynayacaktır.

Devrim Büyükleşiyor:

Biyoteknolojideki Artan Yerleri:

DNA'nın keşfinden bu yana, biyoloji alanında bir dizi devrimci değişiklik yaşanmıştır. Son zamanlarda genlerin yapısını ve fonksiyonunu analiz etmek için yüksek kapasiteli yöntemlerin geliştirilmesi, şimdi Genomik olarak bildiğimiz şeyi doğurdu. Bir seferde tek veya birkaç gen analiz etmek yerine, bir organizmada tüm genlerin tam nükleotit sekansını belirlemek mümkündür.

Bilim adamları zaten tüm insan genomunu, DNA'mızdaki üç milyar bazın (kimyasal çiftler) kodladığı tüm genleri (yaklaşık 35-40 bin civarında) deşifre edecekleri günü bekliyorlar. İnsan genomunun deşifre edilmesi, bu genlerin işlevsel bir insan vücudunda nasıl işlediğini anlamak için yeni bakış açıları açtı.

Tıpkı insan genomunda olduğu gibi, bitki genomunun da bitki genlerinin hücresel, organismal ve evrimsel bağlamlarındaki fonksiyonlarını anlamamıza ve bitki biyolojisinin bilgi yapısını oluşturmamıza yardımcı olması konusunda geniş etkileri vardır. Bitki yaşamında, Arabidopsis genomu zaten haritalandı. Bu başarı, selleri “Süper Bitkiler” denilen yeni bir yeşil devrime açabilir.

11.000 proteini ifade eden toplam 25.498 gen bildirilmiştir. Bu gen haritalaması soya fasulyesi, buğday, mısır gevreği ve meyve gibi tüm hayvanı destekleyen bitkilere ilişkin öngörü sağlayacaktır. Bu tür genomik keşifler aslında tüm bitki genlerinin fonksiyonlarını öğrenmenin ve bitki yaşam mekanizmaları için temel olan süreçleri çözmenin yolunu açtı.

İnsan genom projesi sonuca yaklaştığında, bilgilerin DNA'dan proteine ​​çevirisi hızla gerçekleşiyor. Bu neredeyse insan tıbbında ve sağlık bakımında devrim yaratabilir. Ancak kilit zorluklardan biri, Proteomik'i hücresel protein evreninin bilimini anlamakta yatar.

Genomikte olduğu gibi, proteomik proteinlerin bir grup halinde ve otomatik bir büyük ölçekli şekilde kataloglanmasına ve karakterize edilmesine yardımcı olur. Proteomik, hangi genlerin belirli bir hücre tipinde proteinleri kodladığını, gelişim evresi veya hastalık durumunu, yüksek verimli ekspresyonu, protein katlanmasını ve protein-protein etkileşimi çalışmalarını belirlemek için transkripsiyonel profillemeyi içerir. Ayrıca, transdüksiyon ve diğer karmaşık hücre süreçlerinin, büyük ölçekli protein katlanmasının ve üç boyutlu yapıların anlaşılmasına yardımcı olur.

Bu işlem, mRNA (Transkriptome) ve protein (Proteome) seviyelerinde ekspresyon profilleri de dahil olmak üzere, tüm organizmalardaki (toplam genom) genlerin nasıl işlediğine dair genel bir resmi bile ortaya çıkarabilir. Bu çalışmalara dayanarak, sonunda hem ilgili hem de ilgili genin veya proteinin olumlu yönlerinin yanı sıra hem de kusurları tanımlamaya yardımcı olabilecek haritalar yapılabilir.

Biyoteknoloji, çevremizi korumada da büyük rol oynamaktadır. Çevresel Biyoteknolojinin kapsamı, santrallerden kükürtün uzaklaştırılmasıyla asit yağmuru azaltacak mikropların aranmasından biyolojik olarak parçalanabilen plastiklerin biyolojik üretimine kadar uzanmaktadır.

Dünya, çevreyi koruma ikilemiyle savaşırken, aynı zamanda ekonomik kalkınmayı teşvik ederken, çevresel biyoteknoloji rekabet eden çıkarlar arasında sağlıklı bir denge kurulmasında kilit rol oynayacaktır.

Diğer hesaplaşma alanı, Biyoçeşitliliğin korunması ve sürdürülebilir kullanımıdır. Biyoteknolojideki gelişmeler koruma, değerlendirme ve çeşitli türlerin genetik yapılarının kullanımı için güçlü araçlar sunar. Kirlenmiş toprak ve suyun biyolojik olarak iyileştirilmesi için modern biyoteknolojinin uygulamaları, tehlikeli atıkların tehlikeli olmayan atıklara dönüştürülmesine yardımcı olmuştur.

Ayrıca, biyoteknoloji, bozulmuş ekosistemlerin geri kazanılmasında önemli bir rol oynamıştır. Bitki biyoteknolojisine dayanan yöntemlerden bazıları mikro yayılım ve mikoriza kullanımı yoluyla yeniden ağaçlandırmayı içerir. Biyoçeşitliliğin önemli bir unsuru olan geniş bir genetik temeli korumak, biyoteknolojinin geleceği ve biyolojik kaynakların sürdürülebilir kullanımı için çok önemlidir.

Biyoteknoloji ayrıca, biyokütle, biyogaz ve yakıt alkolünün gelecek için ticari olarak mümkün olan enerji seçenekleri olarak kabul edilebilirliğini artırarak biyo-enerji kaynaklarımızı arttırmada büyük bir etkiye sahiptir. Bilgisayarlar biyolojik araştırmalara yeni bir boyut ekledi ve buna bağlı olarak, biyolojik yonga şeklindeki biyolojik materyal bilgisayarlaşma üzerinde büyük bir etkiye sahip olacak.

Bu biyo-cipsler yakında bilgisayarlarda kullanılan geleneksel silikon cipslerin yerini alacak. Önerilen biyo-moleküler bilgisayar yelpazesi, mevcut en iyi süper bilgisayarlardan on ila bin kat daha küçük olmasını vaat ediyor, daha hızlı anahtarlama süreleri ve son derece düşük güç tüketimi.

Böylece, sahadaki tüm bu heyecan ve her dakika eklenen yeni yollar sayesinde, biyoteknolojinin sizin için uygun olduğunu düşünüyorsanız, kesinlikle akıllıca bir karar verdiniz. Mağazada neler olabileceğini ve bunu nasıl başarabileceğinizi öğrenmek için okumaya devam edin.