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 evcilleştirmiştir 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 sağlanabilmekteydi. 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 olanizararsız’inekiçiçeği virüsünün kullanılmasıyla başarılı bir biçimde yapılmıştır. Sözgeli­mi, gen mühendisliği tekniğiyle, inek çiçeği virüsünün, herpessimplekstip 1 virüsünün (uçuk) protein kılıf gen­lerini taşıyan bir susu hazırlanmış, bunun yanı sıraenflüenza 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 susuna yerleştirme ve bunu çoğul-aşılama organiz­ması olarak olarak hizmet edecek duruma getirme yo­lunda çalışmalar yapmaktadırlar. 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, birtütün 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 zincirtepkimesinden 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 adamları 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.

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 j 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.