Biyoteknolojinin Tanımı
Biyoteknoloji; Hücre, doku ve organ kültürü, moleküler biyoloji, fizyoloji, biyokimya, mikrobiyoloji, moleküler genetik gibi doğa bilimleri ile temel mühendislik ve bilgisayar bilimlerinden yararlanarak, genetik ve moleküler DNA teknikleriyle bitki, canlıların genetik haritalarını çıkartmak, çoğaltmak, ıslah etmek, değiştirmek, geliştirmek, yeni ve az bulunan ürünleri yine canlılara (organizma, hücre ve dokulara) ürettirmek veya bunların daha fazla elde etmek için kullanılan teknolojilerin tümüdür. 1. Doku kültürü ve 2. Genetik mühendisliği olmak üzere 2 ana kola ayrılır.
Biyoteknoloji ve genetik mühendisliği, biyoteknoloji ve moleküler biyoloji, biyoteknoloji ve doku kültürü gibi ifadeler bu nedenle doğru ifadeler olmayıp biyoteknoloji hem doku kültürü hem de genetik mühendisliğini kapsamaktadır. Üniversitelerde çeşitli lisans programları veya derslerin benzer isimlerde olması da yanlıştır.
Biyoteknoloji geleneksel ve modern olmak üzere grupta değerlendirilir. Mikroorganizmalarca sütün yoğurt ve peynir,e dönüştürülmesi, sirke yapımı geleneksel gıda biyoteknolojisi konusu, yine genetik mühendisliği işlemeleriyle özellikleri geliştirilmiş mikroorganizmalarca daha nitelikli (örnek: Enzimler, proteinler vb.) ile çeşitli etken maddeler (ilaç hammaddesi, aşılar vb.) veya ürünler (biyoetanol vb.) geliştirmek modern gıda, tıbbi veya mikrobiyal biyoteknoloji konularıdır. Bu nedenle biyoteknolojinin bitki, hayvan, gıda, tıbbi, mikrobiyal, endüstriyel (beyaz biyoteknoloji) ve çevre biyoteknolojileri olarak uygulama dalları gelişmiştir. Bu sitede ağırlıklı olarak Bitki Biyoteknolojisi üzerinde durulmaktadır. Aslında sistem tüm dallarda benzer çalışmaktadır. Doku kültürüne hücre doku ve organlar, genetik mühendisliğinde ise DNA temel hedeftir. Tüm canlıların DNA’nın işleyişi ve temel mekanizmaları bakımından birbirine hemen hemen benzer olduğu düşünülürse temel genetik mühendisliği tekniklerini iyi bilmek her türlü biyolojik materyal ile çalışabilmeye imkan verirken doku kültürü uzmanlığı daha geniş bir alan istemektedir. Çünkü insan, hayvan, bitki ve mikroorganizmalarda hücre, doku ve organ işleyişi ve mekanizmaları bakımından derin farklar olabilmektedir. Oysaki bu canlıların herhangi birisinin DNA’sı bir diğerine uyum gösterebilmektedir. Dolayısıyla, canlılar hatta bir türün bireyleri arasında bile doku, hücre, organ vb. uyumazlıklar görüldüğü halde canlılar arasında DNA bakımından uyuşmazlık görülmemektedir. Bu da DNA’nın temel molekül olduğunu göstermektedir.
Bitki Biyoteknolojisi
Biyoteknolojik tekniklerin bitkilere uygulanmasına bitki biyoteknolojisi denir. Bitkilerin ve hücrelerin çoğaltımı doku kültürüyle, bunların genetik özelliklerinin araştırılması genetik mühendisliği, özelliklerin değiştirilmesi veya geliştirilmesi de her iki tekniğin birlikte uygulanması ve/veya bitki ıslahı teknikleriyle yapılmaktadır.
Klonlama (kopyalama!) terimi insan ve hayvanlar (Dolly) için daha 10 yıl önce kullanılmaya başlanmasına karşın bitkiler (Örnek: Havuç, tütün) 1950’li yıllardan itibaren klonal olarak çoğaltılmaya yani kopyalanmaya başlanmıştır. Buna rejenerasyon (organogenesis, somatik embriyogenesis, meristemlerden sürgün) veya klonal çoğaltım denilmektedir. Bir çok bitki türü hiç bir eşeysel üreme hücresi içermeyen vücut (somatik) hücrelerinden (örnek: yaprak, sap vb. doku ve organlar) çok rahatlıkla çoğaltılabilmektedir. Rejenerasyon bir hücreden başlayabileceği gibi (somatik embriyogenesis, protoplast-callus-bitki), birden fazla hücrenin birlikte oluşturduğu bir faaliyet sonucu (organogenesis) veya bir çok hücrenin organize olarak bir doku ve organları ve sonuçta bitkiyi oluşturmasıyla da ortaya çıkabilmektedir. Bitkilerin bir çoğunda uygun doku kültürü şartlarında (besin, büyüme düzenleyicileri, sıcaklık, ışık vb.) rejenerasyon ortaya çıkabilmektedir. Tek bir vücut hücrenin kendisinin alındığı ana bitkiye benzer bitkiler üretebilme yeteneğine totipotensi denilmektedir.
Doku kültüründe temel çalışma konuları (Doku Kültürü ve Uygulamaları)
Bitki Doku Kültüründe Temel Laboratuvar Teknikleri (Basic lab techiques in tissue culture)
Organogenesis (Organogenesis)
Somatik Embriyogenesis (Somatic embryogenesis)
Protoplast Kültürü ve Somatik Melezleme (Protoplast culture and somatic hybridisation)
Haploid Bitki Üretimi (Haploid plant production)
Kültür Bitkilerinde Apomiksi (Apomiktik bitki üretimi) (Apomictic plant production)
Hastalıksız Bitki Üretimi (Production of disease free plants)
Sekonder Metabolit Üretimi (Production of secondary metabolites)
Mikroçoğaltım (Klonal Çoğaltım-Mikropropagasyon) ve Ticari Uygulamaları (Micropropagation and its commercial applications)
Embriyo Kültürü (Embryo culture)
İn Vitro Tozlanma ve Döllenme (In vitro pollination and fertilisation)
Somaklonal Varyasyon (Somaclonal variation)
Bitki Gen Kaynaklarının Korunmasında Biyoteknoloji (Plant conservation biotechnology)
Doku kültürü denemeleri planlama ve analizi (Experimental design and analyses in tissue culture)
Doku kültürü kısmında bu konularda daha detaylı bilgiler verilmektedir.
Genetik mühendisliği teknikleriyle bir çok bitki türünün genom haritası çıkarılmış ve genleri tespit edilmeye başlanmıştır. Arabidopsis adlı ilkel bir ot olan bitkinin hemen hemen tüm genetik özellikleri halen ortaya konulmuştur. Bir çok önemli bitki türünün genom haritası çıkarılmak üzeredir.
Bitki genetik mühendisliğinde temel konular (GENETİK MÜHENDİSLİĞİ VE UYGULAMALARI)
DNA’nın Moleküler Yapısı ve Kromozomlar (Molecular structure of DNA and chromosomes)
Genlerin Moleküler Yapıları ve Protein Biyosentezi (Molecular structures of genes and protein synthesis)
Proteinler ve Protein Mühendisliği (Proteins and protein engineering)
Gen İzolasyonu ve Klonlanması (Gene isolation and cloning)
Agrobacterium’la Bitkilere Gen Aktarımı (Agrobacterium-mediated gen transformation to plants)
Bitkilere Doğrudan Gen Aktarım Teknikleri (Direct gene transfer techniques to plants)
Herbisitlere Dayanıklı Transgenik Bitkilerin Geliştirilmesi (Production of herbicide resistant plants)
Böceklere Dayanıklı Transgenik Bitkilerin Geliştirilmesi (Production of insect resistant plants)
Virüslere Dayanıklı Transgenik Bitkilerin Geliştirilmesi (Production of virus resistant plants)
Erkek Kısır bitkilerin üretimi (bu bölüm geliştirilmesi) (Production of male sterile plants)
Bitkilerde Hastalıklara Dayanıklılığın Artırılması (Enhancement of disease resistance in plants)
Bitkilerde Strese Dayanıklılık Fizyolojisi (Physiology of stress resistance in plants)
Bitkilerde Ozmotik Strese Dayanıklılığın Artırılması (Enhancement of osmotic stress resistance in plants)
Bitkilerde Besin Değerinin Artırılmasında Biyoteknoloji (Biotechnology for enhanced nutritional contents in plants)
Transgenik Bitkilerde İnsan Tedavisinde Kullanılan İlaçların ve Aşıların Üretilmesi (Production of edible vaccines and pharmaecuticals in transgenic plants)
Antisens RNA Teknolojisi (Antisense RNA technology)
PCR Teknolojisi ve Biyoteknolojik Araştırmalarda Kullanımı (PCR technology)
Genetik Markörler ve Analiz Metodları (Molecular markers and analyses methods)
Genom Sekanslama (Genome sequencing)
Bitki Islahında Moleküler Markörler (Molecular markers in plant breeding)
İşlevsel Genomik ve Proteomik Çalışmaları (Functional genomics and proteomics)
Sinyal iletimi ve biyoteknoloji (Signal transduction and biotechnology)
Biyoinformatik (Bioinformatics)
Bitki Biyoteknolojisinde Moleküler Sitogenetik Teknikler (Molecular and cytogenetic techniques)
Teknoloji Koruma Sistemi (Terminatör Teknolojisi) (Terminator technology)
Gen kaynakları ve biyoteknoloji (Genetic resources and biotechnology)
Transgenik bitkiler ve biyogüvenlik (Transgenic plants and biosafety)
Biyoteknolojinin Ahlaki ve Hukuki Yönleri (Moral and ethical issues in biotechnology)
Genetiği/Genetik olarak Değiştirilmiş Organizmalar (GDO veya GMO) (bitki, hayvan, insan veya mikroorganizmalar) çeşitli biyoteknolojik metotlarla genetik yapıları bir veya daha fazla özellik (gen) bakımından değiştirilmiş organizmalar, bunlardan elde edilen ürünlere ise Genetiği Değiştirilmiş (GD) ürünler veya gıdalar, içerisinde belirli sınırın üzerinde GD içeren ürünlere ise GD’li ürünler adı verilmektedir. Genetiği değiştirilmiş bir canlıya ‘gen transferi yapılmış’ anlamında ‘transgenik’ de denilir. Biyoteknoloji sadece GD veya GM demek değildir. GDO, GD’li ürünler çeşitli soru işaretleri olmasına karşın Türkiye’de çeşitli kampanyalar nedeniyle çok tehlikeli ürünler gibi anlaşılmaktadır. Benzer bir tartışma hormonlar konusunda da mevcuttur. Bu konuda detaylı tartışma ve bilgilere sitenin GDO-GMO tartışması kısmından ulaşılabilir. Sunularda biyoteknoloji ve GDO’lar bakımından Türkiye ve İç Anadolu Bölgesi için öneriler ve değerlendirmeler de bulunmaktadır.
İnsanlarda etik konular nedeniyle büyük tartışmaların yaşandığı genetik mühendisliği alanında bitkilerde oldukça başarılı sonuçlar üretilmiştir. Doku kültürü ve genetik mühendisliği teknikleri tek başına veya birlikte uygulanabilmektedir. Tüm dünya ülkelerinde biyoteknolojik çalışmalar öncelikli desteklenmektedir. ABD bu alanda dünyada öncü konumdadır.
Aşağıda bitki biyoteknolojisinin faydaları ve bazı uygulamaları verilmiştir.
Biyoteknolojinin faydaları ve uygulama alanları
Biyoteknoloji ile yüksek besin içeriği, hasat sonrası dayanıklılık, hastalık, zararlı, kuraklık ve ot ilacına genetik dayanıklılığın artırılması, yenilebilir aşılar (elma, muz), bitkilerce biyolojik olarak ayrışabilir plastik üretimi vb. gibi transgenik (GDO) üretimi yanında;
Hücre, doku ve organ kültürü ile tohum (sentetik), fide, fidan, yumru, miniyumru, soğan üretimi (klonal çoğaltım veya mikroçoğaltım)
Sentetik tohum üretimi
Somaklonal varyasyonların oluşturulması
In vitro tozlanma
Protoplast izolasyonu ve somatik melezlemeler
Hücre seleksiyonu
Apomiktik bitkilerin oluşturulması
Haploit bitkilerin oluşturulması ve embriyo kültürü ve kurtarması
Biyoteknolojik germplazm muhafazası (özelikle Türkiye endemik bitki türlerinin korunması amacıyla çok gereklidir)
Tıbbi amaçlı protein ve sekonder metabolit üretimi
Moleküler markörlerin geliştirilmesi yoluyla seleksiyon ve ıslahta klasik ıslaha destek sağlanması
Yabani ve kültür bitkilerinde genom sekanslaması ve genetik-moleküler özelliklerinin ortaya konulması
Sinyal iletim mekanizmalarının belirlenmesi
Endüstriyel ürünlerin (proteinler, yağ, vitaminler, enzimler vb.) üretilmesi
Biyoyakıtların üretilmesi
Moleküler test, tanı ve tedavilerin yapılması gibi bir çok işlem yapılabilmektedir.