Biyoteknoloji ve Biyomühendislik

0
28

Teorik olarak tüm canlı grupları arasında gen aktarımını mümkün kılabilen biyoteknolojinin; tıp, endüstri, madencilik, tarım ve hayvancılık gibi çeşitli sektörlerde uygulamaları bulunmakta.

İstenilen özellikleri taşıyabilmelerinin sağlanması amacıyla doğal genetik yapılar, binlerce yıldır insanlar tarafından değiştirilmekte. Geçmişte, genetik yapıları değiştirme faaliyetleri aynı veya yakın ilişkili türler arasında yapılırken, son zamanlarda genetik mühendisliği yöntemlerindeki gelişmeler sonucu doğal ortamlarda veya laboratuvar ortamlarında, aralarında genetik transfer imkânı olmayan organizmalar arasında da yapılabilmekte. Biyoteknoloji terimi yeni olmasına karşın, biyolojideki gelişmelerin insan yaşamında kullanımı, insanlık tarihi kadar eski bir geçmişe dayanmaktadır. “Özel bir kullanıma yönelik olarak ürün veya işlemleri dönüştürmek için biyolojik sistem ve canlı organizmaları ya da türevlerini kullanan teknolojik uygulamalar” olarak tanımlanan biyoteknoloji; biyoloji, bilgisayar, kimya, fizik ve mühendislik bilimlerinin uyumunu temsil etmekte. Bu bilim dalları sinerji içinde çalışmakta ve her biri biyoteknolojinin hızla ilerlemesini sağlamakta.

Modern biyoteknoloji; genetik mühendisliği, hücre mühendisliği, enzim mühendisliği ve fermantasyon mühendisliği olmak üzere dört teknolojik sistemden oluşmakta. Genetik mühendisliği ve hücre mühendisliği ise biyoteknolojideki en yeni alanlar. Bir canlı türüne başka bir canlı türünden gen aktarılması veya mevcut genetik yapıya müdahale edilmesi yoluyla yeni genetik özellikler kazandırılması gen teknolojisinin alanını oluşturmakta. Gen teknolojisi kullanılarak doğal süreçler ile elde edilmesi mümkün olmayan yeni özellikler kazandırılmış organizmalara “genetik yapısı değiştirilmiş organizma” (GDO) adı verilirken, gen aktarımı yolu ile yeni gen/genler kazanmış organizmalar için transgenik terimi kullanılmakta.

Günümüzde çeşitli endüstriyel ürünlerin üretiminde kullanılan klasik biyoteknoloji süreçlerinin küçük ölçekli üretim konumundan endüstriyel ölçekteki üretim konumuna geçmesinde, insanlığın yakın geçmişte yaşadığı savaşlar da etkili olmuştur. Antibiyotiklerin 1929 yılında keşfedilmesi ve II. Dünya Savaşı boyunca geniş ölçekte üretilmesi, fermantasyon teknolojisinde büyük ilerlemelere yol açmıştır. 1950’li yıllardan itibaren moleküler biyoloji ve moleküler genetik alanında yaşanan ilerlemeler, 1970’li yıllarda moleküler düzeyde yapılan genetik manipülasyonlarla verimliliğin ve üretkenliğin artırıldığı, yeni ürünlerin üretilebildiği modern biyoteknolojinin doğmasını sağlamıştır. Biyoteknolojinin tarihsel gelişim süreci incelendiğinde; 1953 yılında James Watson ve Francis Crick’in DNA’nın çifte sarmal yapısını açıkladıkları makalenin Nature dergisinde yayınlandığı ve bu çalışmanın genetik çağının başlangıcı olduğu görülmektedir. Cohen ve Boyer, 1973 yılında genetik mühendisliği yöntemleri ile bakteride yeni tip DNA üretmeyi başarmışlardır. 1978 yılına gelindiğinde ise rekombinant insan insülini üretilmiş, 1986 yılında transgenik bitkilerin ilk alan denemeleri yapılmıştır.

Biyoteknoloji Uygulama Alanları

Tarımsal Biyoteknoloji: Bu alanda araştırmacılar kuraklığa, tuza dayanıklı, böceklere dirençli olan, daha yüksek verimlilik ve iyileştirilmiş vitamin içeriği gibi özellikleri taşıyan tahıl çeşitlerini oluşturmayı denemektedirler. Geleneksel bitki yetiştiricileri bundan böyle melez bir bitkinin istenilen geni taşıyıp taşımadığını, bitkinin olgunlaşmasını beklemeksizin, laboratuvar testleri ile öğrenebileceklerdir. Biyoteknoloji sayesinde tarım, gıda ve ilaç sektörleri arasındaki bazı sınırların ortadan kalkacağı öngörülmektedir.

Çevre Biyoteknolojisi: Biyoteknoloji sayesinde, çevreyi kirletmeyen yakıtların üretimi ve kükürt içeriği yüksek yakıtların rehabilitasyonu amacı ile kullanılabilecek mikroorganizmaların geliştirilmesi, doğada parçalanabilen biopolimerleri üretecek ve çevre kirliliği yaratan maddeleri parçalayacak mikroorganizmaların geliştirilmesi mümkündür. Çevre koşullarının kontrolü ve kirliliğin belirlenmesinde, biyosensörler kullanılabilmektedir. Biyosensörler ve benzer aletler yardımı ile çevreye bırakılan atıkların saptanmasının yanında, suyu ve havayı kirletebilecek endüstriyel atıkların çevreye verdiği zararların önüne geçilebilecektir.

Endüstriyel biyoteknoloji: Kimyasalların üretiminde ve biyomalzemelerin ayrıştırılmasında kullanılmaktadır. Genetiği değiştirilmiş mikro organizmalar ve modern biyoteknoloji kullanılarak elde edilen enzimlere dayalı birçok endüstriyel uygulama vardır. Endüstriyel biyoteknoloji, “çevre kirliliğini ve atıkları azaltan, enerji, hammadde ve su kullanımını düşüren daha kaliteli gıda ürünlerinin yapılmasını, atıklardan yeni malzemelerin ve biyoyakıtların üretilmesini sağlayan, kullanımda olan kimyasal süreçler için alternatif hazırlayan” bir teknoloji olarak ifade edilmekte.

Tıp alanında biyoteknoloji; Tanı, tedavi, aşı, ilaç üretimi ve gen terapisi konuları temel araştırma alanını oluşturmakta. Tıptaki moleküler yaklaşım, hastalığın belirtileriyle değil, temel nedenleriyle uğraşan bir yaklaşımdır. Hızlı ve kesin tanı testleri, yeni immünoterapi yöntemlerinin kullanılması, hastalık tetikleyici birçok çevresel koşulun keşfi ve bozuk genlerin yerine sağlamlarının konulmasını içeren gen terapisiyle çok sayıda soruna çözümler üretilebilmekte.

Son otuz beş yıl içinde; moleküler biyoloji, biyokimya, mikrobiyoloji, hücre metabolizması ile temel mühendislik ve malzeme bilimlerindeki hızlı ilerlemeler sonucu gelişen biyolojik teknikler ile mühendislik ilkelerinin canlı sistemlere ve bunlarda karşılaşılan sorunlara uygulandığı yeni bir bilim dalı olan biyomühendislik ortaya çıkmıştır.

Biyomühendislik lisans eğitimine ilk kez ABD’de 1947 yılında Wisconsin Üniversitesinde Biyokimya Mühendisliği lisans eğitimiyle başlanmıştır. Avrupa’da ilk Biyokimya Mühendisliği lisans eğitimi ise 1973’te University College London’da, ülkemizde Biyokimya Mühendisliği dalında ilk eğitim ise 1978 yılında Ege Üniversitesi Kimya Fakültesi Biyokimya ve Mühendisliği Bölümünde lisans eğitimi olarak başlamıştır.

İlaç sanayisinde kullanılabilecek bitkilerden hücre kültürü yöntemleriyle aktif maddeler üretimi, insan ve hayvan sağlığı ile ilgili antibiyotiklerin, aşıların, vitaminlerin, hormonların vb. fermantasyonla üretimi, tanı ve tedavide kullanılacak monoklonal antikorlar ve yeni proteinlerin üretimi, fermantasyonla yoğurt, sirke, turşu, ekmek mayası, bira ve şarap üretimi, doğada biyolojik olarak parçalanabilen ambalaj malzemelerinin üretimi, evsel ve endüstriyel atık suların arıtılması için yeni biyoreaktör sistemlerinin geliştirilmesi, atık yağların veya yağ verimliliği yüksek bitkilerin kullanılmasıyla biyodizel üretimi, Biyomühendislerin çalışma alanlarına örnek gösterilebilir.

Tüm bu araştırmaların neticesinde biyomühendislik, bilim dünyasında kendine yer açmış ve toplanılan veriler doğrultusunda mikroorganizmalar (bakteriler, mayalar, küfler, aşılar) yardımıyla insanlığın yararına işleyen bambaşka bir süreç başlamıştır.

CEVAP VER

Please enter your comment!
Please enter your name here