Genetik Mühendisliği 

Prof. Dr. Semra Kocabıyık 

1970'li yılların başında Stanley Cohen ve Herbert Boyer tarafından ilk gen klonlama-smın gerçekleştirilmesi ile birlikte moleküler biyoloji alanında hızlı bir gelişim süreci yaşan­mıştır. Bu arada, rekombinant DNA teknolojisi ya da genetik mühendisliği tekniklerinin en­düstriye yönelik üretim amaçlı kullanımı yüz­yılın devrimsel nitelikte teknolojilerinden biri­si olarak adlandırılan moleküler biyoteknoloji-nin doğmasına yol açmıştır. Geçen yaklaşık 30 yıllık süreç içerisinde bu alanda kaydedilen hızlı gelişmeler, gerek bilim gerekse toplum için yeni bir çok olanak sağladığı gibi endüstri alanında da yoğun bir rekabet ortamının doğ­masına yol açmıştır. Bu yeni teknolojinin etki­lerini insan yaşantısında 21. Yüzyılda daha be­lirgin ve somut bir şekilde hissettirmesi bek­lenmektedir. 

Genetik mühendisliği başta gen klonla-ması olmak üzere gen transplantasyonu, yapay genetik kombinasyonların oluşturulması gibi çeşitli gen manipülasyon tekniklerini içermek­tedir. Gen klonlaması ise, herhangi bir proteini kodlayan genin spesifik olarak izolasyonu ve yeni bir konakçı hücrede çoğaltılarak kopya sayısının arttırılmasıdır. Böylece bakteri, hay­van yada bitki hücreleri endüstriyel açıdan önemli olan, ancak klasik yöntemlerle üretimleri ya pahalı olan ya da mümkün olmayan proteinleri üreten birer biyolojik fabrika haline dönüştürülmektedir. Örneğin, tıpta önemli bir kullanım sahası olan büyüme hormonu soma-tostatinin konvansiyonel yöntemler ile 5 mg'ını elde edebilmek için 500 000 adet koyun beyni gerekmektedir. Söz konusu hormon geni in­sanlardan izole edip bakteri hücrelerinde klonlandığında ise aynı miktardaki hormonun elde edilmesi için sadece birkaç litre bakteri kültürü yeterli olmaktadır. Bugün, rekombi­nant DNA teknolojisine dayanarak üretim ya­pan yalnız Amerika'da 600'ün üzerinde özel şirket bulunmaktadır. Bu teknoloji ürünlerinin yıllık toplam satış tutarının 2000 yılına kadar Dünya pazarında 50 milyar USD'a ulaşması beklenmektedir. 

Genetik mühendisliğinin uygulamaları içerisinde tanı ve tedaviye yönelik olanlar ön sıralarda yer almaktadır. Diyabetli hastaların tedavisinde kullanılan insülin, klasik yöntem­lerle domuz ya da sığır pankreasından saflaştı-rılmak suretiyle elde edilmektedir. Ancak bu yöntemin çok zaman alması ve zahmetli olma- , sının yanı sıra, hormonun hayvansal kökenli olması dolayısı ile alerjik reaksiyonlara yol aç­ması ve bazı virüs hastalıklarını taşıması gibi riskleri de bulunmaktadır. Buna alternatif ola­rak günümüzde insan insülin geninin mikroor­ganizmalarda klonlanması ile elde edilen re­kombinant insülin kullanımı giderek yaygın­laşmaktadır. Bunun gibi, koroner kalp hasta­lıklarında kandaki pıhtının yok edilmesinde et­kin olan doku plazminojen aktivatörü (t-PA), insan büyüme hormonu, doğal anti-viral ve anti-kanser ajanlar olan interferonlar (IF oc, (5, T) ile interlökinler (İL), hemofilide kullanılan ve kanın pıhtılaşmasını sağlayan faktörler (Faktör 8 gibi), mikroorganizmalarda gen klonlaması yolu ile rekombinant proteinler olarak elde edilmekte ve kullanılmaktadır. 

Genetik mühendisliğinin en çok ilgi çe-ken dallarından birisi de Transgenik Teknoloji'dir. Bu teknoloji, hayvan ya da bitkilerde çeşitli yöntemlerle gen transferini ve böylece canlıların genetik yapılannın değiştirilmesini hedeflemektedir. Bu teknolojinin bir ürünü olan transgenik süt hayvanlarının (inek, ko­yun, keçi gibi) sütlerinde, bazı insan proteinle­ri, o canlıya herhangi bir zarar vermeden, ba­şarı ile üretilmektedir. Bu yöntemin avantajı, üretim kapasitesinin yüksek olması, protein izolasyonunun kolay olması ve üretim giderle­rinin daha az olmasıdır. Örneğin, akciğer do­kusunun elastikliğini yitirmesi şeklinde kendi­ni gösteren enzema'nın tedavisinde kullanılan insan ocl-antitripsini, bu yöntemle üretilmekte­dir. Laktaz (|3-galaktosidaz) enziminin aynı şe­kilde sütte üretilmesi ile süt şekerinin parça­lanması sağlanmakta ve bazı insanlarda laktoz intoleransı dolayısı ile karşılaşılan problemler de ortadan kalkmış olmaktadır. Transgenik teknoloji, tavuklarda virüs ve bakteri hastalık­larına karşı direnç geliştirme, etin kalite ve ve­rimini arttırma, yağ ve kolesterol oranı düşük yumurta üretme yolunda da önemli gelişmeler kaydetmiştir. 

Transgenik teknoloji ile bağlantılı ola­rak ilaç (özellikle protein kaynaklı olanlar) üretim üniteleri ya da hastalıklar için deneysel model olarak kullanılmak üzere hayvanların klonlanması genetik mühendisliğinin ağırlıklı olarak üzerinde çalışılan dallarından birisidir. Son zamanlarda koyun (Dolly) Hortlaması ile gündeme gelen bu konu, kamuoyunda büyük bir yankı uyandırmış ve toplum hayatına yan­sımaları 'acaba insanlar da klonlanabilir mi?' sorusunu gündeme getirmiştir. Böylece sokak­taki insanın bu teknoloji hakkında bilim adam­larının neler söyleyebildiklerinden ziyade, onun teknik olmayan etkileri konusunda söy­leyemedikleri ile daha fazla ilgilendiklerini or­taya koymuştur. Bu son örnek uzun süredir tartışılmakta olan, bu teknolojinin kullanımın­da yasal ve düzenleyici tedbirlerin gereğine ve önemine bir kez daha dikkatleri çekmiştir. 

Bitkilerde gen transfer çalışmaları ise, virüs hastalıklarına karşı dayanıklılık kazandır­mak, herbîsitlere direnç geliştirmek ya da bitki proteinlerinin besin değerini artırmak gibi amaçlar doğrultusunda yapılmaktadır. En ba-şarılı örneklerden birisi, bakterilerden biyoin-sektisit geninin aktarılması ile bitkilerin bazı böceklerin zararından korunmuş olmasıdır. Kı­sa bir süre önce biyoinsektisit genini taşıyan patates, pamuk ve mısır bitkileri tüketim için pazara sürülmüştür. Dünya çapında yıllık tü­ketim tutarı yaklaşık 8.1 milyar USD civarında olan insektisitlerin yol açtığı çevre kirliliği ve dirençlilik gibi sorunlar dikkate alındığında bi-yoinsektisitler önemli avantajlar sağlamaktadır ve bu tutarın 2.7 milyar'lık kısmının yakın ge­lecekte biyoinsektisit uygulamaları için har­canması beklenmektedir. Diğer bir başarılı uy­gulama ise, meyve ve sebzelerin taşıma ya da depolama sırasında bozulmalarını önlemek amacı ile doğal olgunlaşma prosesinin 'anti-sense RNA' yöntemi ile ya da bakterilerden ak­tarılan bir gen ile geciktirilmesidir. 

Genetik hastalıkların, gen transferi yolu ile tedavisi anlamına gelen 'gen tedavisi' ala­nında da son yıllarda önemli ilerlemeler kay­dedilmiştir. 'ADA Deficiency' ve 'Cystic Fibro-sis' bu yöntemin başarılı olduğu kalıtsal hasta­lıklardan sadece ikisidir. Kalıtsal nitelikteki en­zim hastalıkları, yüksek kolesterol, artritis da­hil bir çok genetik hastalık için gen terapi yön­temleri geliştirilmiş ve klinik uygulamaları onaylanmıştır. Bunun yanı sıra sistik fibroz, Huntington's hastalığı, talasemi, Alzheimer hastalığı gibi kalıtsal hastalıkların genleri belir­lenmiş olup bunların gen 'marker'ler kullanıla­rak doğum öncesi ya da sonrası tanıları müm­kün olabilmektedir. Ayrıca, birçok kanser türü­nün genetik bazının belirlenmesi ile kanser ta­nı ve tedavisinde de genetik yaklaşımlar gide­rek ağırlık kazanmaktadır. Bugün kalıtsal mu-tasyonlann toplam kanser olgularının %20'si-nin nedenini oluşturduğu bilinmektedir. Bu bakımdan 'kanser marker genleri' ve ilgili mu-tasyonlarm belirlenmesi erken tam açısından önem taşımaktadır. Bu 'marker'ler arasında tü­mör baskılayıcı genlerden ikisi, p53 ve MTS1, özellikle önemlidir. Örneğin, meme ve kolon kanseri ile ilgili olarak risk gnıbuna giren şa­hısların kanser başlamadan önce, ileriki yıllar­da kansere yakalanma olasılıklarının belirlen­mesi mümkün olabilmektedir. 

Son yıllarda genetik mühendisliğinin önemli ilgi odaklarından birisi de, çevre prob­lemlerinin çözümüne yönelik kullanılması ol­muştur. Hidrokarbon kaynaklı kirleticilerin yok edilmesi amacı ile mikroorganizmaların yıkım kapasitelerine dayanan yeni teknolojiler (bioremediation) geliştirilmektedir. Bu arada doğal yıkım prosesinin gen klonlaması ve ma-nipülasyonu yolu ile güçlendirilmesi ve hızlan­dırılması yönünde de önemli ilerlemeler kay­dedilmiştir. 

Rekombinant DNA teknolojisinin en ba­şarılı uygulamalarından bir diğeri de, 'Protein Mühendisliği'dir. Protein mühendisliği endüst­riyel amaçlı kullanımlar için proteinlerin stabi-litesinin (sıcaklık, alkali, asit için) artırılması, enzimlerin aktivitelerinin yükseltilmesi ve substrat spektrumların genişletilmesi ve yeni proteinlerin tasanmı gibi pek çok olanak sağ­lamaktadır. 

Sonuç olarak, yukarıda sadece bazı ör­nekleri verilen genetik mühendisliğinin kulla­nım alanı çok geniş olup ticari potansiyeli son derece yüksektir. Çok hızlı bir şekilde gelişen ve yenilenen bu teknolojinin daha yıllarca gün­demde kalacağı ve dinamizmini koruyacağı ke­sindir. Amerika, bazı Avrupa ülkeleri ve Japon­ya başta olmak üzere gelişmiş ülkelerde gene­tik mühendisliğine dayalı teknolojiler üretimde yerini almış ve klasik teknolojilerle rekabet ko-şullannı zorlayan bir konuma gelmiştir. Ülke­mizde ise henüz ticari amaçlı uygulaması bu­lunmamakta olup, sadece birkaç Üniversitede (Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Bilkent ve Bo­ğaziçi Üniversiteleri gibi) yürütülen araştırma­lar ile sınırlı kalmaktadır. Geliştirilmesi için Üni­versite - Sanayi işbirliği ve şirketler bünyesinde araştırma-geliştirme birimlerinin kurulması ça­balarına ağırlık verilmesi mutlaka gerekmekte­dir. Bu yönde kaydedilecek ilerlemeler devlet desteği kadar, belki de daha önemlidir.