Biyoteknolojiye kuşbakışı

Yeniliğe duyulan ihtiyaç, gözlem, zeka, hayal gücü ve yaratıcı düşünme yeteneği, bilgi, birikim, sabır, kararlılık, cesaret ve özenle çalışma, bazen de küçük sürpriz tesadüfler gibi bazı önemli sacayakları üzerinde yükselen bilim ve teknolojik buluşlar, insanlık tarihi boyunca sayısız yeniliğin yaşama kazandırılmasında önemli olmuştur. Günümüzün ve geleceğin yolunu aydınlatan interdisipliner bir bilim dalı olan biyoteknoloji, hayatın pek çok alanında duyulan ihtiyaçlara getirdiği yenilik ve çözümlerle hayatımızı kolaylaştırmakta, iyileştirmekte ve vazgeçilemeyecek bir konfor, hatta bağımlılık yaratmaktadır. Biyoteknoloji, günümüzün ve geleceğin en popüler bilim dalları arasında başı çeken, üretici, üretimi arttırıcı, kaliteyi yükseltici, koruyucu, düzeltici, keşif ve gelişmelere açık pek çok bilimsel ve uygulamalı çalışmayı kapsar. Başta tıp, veteriner hekimlik ve eczacılık olmak üzere; ziraat, gıda, hayvancılık, enerji, çevre, ormancılık, madencilik, enerji ve savunma alanlarında da büyük bir potansiyeldir. Ülkelerin biyoteknolojik çalışmalara yaptıkları büyük yatırımlar bu alandan beklentilerinin bir ifadesidir.

Biyoteknoloji nedir?

Biyoteknoloji terimi ilk olarak 1917 yılında bir Macar Mühendis Karl Ereky tarafından “canlıların yardımı ile yapılan tüm üretim işleri” anlamında; 1961 yılında İsveçli Bilim Adamı Carl Gören Heden tarafından “mikrobiyoloji, biyokimya ve kimya mühendisliği uzmanlıklarının birleşimi” olarak açıklanmıştır. Farklı bilim dallarının (mikrobiyoloji, immünoloji, moleküler biyoloji, biyokimya, eczacılık, kimya, gen mühendisliği, protein mühendisliği, bilgisayar mühendisliği, matematik mühendisliği, biyoproses teknolojileri vb.) çalışmalarıyla ortaya çıkan biyoteknoloji, interdisipliner uygulamalı bir alandır. Temel bilimler ve mühendislik ilkeleriyle biyolojik sistemlerin endüstriyel süreçlerle mal ve hizmet üretiminde kullanılmasıdır. Biyoteknolojik süreçlerde bitki, hayvan, mikroorganizma hücreleri, doku kültürleri veya canlılara ait enzimler, ürünler kullanılır. Biyolojik malzeme serbest halde veya hücresel bileşenleri farklı polimer maddelerle, nanopartiküllerle kombine edilerek çok farklı amaçlarla araştırma, teşhis ve tedavi amaçlı kit, biyosensör, medikal cihaz, ilaç, aşı, gıda üretiminde sıkça kullanılır. Yeni alternatif malzeme, eşya, araç üretimi, çevre koruma ve kirlilik giderimi gözde alanlardır. Yeni enerji kaynakları üretme, askeri ekipman üretimi, biyolojik silah geliştirme çalışmalarında potansiyel oluşturur. Biyoteknoloji, günümüzde alt çalışma alanları ve konularına göre renk kodlarıyla ifade edilir. Farklı biyoteknolojik faaliyet alanları tabloda özetlenmiştir.

Biyoteknolojide ilerlemeler, potansiyeller nelerdir?

Biyoteknolojinin gelişimi, insanlık tarihi kadar eski zamanlardan beri, klasik biyoteknoloji yani fermantasyonla mayalı ekmek, peynir, şarap, bira, sirke üretimiyle başlar. DNA’nın yapısının aydınlatılmasıyla, rekombinant DNA teknolojisi, hibridoma teknolojisi ve monoklonal antikor üretimi, gen tedavileri, yeni ilaç ve güvenilir aşı üretimiyle ilerleyen modern biyoteknoloji, kanser ve AIDS gibi viral enfeksiyon hastalıklarının spesifik tedavilerine yönelik çalışmalarla, tıp ve sağlık bilimleri alanında hızla ilerlemiştir. Biyoteknolojik ürünlerin geliştirmesi ve analizleri sırasında elektroforetik, spektrofotometrik, kromatografik, kolorimetrik, genetik (polimeraz zincir reaksiyonu) ve immünolojik moleküler (monoklonal antikorlar vb.) gibi yöntemler de gelişmiş, pek çok klinik araştırmada teşhis ve tedaviye yönelik kullanımlar yaygınlaşmıştır.

Rekombinant DNA ve gen mühendisliği çalışmaları ile doğada ancak yüz binlerce yılda meydana gelebilecek mutasyonların in vitro koşullarda kısa sürede oluşturması mümkündür. Bu tekniklerle insana özgü protein, enzim, hormon, sitokin, antikor gibi farmasötik ürünlerin bazı bakteri ve funguslarca endüstriyel süreçlerle bol ve ekonomik olarak üretimi sağlanır.  Endüstriyel mikrobiyal suşlar genetik olarak tasarlanarak üretim süreçlerinde verimlilik arttırılır. Klonlama çalışmalarıyla transgenik canlı (genetik modifiye organizma, GDO) üreterek bitki-hayvan islahı çalışmaları yapılır. Besleyici, organoleptik özellikleri yüksek veya açlığa çözüm olabilecek gıda ürünleri (beta karoten içeren altın pirinç) üretmek mümkün olur. Biyoteknolojik ürünlerin raf ömrü uzun ve bozulmalara karşı dayanıklılığı yüksektir. Tarlada doğal ve biyolojik koşullara (kuraklık, tuzluluk, sıcaklık koşulları, zararlı böcekler, otlar, hastalıklar vb.) kimyasal böcek ilacı (insektisit) ve yabani ot ilacına (herbisit) dirençli bitkisel ürünler (soya, mısır, kolza, pamuk vb.), bitkisel ilaç kullanımını azaltır. Kimyasal ilaçlar yerine biyoinsektisit kullanımı, çevre ve sağlığın korunması açısından önemlidir. Transgenik bitkiler polimer (patates, yapıştırıcı ya da folya yapımında kullanılan nişasta) biyoplastik (kolza, polibetahidroksibütirat, çözücü, deterjan üretiminde), selüloz, jel ve kabartıcı pektin üretiminde kullanılabilirler. Transgenik çiftlik hayvanları hastalıklara karşı dirençli, et ve süt verimleri yüksektir; sütlerine yararlı biyomoleküller (insan antikoru, sitokin, insülin, pıhtılaşma faktörleri, büyüme faktörü, laktaz vb.) salgılarlar. Doku kültürlerine kıyasla daha verimli biyoreaktör canlı kaynaklardır. Organ transplantasyonlarında kullanılabilirler.

Tablo. Biyoteknolojik renk kodları ve faaliyet alanları

Biyoteknolojik olarak geliştirilen biyomedikal cihaz teknolojileriyle diyagnostik kit, enzim elektrotu, biyosensör vb. yöntemlerle enfeksiyon hastalıkların, kanser, diyabet, parkinson ve kalıtsal hastalıkların etkin ve hızlı teşhisi, gen terapileriyle kalıtsal hastalıkların tedavisi, mutant genlerin baskılanması, farmakogenomik (bireye özgü ilaç) nokta atışlı tedaviler, hasarlı sinir hücrelerinin onarımı, farklı hastalıklarda yeni nesil yan etkisiz ilaç ve aşı (damla şeklinde, deriye sürülen aşılar) tedavileri yapılır. Yapay organ, biyolojik implant üretimi ile tedavi başarıları yükselir. Kriminal DNA araştırmaları, babalık tayini, çevresel (ekolojik kirlilik tespiti) ve gıda analizleri (su ve gıdada GDO, patojen, kimyasal madde vb.) yapılabilir. İmmobilize biyosistemlerle organik madde transformasyonlarıyla çeşitli çevre koruma çalışmaları, çevre kirliliklerinin azaltılması, katı-sıvı endüstriyel atıkların arıtımı, biyogaz, biyodizel ve biyogübre üretimi gibi yeni enerji kaynakları geliştirme, savunma sanayinde askeri teçhizat üretimi gibi ekonomik katkı değeri büyük, insanlığa yararlı sayısız çalışmalar yapılmaktadır.

Nanobiyoteknoloji nedir?

Biyoteknolojinin çok küçük boyutta (nanometre yani metrenin milyarda biri) canlı-cansız etkileşimiyle çalışan nanobiyoteknoloji alanı, insanlığın bitmek tükenmek bilmeyen ihtiyaçlarına ilginç ve üstün çözümler sunar. Biyolojik yapıtaşlarının suni malzeme ve aygıtların içine yerleştirilmesi ile biyolojik işlev ve başka istenen özelliklere sahip farklı malzemeler üretilebilir. İnsan gözünün göremeyeceği minyatür maddelerin üretimi, araştırılması ve bunlardan yararlanma nanobiyoteknolojiyle mümkün olabilmektedir. Biyofabrikalarda, biyoteknolojik ürünlerin üretiminde nanobiyoteknolojik ürün hammaddesi üretimi de mümkündür. Nanobiyoteknolojik biyosensörlerle günümüzde farmakolojik, mikrobiyolojik çalışmalar, tıbbi görüntüleme, test ve tanı işlemlerinin hızla gerçekleştirilmesi mümkündür. Biyosensörlerde biyolojik moleküller (antikor, enzim, protein, nükleik asitler gibi) veya canlı biyolojik sistemler (hücre, doku, mikroorganizma) kullanılır, biyolojik değişimleri elektrik sinyali haline dönüştürür. Biyosensörlerin nano boyutlu çalışmalar sayesinde çipler üzerine montajı sağlanmıştır. Giyilebilir biyosensörler, insan vücudunda kan şekeri, kalp atış oranı, bipolar bozukluk vb. düzeylerini ölçebilen akıllı saat, akıllı gömlek, dövme gibi takılan veya giyilen dijital cihazlardır. Biyosensörlerle farklı hastalık risklerinin (kalp krizi) tahmini başarılır. DNA çipleriyle farklı tahliller yapılabilmektedir. Nanoteknolojik farmasötik özellikli bandaj malzemelerle yara-yanık dokuların yenilenmesi (gümüş partiküllü bandajlar), yüzeysel kanamanın durdurulması mümkündür. Kontrollü salınım sağlayan ilaçlarla bazı kronik hastalıkların tedavisi, vücudun bağışıklık sistemini güçlendiren nanoparçacıklı aşılar uygulanabilmektedir. Biyofilm (insan sağlığını tehdit eden form) oluşumunu engelleme, patojen mikrobiyal sinyal moleküllerinin hücrelerde veya vücut sıvılarında kolayca tespiti sağlanabilir.

Biyomedikal teknolojileriyle omurilik hasarları, organ kayıplarında yapay organ terapileri mümkün olmaktadır. Damarlarımızda dolaşan pek çok hastalığın teşhis ve tedavisini, müdahalesini yapabilen, hasta dokuya oksijen taşıyan, toksik maddeleri metabolize eden nanoskopik cihaz, biyolojik ve farmokolojik bilgisayarlar bu teknoloji ile mümkündür. Acil kanamalarda, anemik durumlarda, ameliyatlarda oksijen desteği sağlayan yapay nanorobot eritrositlerle, gelecekte belli bir süre nefessiz yaşayabilme sağlanabilecektir. Her yaştan öğrenci, çalışan, sporcu, hamile ve yaşlıların ihtiyaçlarına yönelik doğal biyobileşenlerce zenginleştirilmiş pek çok yeni nesil medikal gıda, depresyonu önleyen takviyeler üretilebilmektedir. Tüm dünyada %30’u tezgahlara konulmadan çöpe giden gıda israfını engelleyecek olan, taze meyve sebzeleri tezgahlarda, tarım ürünlerini depolarda mikroorganizmalara karşı koruyabilecek, mikotoksin artışını durdurabilecek, kozmetik ürünlerin (titanyum oksit, çinko oksitli UV korumalı güneş kremi) raf ömrünü arttırabilecek doğal koruyucular üretilmektedir. Temizlik ve deterjan ihtiyacını minimuma indiren yüzeylere sahip yer-duvar-banyo döşemeleri, nanoboyalar (fotokatalitik, hava alan, ışıkla temizlenen boya), nanotekstil, cam (titanyum dioksitli fotokatalitik, hidrofilik cam), optik, ev ve işyeri gereçleri, su-sıvı-kir lekesi bırakmayan, kendini temizleyen, antimikrobiyal özellikli kokmayan, kirlenmeyen, UV filtreli, nem ve sıcaklık dengesini koruyan, yanmayan giysiler, baş ağrılarını azaltan bereler, kirlenmeyen ve paslanmayan elektronik cihazlar, çok daha dayanıklı ulaşım araçları nanobiyoteknoloji ile üretilebilir. Nanoteknolojik otomobiller, daha az yakıt harcayacağı için çevreyi az kirletecek ve ekonomik olacaktır. Nanofiltreler sayesinde, en kirli sulardan temiz su elde edilebilir. Savunma alanında nanoalgılayıcılar ile zararlı gazlar ve radyoaktif serpinti tespit edilebilir, nano ve mikromekanik aygıtların birleştirilmesi ile nükleer savunma sistemleri kontrol edilebilir. Lazer silahıyla nişan aldığında haber veren, enerjiye ihtiyacı olduğunda güneş pili gibi çalışan, zehirli biyolojik ve kimyasal gazları tespit
edebilecek ve gece karanlığında kendi askeri tarafından tanınabilen, çok hafif akıllı askeri üniforma tasarlanabilir.

Dünyadaki ve Türkiye’deki durum nedir?

Biyoteknoloji sanayisi, özellikle gelişmiş sanayi ve bilgi toplumlarında; araştırma, ürün geliştirme, proses geliştirme ve üretim boyutlarında ileridir. Çin, Hindistan ve Brezilya başta olmak üzere, Güney Amerika ve Asya’daki gelişmekte olan ülkelerde de 21. yüzyılın ilk yıllarından başlayan güçlü bir canlanma dikkati çekmektedir. Ülkemizdeki biyoteknolojik uygulamalar, gelişmiş ülkelere göre yok denecek kadar azdır. Ülkemizde kısıtlı şekilde bazı üniversite ve araştırma-geliştirme laboratuvarlarındaki bilimsel araştırmalar, bazı firmalarca yapılan girişimlerin (biyo-temelli plastikler, ekmek ve peynir mayaları, biyoetanol üretimi) yanı sıra daha çok biyoteknolojik ürün (tohum vb.) ithali ve kullanımı yapılabilmektedir. GDO ile ilgili araştırmalar, çalışmalar bakanlık bilgisi dahilinde yapılabilmekte ve üretimi yasaktır. GDO ürünlerin ithalatı, ihracatı, piyasaya sunulması, taşınması, depolanması ve işlenmesi Biyogüvenlik Kurulunun iznine bağlıdır; içeriğinin ürün etiketinde belirtilmesi zorunludur. Bebek mamaları, devam mamaları, bebek ve çocuk ek besinlerinde kullanımı yasaktır. Tıbbi ürünlerde ve kozmetik ürünlerinde GDO kullanımı Sağlık Bakanlığının iznine bağlıdır. %0,9 ve altında GDO bulunan gıda ürünleri, GDO bulaşık gıda olarak değerlendirilir.

Dünyada giderek artan nüfus gıda ürünlerinin kısıtlanmasına, klasik tarım yöntemlerinin yetersiz kalmasına sebep olmuş, biyoteknolojik yöntemlerle tarım ve hayvancılık ön plana çıkmıştır. Biyoteknolojik ürünlerin pazar payları kıyaslandığında, %77 gıda, %12 antibiyotik, %7 ilaç-kit ve %3 tarım sektörlerine ait bir tablo ortaya çıkar. Genetiği değiştirilmiş başlıca tarım ürünleri; bazı böceklere, herbisit ilaçlara dayanıklı soya, mısır, pamuk ve kolza (kanola)dır. Bunu takip eden çok sayıda tarım ürünü de bulunmaktadır. Transgenik tarım yapan ülkelerin % 99’u ABD, Arjantin, Kanada, Brezilya, Hindistan ve Çin’dir. 25 ülkede transgenik ürünlerin üretilmesine, 30 ülkede ise bu ürünlerin gıda ve yem amaçlı kullanımına yönelik ithalat onaylanmıştır. Dünya ekonomisi açısından bakıldığında biyoteknolojik gücü elinde tutan çok uluslu şirketler ve ülkeler fazlaca gelir elde ederler. Genetiği değiştirilen ürünler arttıkça doğal ürün miktarı oran olarak azalmaktadır. Üretilen tohumların tek yıllık olması sebebiyle, takip eden yılda tekrar tohum alması zorunluluğu satıcı şirketlere bağımlılık yaratmaktadır.

 Biyoteknolojinin avantaj-dezavantaj dengesi

Günümüzde biyoteknoloji ve nanobiyoteknoloji konusunda pek çok çalışma yapılmış ve halen yapılmaktadır. Gelecekte insan vücudunda teşhis, tedavi, ameliyat yapan nanorobotlar, kalp atışı, vücut sıcaklığı, kan şeker durumunu vb. kablosuz hatla hekime bildiren giysiler, insan beyninin kapasitesini arttıran nanohafıza çipleri, çok küçük, hafif, dayanıklı üstün özelliklere sahip pek çok ilave malzeme ve cihaz, yeni roket ve uçak tasarımlarının ortaya çıkması muhtemeldir. Yeni nesil pek çok ürün için nanobiyoteknoloji üstün bir potansiyel taşır. Bütün bu gelişmeler gelecekte dünyayı yeniden şekillendirebilecek gibi görünmektedir.

Biyoteknolojik ve nanobiyoteknolojik metotların üstün potansiyel ve sınırsız uygulama alanına sahip olabilmesi ve şimdiden geldiği noktaya ve sunduğu imkanlara bakılınca, bilim ve teknolojideki tüm yeni buluşlarla, insan yaşamı teknolojiyle sosyal, kültürel, ekonomik yönden sürekli değişime uğramaktadır. Yaşam büyük ölçüde kolaylaşıp faydalar sağlanırken, bazen ciddi tehditler de ortaya çıkabilir. Özellikle transgenik canlıların kontrol edilemediği durumda, insanlığa ve doğaya verebileceği zararların ne olabileceği henüz tam olarak bilinememektedir. Laboratuvarda kontrollü koşullarda üretilen mikroorganizmaların veya canlıların, doğal koşullarda (diğer canlıların üzerinde, tarlalarda vb.) denenmesinin veya herhangi bir şekilde laboratuvar ortamından çıkarak doğaya yayılması bir güvenlik sorunudur (biyogüvenlik). Genetiği değiştirilmiş polen veya tohumların rüzgar, yağmur gibi hava koşullarıyla, kuş ve böcekler tarafından organik ve normal tarımın yapıldığı alanlara taşınmasıyla buradaki ürünlerin DNA’sı olumsuz şekilde etkilenebilir. İnsan ve doğa yaşamını tehlikeye sokabilecek başlıca durumlar; tedavisi bilinmeyen, ilaçlara dirençli, öldürücü salgın enfeksiyon hastalıklarına sebep olan, kanser genlerini taşıyan bakteri ve virüslerin çevreye yayılması, ciddi alerjik reaksiyonlar, merkezi sinir sistemi hastalıkları, doğal ekolojik denge ve döngülerde bozulmalar, biyolojik çeşitliliğin azalması, türlerin yok olması ve besin zincirinde kırılmalar, toksin atıklarla çevre kirliliklerinin oluşması, biyoterorizm faaliyetleri  gibi olumsuz senaryolar olabilir. Her yeni teknolojinin ve ürünlerin etkin olarak kullanımı ve güvenilirliği üzerinde yıllarca çalışılması ve araştırmalar yapılması gerekir. Biyomedikal, endüstriyel ve günlük yaşamda kullandığımız alet-cihazlardaki nanopartiküllere (gümüş, altın, platin, zirkonyum vb. nanopartikülleri) sürekli maruz kalınması, uzun vadede insan ve doğadaki diğer canlıları olumsuz etkileyebilir. Nano ürünlerin çevreye olan toksik etkileri hakkında elde edilen bilgiler oldukça sınırlı kalmaktadır.

Nanoteknolojik gıda ürünleri olarak direkt alınmakta, kozmetiklerde giyeceklerde, derimize temas etmekte, laboratuvar atıkları sulara, toprağa, oradan da besin zinciriyle bizlere taşınmaktadır. Vücuda gen transferiyle, tedaviyle vb. alınan nanopartiküller kolayca kana geçmektedir. Nanopartiküllerin kana geçerek sistemik, genetik ve sitotoksik risklerle metabolizmayı olumsuz etkileme olasılığı bulunmaktadır. Nanoboyutlardaki metal partiküller, doğrudan hücreye ve çekirdeğe girerek DNA’ya bağlanıp genetik hasara neden olabilir, serbest radikal oluşumu vb. toksik etkiler gösterebilir. Canlıların nanopartiküllere karşı tepkileri kesin olarak saptanamamaktadır. Ayrıca nükleer, kimyasal silahlar bir yana, biyoterorizm ve biyoajanlar insanlığın sonunu getirebilecek pandemik enfeksiyon hastalıklarına sebep olabilecek güçte olabilir.

Özetle, teknolojiyle yaşam kaçınılmazdır. Biyoteknolojinin birçok avantajının yanı sıra, insan sağlığı açısından risk ve belirsizlikleri de beraberinde getirdiği gerçeği göz ardı edilmemesi gereken bir durumdur. İyi ellerde iyiye, kötü ellerde kötüye kullanılması her zaman için mümkündür. Riskler bazen kontrol edilebilir düzeylerin üzerinde olabilir. Teknolojik değişimlerin yaşamı, gelecek nesilleri ne şekilde etkileyebileceğinin, risklerin çok yönlü olarak düşünülüp, tartışılıp, insanlığın ve doğanın geleceğini tehlikeye atmayacak önlem ve tedbirlerin alınmasına, teknolojinin avantaj ve riskleri arasındaki hassas dengenin korunmasına özen gösterilmesi mecburidir.

Sağlıkla kalınız…

Kaynaklar

Sahoo SK, Parveen S & Panda JJ (2007). The Present and Future of Nanotechnology in Human Health Care. Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine 3(1):20

Sia PD (2017). Nanotechnology Among İnnovation, Health and Risks. Procedia Social and Behavioral Sciences 237 1076 – 1080

Singh N, Manshian B, Jenkins GJS, Griffiths SM, Williams PM & Maffeis TGG (2009). Nanogenotoxicology: The DNA Damaging Potential of Engineered Nanomaterials Biomaterials 30(23-24):3891-914

Xie H, Mason MM & Wise Sr JP (2011). Genotoxicity of Metal Nanoparticles. Revuolation Environmental Health 26 (4): 251-319     

Kresie, L., 2001, Artificial blood: An Uptade on Current Red Cell and Platelet Substitutes. BUMC Proceedings. 14 (2): 158-61.

https://www.resmigazete.gov.tr/eskiler/2010/03/20100326-7.htm, Biyogüvenlik Kanunu.

https://www.tarimorman.gov.tr/Konu/1437/GDO, Resmi Kontrol