Biyo teknoloji, insan sağlığını ve toplumu geliştirmeyi amaçlayan yeni ürünler, yöntemler ve organizmalar geliştirmek için biyolojiyi kullanma işlemidir. Biyoteknoloji, genellikle bitkilerin ve hayvanların evcilleştirilmesi, fermantasyonun keşfi gibi medeniyetin başlangıcından beri var olmuştur.
Biyoteknolojinin erken uygulamaları ekmek ve aşı gibi ürünlerin geliştirilmesine yol açmıştır. Ancak, disiplin son yüzyılda yaşayan organizmaların genetik yapılarını ve biyomoleküler süreçlerini manipüle etme yollarında önemli ölçüde evrim geçirmiştir.
Modern biyoteknoloji uygulamaları, aşağıdaki gibi çeşitli bilim ve teknoloji disiplinlerinden yararlanır:
– moleküler biyoloji
– kimya
– bionik
– gen mühendisliği
– genomik
– nanoteknoloji
– bilgi teknolojileri
Bu yaklaşım, aşağıdaki alanlarda yenilikler ve çığır açan gelişmelerle sonuçlanmıştır:
– hastalıkları önleyen ve tedavi eden ilaçlar ve terapötikler;
– gebelik testleri gibi tıbbi tanı araçları;
– atık ve kirliliği azaltarak sürdürülebilir biyoyakıtlar; ve
– daha verimli ve maliyet-etkin tarıma yol açan genetik olarak değiştirilmiş organizmalar (GDO’lar).
Biyoteknolojinin modern uygulamaları genellikle rekombinant DNA teknolojisi olarak da bilinen genetik mühendislik aracılığıyla gerçekleşir.
Genetik mühendisliği, genetik hücre yapılarını değiştirerek veya etkileşime girerek çalışır.
Bir hayvan veya bitkideki her hücre, protein üreten genleri içerir. Organizmanın özelliklerini belirleyen de bu proteinlerdir.
Bilim insanları, genleri değiştirerek veya etkileşime girerek bir organizmanın özelliklerini güçlendirebilir veya tamamen yeni bir organizma yaratabilirler. Bu değiştirilmiş ve yeni organizmalar, daha yüksek verimliliğe sahip veya kuraklığa karşı artan dirence sahip tarım ürünleri gibi insanlar için faydalı olabilir. Genetik mühendislik ayrıca hayvanların genetik modifikasyonunu ve klonlamasını da mümkün kılar, bu da iki tartışmalı gelişmedir.
Biyoteknolojinin Tarihi
Biyoteknolojinin tarihi en az 6.000 yıl öncesi tarım devrimiyle başladı. Bu erken dönem, yaşayan organizmaları doğal formlarında kullanmak veya seçici üreme yoluyla genetik yapılarını değiştirmekle karakterize edilir.
Aynı zamanda, insanlar fermantasyon biyolojik sürecini ekmek, alkol ve peynir üretmek için kullanmayı öğrendiler. İnsanlar ayrıca seçici üreme yoluyla evcilleştirilmiş bitkilerin ve hayvanların genetik yapılarını da değiştirmeye başladılar.
Seçici üreme, istenilen özelliklere sahip ebeveynleri çiftleştirerek, yavrularında belirli genetik özelliklerin ifade edilmesini veya ortadan kaldırılmasını sağlayan bir yöntemdir. Zaman içinde, seçici üreme ile yetiştirilen türler, vahşi atalarından farklı hale gelir.
Örneğin, tarım devrimi sırasında, buğday, vahşi buğday gibi sapında kalıp toprağa düşmemesi için seçici olarak yetiştirilmiştir. Köpekler, kurt atalarından daha uysal olmak üzere seçici olarak yetiştirilmiştir.
Ayrıca, o dönemde bilim insanları Louis Pasteur ve Joseph Lister fermantasyonun mikrobiyal süreçlerini keşfettiler. Bu, bilim insanlarının organizmaların moleküler ve genetik süreçleriyle daha doğrudan etkileşimde bulunduğu biyoteknoloji endüstrileri için temel oluşturdu.
Bu bilim insanlarının çalışmalarına dayanarak, genetik mühendislik 1973 yılında geliştirildi. Bu yöntem, modern biyoteknoloji uygulamalarının ve son gelişmelerin temelidir. İlk kez bitki ve hayvan genomlarının doğrudan manipülasyonunu sağladı; ki bu, bir hücrede bulunan genlerin tam setidir.
Son 100 yıl veya civarında biyoteknoloji, aşağıdaki keşifler ve ilerlemelerle ortaya çıktı:
1929 – Macar bilim insanı Karl Ereky, biyoteknoloji terimini kullanır.
1928 – Alexander Fleming, ilk gerçek antibiyotik olan penisilini keşfeder.
1943 – Oswald Avery, DNA’nın genetik bilgiyi taşıdığını kanıtlar.
1953 – James Watson ve Francis Crick, DNA’nın çift sarmal yapısını keşfeder.
1960 – Diyabetle mücadele etmek için insülin sentezlenir ve kızamık, kabakulak ve kızamıkçık için aşılar geliştirilir.
1969 – Vücut dışında, yani vitro koşullarda, ilk enzimin sentezi gerçekleştirilir.
1973 – Herbert Boyer ve Stanley Cohen, genetik mühendisliğini geliştirir ve bir bakteriden DNA’nın başka bir bakteriye ilk transferini gerçekleştirir.
1980 – Kanseri tedavi etmek için geliştirilen ilk biyotek ilaçlar ortaya çıkar.
1980 – Amerika Birleşik Devletleri Yüksek Mahkemesi, “canlı insan yapımı mikroorganizmanın patentlenebilir bir konu olduğuna” karar verir, bu da GMO’ların fikri mülkiyet olabileceği anlamına gelir.
1982 – Biyoteknoloji ile geliştirilen bir insülin formu, Amerika Birleşik Devletleri Gıda ve İlaç Dairesi (FDA) tarafından onaylanan ilk genetik mühendislik ürünü olur.
1983 – İlk genetik olarak değiştirilmiş bitki tanıtılır.
1993 – GDO’lar, FDA’nın ineklerde daha fazla süt üreten büyüme hormonlarının onayıyla tarıma tanıtılır.
1997 – İlk memeli klonlanır.
1998 – İnsan Genom Projesi’nin ilk taslağı oluşturulur, bilim insanlarına 30.000’den fazla insan genine erişim sağlar ve kanser ve Alzheimer gibi hastalıkların tedavisi üzerine araştırmaları kolaylaştırır.
2010 – İlk sentetik hücre oluşturulur.
2013 – İlk biyonik göz oluşturulur.
2020 – SARS-CoV-2 virüsünü tedavi etmek için mRNA aşısı ve monoklonal antikor teknolojisi kullanılmıştır.
Biyoteknoloji bilimi, yaygın kullanımlar ve uygulamalara dayalı olarak renklendirilmiş alt disiplinlere ayrılmıştır.
– Kırmızı biyoteknoloji, yeni ilaçlar üretmek için organizmaların kullanılması ve hasar görmüş insan dokularını yeniden oluşturmak ve tam organları büyütmek ve yeniden büyütmek için kök hücreleri kullanma gibi tıbbi süreçleri içerir.
– Beyaz veya gri, endüstriyel süreçleri ifade eder; yeni kimyasallar veya araçlar için yeni biyoyakıtların geliştirilmesi gibi.
– Yeşil, tarımsal süreçleri kapsar; böcek ve hastalık dirençli bitkilerin üretilmesi, çevre dostu tarım uygulamaları gibi.
– Altın, ayrıca biyoinformatik olarak da bilinir, biyolojik süreçlerle bilgi işlem arasında bir kesişmedir.
Bu, sağlık çalışanlarının hastaları tedavi etmek için biyolojik verileri toplamak, depolamak ve analiz etmek için kullandığı yöntemleri ifade eder.
– Mavi, deniz ve su ortamlarındaki süreçleri kapsar; sucul biyokütleleri yakıta ve ilaçlara dönüştürme gibi.
– Sarı, gıda üretimine yardımcı olan süreçleri ifade eder; en popüler uygulama alkol ve peynirin fermantasyonu gibi.
– Mor, biyoteknoloji uygulamalarının her alanda hüküm süren yasalara ve etik standartlara uygun olduğundan emin olunmasını sağlar.
– Koyu, biyoteknolojinin silah veya savaş amaçları için kullanımını ifade eder.
Biyoteknolojinin kullanımı ve ticarileştirilmesi genellikle çevre, tıp, endüstri ve tarım olmak üzere dört ana alana ayrılmaktadır.
Çevre
Çevresel biyoteknolojinin amacı, kirliliği ve atığı azaltan sürdürülebilir çevresel uygulamalar geliştirmektir. Aşağıdakiler çevresel biyoteknoloji örnekleridir:
– Fitoremediyasyon, ağır metaller ve diğer kirleticileri topraktan arındırmak için genetik olarak mühendislikli mikroorganizmaları kullanır.
– Biyoremediyasyon, organik olmayan geri dönüşümsüz atıkları parçalamak için mikroorganizmaları atık alanlarına sokar.
– Plastiği yiyen bakteriler, topraklar ve sulardaki plastik gibi atıkları parçalar.
GDO’lu gıdalar, daha uzun süre taze kalır ve gıda atığını azaltır.
– Genetik restorasyon, Amerikan kestane ağacı gibi tehlikede olan türleri restore etmeye çalışır.
– Mısır gibi örtü bitkileri biyoyakıt olarak kullanılır ve çıkarıldığında ve kullanıldığında sera gazı emisyonları üreten geleneksel yakıt kaynaklarını yerine koyar.
Tıp
Tıbbi biyoteknoloji veya biyofarmasi olarak da bilinir, hastalıklarla mücadele etmeyi ve önlemeyi ve sağlık hizmetlerini iyileştirmeyi amaçlar. Biyoteknoloji ve biyomedikal araştırmalar, modern ilaç endüstrisinin temelidir.
Kullanımlar şunları içerir:
– ölü veya kusurlu hücreleri değiştirmeye veya onarmaya yardımcı olan kök hücre araştırması;
– antibiyotiklerin geliştirilmesi;
– lösemi gibi hastalıklar için gen terapileri;
– tehlikeli patojenler ve onlarla savaşan antikorlar hakkında araştırma;
– organ ve kemiklerin laboratuvarlarda 3D baskı veya büyütülmesi; ve
COVID-19 için mRNA aşıları, monoklonal antikor tedavileri ve araştırmaları.
Endüstri
Endüstriyel biyoteknoloji, mikroorganizmaların endüstriyel malların üretiminde kullanılmasını içerir.
Örnekler şunları içerir:
– fermantasyon ve enzimlerin ve mikroorganizmaların kullanımı, kimyasal üretimi basitleştirir ve operasyonel maliyetleri ve kimyasal emisyonları azaltır;
– mısır gibi yenilenebilir bitkiler kullanılarak doğal olmayan, yenilenebilir olmayan fosil yakıt kaynakları olan petrol ve petrol yerine yanabilir yakıt üretmek için biyoyakıtlar; ve
– örümcek ipliği gibi yaşayan organizmaların proteinlerinden yapılan biyobozunur giysiler ve tekstiller.
Tarım
Tarımsal biyoteknoloji, bitkileri ve hayvanları genetik mühendislik uygulayarak daha verimli tarım yapma, besin değerini artırma ve gıda güvensizliğini azaltma amacını taşır.
Tarımsal biyoteknolojinin bazı örnekleri şunlardır:
– kimyasal olanlardan daha az insan sağlığına zararlı olan biyolojik olarak üretilen böcek ilaçları ve herbisitler;
– kuraklığa dayanıklı bitkiler;
– minimum alanla yetişebilen bitkiler;
– laboratuvarlarda veya 3D yazıcılar kullanılarak yetiştirilen et;
– çölyak hastaları için dost olan glutensiz tahıllar;
– daha sağlıklı, daha büyük hayvanlar ve bitkiler üreten seçici üreme;
– ve diyetleri ve tıbbi tedavileri iyileştirmek için gıdalara ek besin maddesi katılması.
Biyoteknoloji üretimi, çeşitli avantajlar ve kritik sorunlara çözümler sunar.
Başlıcaları şunlardır:
– Yıkıcı iklim değişikliğini ve çevresel zararı tersine çevirmek için kirliliği ve atığı azaltma;
– Daha sağlıklı, daha güçlü ve daha sürdürülebilir gıda ürünleri yaratma, beslenmeyi artırma ve gıda güvensizliğiyle mücadele etme;
– Çocuklarda hastalıkları, genomlarını değiştirerek doğmadan önce tedavi etme;
– İnsanların, hayvanların ve bitkilerin sağlığını ve uzun ömürlülüğünü artırmak için ilaç tasarlama; ve
– Maliyetleri düşürerek tarım ürünleri tedarikinde (örneğin, böcek ilaçları) maliyetleri düşürme, aynı zamanda mahsul verimini ve karlılığı artırma.
Biyoteknolojinin dezavantajları ve kötüye kullanımı da bulunmaktadır. Başlıca dezavantajlar şunlardır:
– Biyolojik savaş. Potansiyel olarak, bir çatışma bölgesinde kullanılabilecek patojenlerin ve salgınların geliştirilmesi mümkündür ve bunlar nüfusları enfekte etmek için kullanılabilir.
– Biyolojik çeşitliliğin azalması. Yalnızca birkaç genetik olarak mühendislikli ürünün yetiştirilmesi veya tek tür bitkinin yetiştirilmesi doğal gen havuzunu daraltabilir ve türleri ani çevresel değişikliklere karşı daha az dayanıklı ve uyumlu hale getirebilir.
– Toprağın verimliliğinin kaybı. Biyogeliştirilmiş bitkiler, topraktan daha fazla besin madde gerektirir ve daha fazla ürün verir. Bu, toprağın verimli besin maddelerinden boşaltılmasına, tarım arazisinin tahrip edilmesine ve besin maddesi eksikliğini telafi etmek için çevre için zararlı gübrelerin kullanılmasına neden olabilir.
– Yüksek maliyetler. Biyoteknoloji ürünleri genellikle geleneksel ürünlerden daha pahalı olabilir ve çeşitli endüstrilerde fiyatlandırma yapılarını artırma potansiyeline sahiptir.
– Etik düşünceler. Gen manipülasyonu, insanların genetik mühendisliği gibi bir dizi etik konuyu gündeme getirir.
– Güvenlik soruları. Çeşitli gruplar, GMO’ların sağlık riskleri ve mRNA aşıları gibi biyoteknolojiyle ilgili tıbbi gelişmelerin güvenlik endişelerini dile getirmişlerdir.
Biyoteknolojinin dezavantajlarına ilişkin endişeler, insan klonlaması, GDO’lar ve embriyonik kök hücre araştırması gibi belirli süreçleri veya programları kısıtlayan veya yasaklayan yasama çabalarına yol açmıştır.
Biyoteknoloji, tarımda çevresel açıdan sağlıklı ilerlemeler için hayati öneme sahiptir.