BYOTEKNOLOJ Biyoteknoloji rn oluumu iin biyolojik sistemlerin kullanld

BİYOTEKNOLOJİ Biyoteknoloji; ürün oluşumu için biyolojik sistemlerin kullanıldığı teknolojik uygulamalar. • Ekmek, bira, yoğurt, peynir yapımı ve geliştirilmesi Modern biyoteknoloji: rekombinant DNA teknolojisi kullanılarak üretim sürecinin hızlı ve güvenli olarak uygulanması. • Aşı üretimi Alanları: hücre ve doku kültürü, moleküler biyoloji, mikrobiyoloji, genetik, fizyoloji, biyokimya, bilgisayar mühendisliği

Bitki Teknolojisinin Tarihsel Gelişimi 2. 000 MÖ 19. yy erken 20. yy Orta 20. yy 1930 1940 1950 1970 1980 1990 2000 2010 Kültüre alma Melezleme Mutasyon ve seleksiyon Hücre kültürü Somaklonal varyasyon Embriyo kurtarılması Poliembriyogenez Anter kültürü Rekombinant DNA Markır ile seçim Genomik Proteomik Metabolomik Sistem Biyoloji 3

Biyoteknoloji Tarihi 1800 -1900 : Temel çalışmalar 1900 -1953 : Genetik 1953 - 1976: DNA araştırmaları, bilimsel patlama 1977 - 2008: Modern biyoteknoloji 1865 - Gregor Mendel (1822 - 1884) “Faktörler nesilden nesile aktarılır”.

Biyoteknolojideki gelişim 1943 -1953 ilk biyoteknolojik üretimi; kortizon laboratuvarda hayvan hücreleri üretildi 1953 DNA’nın keşfi; James Watson, Francis Crick moleküler biyoloji ve genetik araştırmalarda patlama 1966 Genetik kodun şifresi çözüldü (M. Nirenberg, H. Mathaei, S. Ochoa) 1972 ilk rekombinant DNA molekülünün oluşturulması (Paul Berg), restriksiyon enzimleri, ligaz enziminin kullanımı

1972 rekombinant DNA çalışmaları için kılavuz hazırlandı (NIH: Amerika Ulusal Sağlık Enstitüsü) 1978: rekombinant DNA teknolojisi ile insan insülin geni bakteriye aktarıldı, üretimi başarıldı (Genentech) (tanı ve tedavi edici moleküllerin üretiminde DNA dizileme ve klonlama teknikleri ile hızlandı). 1977: ilk insan proteini bakteride üretildi Genentech, somatostatin, insan büyüme hormonu

1985 böcek, virüs ve bakteriye dirençli GD bitkilerin ilk alan denemeleri yapıldı. İnsanlarda gen terapisi denemeleri ile ilgili rehber onaylandı (NIH) 1986: ilk rekombinant aşı onaylandı (hepatit) (FDA) İlk transgenik tütün bitkisinin ekimi onaylandı (EPA) 1994 transgenik gıda ürünü, “Flavr Savr” domates onaylandı (FDA)

Bitkilerin önemi: • Yeryüzündeki birincil üreticilerdir, birincil besin kaynağıdır • Havadaki oksijen dengesini sağlarlar • Çevre dengelerini düzenlerler • Erozyonu önlerler • Sessiz fabrikalardır; tıp, kağıt, boya, kozmetik vb. sanayi uygulamalarında ve enerji alanında kullanılırlar.

Bitki biyoteknolojisinin alanları: • Bitki doku kültürü • Bitkilere gen aktarımı • DNA parmak izi çalışmaları

Genetik mühendisliği: Genler ile taşınan DNA bilgisinin farklı bir hücreye/organizmaya aktarım işlemidir. Neden gen aktarımı yapılır? • Bir kimyasal üretiminde • Organizmanın özelliklerinin değiştirilmesi

Genetik Yapısı Değiştirilmiş Organizma (GDO, GMO): Doğal süreçler ile elde edilmesi mümkün olmayan yeni özellikler kazandırılmış organizma

GDO’ların Tarımsal Alandaki Avantajları: • Tarımsal ilaç kullanımında azalma • Verimde artış • Uygun olmayan iklim ve toprak koşullarında bile ürün alınabilme

Genetik Modifikasyonların Hedefleri • Tarımsal ilaç kullanımında azalma • Herbisit ve böceklere karşı dayanıklılık sağlanması • Azot fiksasyonu ve ürün miktarının geliştirilmesi • Geç olgunlaşma, raf ömrünün uzatılması • Besinsel özelliklerin geliştirilmesi • Kısır bitki üretimi • Verimde artış • Çevresel koşullara tolerans (kuraklık, tuzluluk) Uygun olmayan iklim ve toprak koşullarında bile ürün alınabilme

Genetiği değiştirilmiş ürünlerin avantajları: Hayvansal üretimde: - Daha kaliteli et, süt, yumurta verimi - Hayvan sağlığı ve tanı ile ilgili yöntemlerin geliştirilmesi Çevre için: - Tarım ilacı kullanımının azaltılması - Toprak, su ve enerjinin korunması - Doğal atıkların değerlendirilmesi - Orman ürünlerinin daha etkin işlenmesi

Böceklere/ yabancı ot ilaçlarına toleranslı transgenik bitkilerin avantajları: • Böceklere toleranslı bitkiler insektisit kullanımını azaltabilir. • İşçilikten tasarruf sağlanabilir • İşçi sağlığı korunabilir • Etkili bir yabancı ot mücadelesi yapılabilir • Mısırda Fusarium kaynaklı mikotoksinler azalmaktadır (Munkvoldve ark. 1999).

Hayvanlara gen aktarımı • Çıplak DNA ‘nın aktarımı Mikro enjeksiyon, elektroporasyon • Virüs ile yönlendirilen gen aktarımı

DNA mikroenjeksiyonu ile transgenik fare eldesi

Gen aktarımı için vektör hazırlığı

Bitkilerde genetik mühendisliği Bakteri Bitki hücresi Bakteri DNA’sı Gen Transformasyon • Agrobacterium • Biyolistik • Elektroporasyon Transgenik bitki Hücre bölünmesi 24

Agrobacterium Toprakta yaşayan gram negatif bir bakteri, Doğal genetik mühendisi, A. rhizogenes- saçak kök hastalığı A. tumefaciens- dikotillerde taç tümörü hastalığı

Biyolistik ile bitkilere gen aktarımı:

Elektroporasyon ile gen aktarımı: DNA ‘nın elektrik akımı ile hücre zarından içeri alınması 27

Gen aktarımında kullanılan çeşitli bitkisel formlar:

Bitki doku kültürü Aseptik şartlarda yapay bir besin ortamında hücre, doku veya organ gibi bitki kısımlarından yeni doku, bitki veya bitkisel ürünlerin üretilmesidir.

Besin ortamı bileşenleri • Makro elementler (azot, fosfor, sodyum, magnezyum, kükürt, vb. ) • Mikro elementler (demir, manganez, çinko, bakır, vb. ) • Vitaminler (tiamin, nikotinik asit, vb. ) • Şekerler (sakkaroz, glikoz, vb. ) • Jel yapıcı maddeler (agar, fitajel, jelatin, vb. ) • Amino asitler (glisin, arginin, vb. ) • Bitki büyüme düzenleyicileri

Bitki doku kültürünün bitki ıslahındaki uygulama alanları • Yeni çeşit geliştirmek ve mevcut çeşitlerde genetik çeşitlilik oluşturmak, türler arası melezlemeler • Kaybolmakta olan türlerin korunması • Çoğaltılması zor olan türlerin üretimi (mikroçoğaltım) Gen aktarımı Sekonder metabolit üretimi Sentetik tohum üretimi

Bitki Doku kültürü

Paulownia elongata internod eksplantlarından direkt somatik embriyo gelişimi

Pamuk embriyolarının doku kültüründe gelişimi

Doku Kültüründe Kavak Doku kültüründe geliştirilen kavak bitkisi:

Yeni nesil transgenik bitkiler (2005 - 2015): • Bitkilerde aşı üretimi • İşlevsel gıdalar ve bitkisel ilaçlar • Aroma ve tadın değiştirilmesi • Alerjik etkilerin ortadan kaldırılması • Fitoremediasyon uygulamaları • Bitkilerde plastik ve polimer üretimi

Bitki Biyoteknolojisinin Gelişim Evreleri Agronomik özellikler Kalite özellikleri Bitkisel fabrikalar Yenilenebilir kaynaklar Biyodizel uygulamaları

Genetiği Değiştirilmiş Organizmaların Tanı Yöntemleri: • DNA’ya dayalı yöntemler - Klasik, gerçek zamanlı PCR - Mikroarray (DNA “chip”) • Proteine dayalı yöntemler - ELISA - Şerit testler - Western blot • Herbisit uygulaması • Yeni teknolojiler: transkriptomik, proteomik ve metabolomik analizleri

Tanı analizinde gereksinimler; • Hedef moleküller; DNA veya protein • Yardımcı moleküller DNA için primer ve prob Protein için antikor • Referans materyal Pozitif ve negatif kontrol Miktar tayini için kalibre edici materyal

GDO veya GDO içeren ürünlerin analizi: • Analiz için örnek alınması • Örneğin homojenize edilmesi • DNA, RNA veya protein izolasyon - DNA’ya dayalı yöntemler (PCR) - RNA’ya dayalı yöntemler (RT- PCR) - Proteine dayalı yöntemler - Yeni teknolojiler • Molekülün belirlenmesi (boyut, renk, hibritleme. . . ) • GMO’nun miktarının belirlenmesi • Sonuçların yorumlanması

Örnek DNA izolasyonu DNA çoğaltımı Baz çifti (bp) 500 400 300 200 180 bp 100 Sonuç Elektroforez

Proteine dayalı GDO tanı teknikleri: - ELISA - Şerit test - Western blot

Kağıt şeritlerde immünokromatografik GDO analizi: - 10 dakika içinde yanıt oluşur

Böceklere dayanıklı ürünler

Raf ömrü uzatılmış domates Gray ve ark. 1992

Süs bitkilerinde yapılan genetik değişimler

Transgenik Tohum Oluşturma Aşamaları: • Genin belirlenmesi, klonlama 1 -3 yıl • Vektör hazırlama 1 yıl • Gen aktarımı 1 -2 yıl • F 1 eldesi 1 yıl • F 1’lerin test edilmesi 1 yıl • Genetik melezleme 1 yıl • Lab. ve tarla denemeleri, risk analizleri 3 -6 yıl • Ticarete sunum 1 yıl Toplam 10 - 16 yıl

İnsan tedavisinde kullanılan ilaçların transgenik bitkilerde üretimine yönelik çalışmalar: • Kistik fibrosis ve karaciğer hastalıklarında kullanılan ά-1 antitripsin proteininin çeltik bitkisinde, Gaucher hastalığında kullanılan ve insan plasentasından elde edilen glukoserebrosidazis tütün bitkisinde üretilmiştir. • “Yakın bir gelecekte yüksek fiyatlarla satılan ilaçlar, düşük maliyetlerle bitkilerde üretilebilecektir. “

Bitki hücrelerinde rekombinant protein üretimi

GDO’ya tepkiler/ olası riskler: • Gıda güvenliği ve etik ile ilgili kaygılar • Çevresel etkiler (genetik erozyon, gen kaybı) • Küreselleşme (tekelleşme) • Şeffaflık ve bilgi eksikliği • Politik güven eksikliği • Ekonomik, ticari kaygılar • Sosyo-ekonomik yapı Halkın bunu nasıl karşılayacağı nı merak ediyorum?

Genetiği değiştirilmiş tarım ürünleri veya bunların türevlerini içeren gıda ürünleri zararlı mı?