Genetik mühendisliği uygulamaları

Tamay cumartesi sabahları teyzesi Vesile Hanım'ın semt pazarındaki domates tezgâhında çalışıyor. Karşı tezgâhın direğine karton bir tabela asılmış: «Ürünlerimiz GDO'suzdur.» Tamay teyzesine hak veriyor: «İyi ki yazmış. GDO'lu domatesin genleri değiştirilmiş; onu yiyenin genleri de değişir.» Vesile Hanım cevap yerine tezgâhı gösteriyor: salkım domatesler, bir demet maydanoz, öğlen yemek için sardığı köfteli ekmek. «Bunların her birinin hücresi var, her hücrenin içinde DNA var. Otuz yıldır maydanoz yiyorum, kulağımın arkasından bir yaprak bile sürmedi.» Tamay gülüyor ama sorusu yerinde duruyor. Her lokmada başka bir canlının genlerini yutuyorsak, o genler bağırsakta neye dönüşüyor? Bir domatesi «genetiği değiştirilmiş» yapan tam olarak ne?

• Tıpta, tarımda, hayvancılıkta ve endüstride verilen bir genetik mühendisliği uygulamasını dayandığı teknikle eşleştirirsin.
• Bir canlının GDO olup olmadığını, klasik ıslahla ya da kendiliğinden mutasyonla değişmiş bir canlıdan ayırarak belirlersin.
• Vücut hücresine ve üreme hücresine yönelik gen tedavisini kalıtılabilirlik bakımından karşılaştırırsın.
• GDO'lar ve genetik bilgi hakkındaki bir önermeyi yarar, kaygı ya da bilimsel olarak yanlış bir sanı diye sınıflandırırsın.

Tezgâhtaki her besin DNA taşır

Vesile Hanım'ın itirazı biyolojik olarak yerindedir. Domates, maydanoz ve köftedeki et hücrelerden yapılmıştır; her hücrede o canlının DNA'sı bulunur. «İnce bağırsak» dersinde gördüğümüz gibi besinle gelen nükleik asitler pankreastan gelen nükleazlarla nükleotitlere, bunlar da daha küçük parçalara ayrılır. Emilen şey bir gen değil, yapı taşlarıdır; vücut onları kendi DNA'sını ve RNA'sını kurarken ham madde olarak kullanabilir. Bir genin bilgisi bazların sırasındadır ve sindirim bu sırayı dağıtır. Bu yüzden genetiği değiştirilmiş bir bitkiden yapılan besin, sıradan bir bitkiden yapılan besin gibi, yiyenin genlerini değiştirmez. Böyle besinlerle ilgili tartışmalar başka sorular üzerinde döner; onlara dersin sonunda geleceğiz.

Peki domatesi «genetiği değiştirilmiş» yapan nedir? Genetiği değiştirilmiş organizma (GDO), kalıtım materyaline genetik mühendisliği yöntemleriyle müdahale edilmiş canlıya verilen addır: başka bir türden gen aktarılmış olabilir ya da kendi geni laboratuvarda değiştirilmiş olabilir. Ölçüt, değişikliğin nasıl yapıldığıdır. Çiftçinin yüzyıllardır yaptığı ıslah da canlının genotipini değiştirir; ama ıslahçı yalnız birbiriyle çaprazlanabilen bireylerin alellerini birleştirir ve beğendiği yavruları seçer. Melez bir buğday çeşidi ya da seçilerek iri meyveli hâle getirilmiş bir domates bu yüzden GDO sayılmaz. Kendiliğinden mutasyonla beyaz çiçek açmış bir bitki de GDO değildir. Bakteriden alınmış bir genin bir bitkinin hücrelerine yerleştirilmesi ise doğal çaprazlamayla olamayacak bir aktarımdır ve sonucu bir GDO'dur.

Kesip yapıştırmadan ürüne

Kesici enzimler, ligaz, plazmit, rekombinant DNA, PCR ve klonlama «Biyoteknoloji» dersinin araçlarıdır; burada o araçların neye yaradığına bakıyoruz. Uygulamaların hemen hepsinde aynı mantık vardır: istenen bir proteini yaptıran gen bulunur, bu geni okuyup proteine çevirebilecek bir hücreye yerleştirilir ve hücre çoğaltılır. Yöntemin işe yaramasının iki dayanağı önceki derslerden gelir. Kodun neredeyse evrensel oluşu, «Gen ve genetik kod» işlenirken öğrendiğimiz bir kuraldı: bir bakteri insandan gelen bir genin kodonlarını insan hücresiyle aynı amino asitlere çevirir. «Transkripsiyon» dersinde ise ökaryot genlerinin intronlar taşıdığını, bunların çekirdekte kesilip atıldığını gördük. Bakteride bu düzenek yoktur. Bir insan geni bakteriye çekirdekteki hâliyle verilirse intronlar da okunur ve yanlış bir zincir çıkar. Bu nedenle bakteriye genin intronsuz bir kopyası verilir; bu kopya, olgun mRNA'dan geriye doğru hazırlanabilir.

Tıpta: bakteriye ürettirilen insan proteinleri

Şeker hastalarının kullandığı insülin uzun yıllar sığır ve domuz pankreasından elde edildi. «Pankreas ve kan şekeri» dersinde tanıdığımız bu hormonun hayvandan gelen biçimi insanınkinden küçük amino asit farkları taşır ve bazı kişilerde istenmeyen tepkilere yol açabiliyordu. İnsan insülin geni bakterilere aktarıldıktan sonra, bakteri kültürleri insan insülininin amino asit dizisini taşıyan hormonu büyük miktarda üretebildi. Bugün kullanılan insülinin büyük kısmı bu yolla, rekombinant mikroorganizmalarla üretilir. Büyüme hormonu da aynı yaklaşımla üretilen insan proteinlerinden biridir.

Bazı aşılar da bu yolla hazırlanır. «Bağışıklık» dersinde aşının, bağışıklık sistemine bir antijeni tanıtıp hafıza hücreleri kurdurduğunu gördük. Bir virüsün yüzeyindeki proteini yaptıran gen maya ya da bakteri hücrelerine aktarılırsa, hücreler yalnız o proteini üretir. Aşıya konan bu proteindir; virüsün kalıtım materyali olmadığı için aşı hastalığı yapamaz ama vücut proteini antijen olarak tanır.

Tanıda da DNA'ya başvurulur. Belirli bir aleli taşıyıp taşımadığını öğrenmek isteyen bir kişinin, ya da bir ailede taşıyıcı olabilecek bireylerin, DNA'sı uygun testlerle incelenebilir. «Mutasyonların proteine etkisi» dersindeki tek gen kusurları, örneğin hemoglobin geninde orak hücre anemisini doğuran baz değişimi, bu tür testlerle doğrudan DNA düzeyinde aranabilir.

Gen tedavisi: eksik işlevi sağlam kopyayla telafi etmek

Bir tek gen kusurunda hücre işlevli bir protein üretemiyorsa, hastalığın kaynağı o proteinin yokluğudur. Gen tedavisinin temel fikri bu eksikliği kaynağında gidermektir: genin sağlam bir kopyası hastanın ilgili hücrelerine ulaştırılır, hücre bu kopyadan eksik proteini üretmeye başlar. Kusurlu gen çoğu zaman yerinde kalır; tedavi onu silmez, işlevini sağlam kopyayla telafi eder. Bu yüzden yaklaşım, sorunun bir proteinin yokluğu olduğu çekinik kusurlarda daha kolay sonuç verir. Kusurlu alelin ürünü zarar veren bir protein ise yanına sağlam kopya eklemek o zararı kendiliğinden ortadan kaldırmaz.

Geni hücreye taşımak için çoğunlukla vektör olarak virüsler kullanılır. Virüsler, «Virüsler» dersinde gördüğümüz gibi, kalıtım materyallerini konak hücreye sokmakta ustadır. Vektör olarak kullanılan virüsün çoğalmasını ve hastalık yapmasını sağlayan genleri çıkarılır, yerine aktarılacak gen konur. Hücreler hastadan alınıp laboratuvarda işlendikten sonra geri verilebilir ya da vektör doğrudan dokuya ulaştırılabilir.

Hangi hücrenin hedef alındığı sonucu değiştirir. Vücut hücresine yönelik gen tedavisinde değişiklik kas, kan ya da akciğer gibi dokuların hücrelerinde kalır. Kişi bundan yararlanabilir, ama yumurta ve sperm oluşturan hücreleri değişmediği için çocuklarına kusurlu alelini aktarmayı sürdürür. Üreme hücresine yönelik müdahalede ise değişiklik gametlere ya da çok erken bir embriyoya yapılır; birey bütün hücrelerinde bu değişikliği taşır ve onu sonraki kuşaklara geçirebilir. «Mutasyonların proteine etkisi» dersindeki kalıtılabilirlik kuralı burada aynen geçerlidir. Üreme hücresine yönelik müdahale ciddi etik tartışmaların konusudur: sonuçlarını, kararına katılamamış sonraki kuşaklar taşır ve olası yan etkileri tek bir kişiyle sınırlı kalmaz.

Tarımda GDO

Tarımda en çok bilinen örnek, bazı böcekler için zehirli bir protein üreten bakteri geninin aktarıldığı bitkilerdir. Bitkiyi yiyen hedef böcek zarar görür ve tarlaya atılan böcek ilacı azaltılabilir. Yabani ot ilacına dayanıklı bitkiler, kuraklığa ya da topraktaki tuzluluğa daha dayanıklı olacak biçimde değiştirilmiş bitkiler ve tanesinde bir vitaminin öncü maddesini biriktiren tahıllar başka örneklerdir. Bunların bir kısmı yaygın olarak ekilir, bir kısmı üzerinde ise çalışmalar sürmektedir.

Hayvancılık, endüstri ve adli bilimler

Bazı çiftlik hayvanları sütlerinde insan için yararlı bir proteini üretecek biçimde değiştirilmiştir; protein sütten ayrıştırılarak kullanılır. Endüstride genetik mühendisliğinin en yaygın ürünü enzimlerdir: deterjanlara katılan enzimler ve peynir yapımında sütü pıhtılaştıran enzim, bu enzimlerin genleri aktarılmış mikroorganizmalara ürettirilebilir. Bitkisel atıkları yakıt olarak kullanılabilen alkole çeviren mikroorganizmalar üzerinde çalışılmaktadır. Petrol türevlerini ya da bazı zehirli atıkları parçalayabilen mikroorganizmaların kirlenmiş toprağı ve suyu temizlemekte kullanılmasına biyoremediasyon denir; bu yetenek genetik mühendisliğiyle güçlendirilebilir. Adli bilimlerde ise olay yerinde bulunan kan, saç kökü ya da tükürük gibi örneklerden elde edilen DNA, «Biyoteknoloji» dersindeki DNA parmak izi yöntemiyle şüphelilerin DNA'sıyla karşılaştırılır; aynı yöntem akrabalık ve babalık tespitinde de kullanılır.

Yararlar ve kaygılar

GDO'lar hakkındaki tartışmada ileri sürülen yararlar ile dile getirilen kaygılar farklı başlıklarda toplanır. Bir önermeyi tartmadan önce onun hangi başlığa girdiğini görmek gerekir.

Kaygıların bir kısmı kanıtı tartışılan, ürüne ve ortama göre değişen konulardır; bu nedenle «her GDO zararlıdır» ya da «hiçbir GDO risk taşımaz» gibi mutlak yargılar biyolojik bir bilgi değildir. Buna karşılık «GDO'lu besin yiyenin genleri değişir» önermesi bir kaygı değil, sindirim bilgisiyle çelişen yanlış bir sanıdır.

Genetik bilgi ve etik soruları

Bir kişinin DNA'sı onun hakkında, kendisinin bile bilmediği şeyleri söyleyebilir. Bu bilginin kimde saklanacağı, kimin onu görebileceği genetik gizlilik sorusudur. Bir işverenin ya da bir sigorta kuruluşunun kişileri genetik test sonuçlarına göre ayırması genetik ayrımcılık kaygısını doğurur. Klonlamanın tarımda ve araştırmada kullanılması ile bir insanın kopyasını üretme fikri ayrı tartışılır; ikincisi kimlik, aile ve insan onuru üzerine sorular açar. Üreme hücresine yönelik müdahale de aynı tartışmanın bir parçasıdır. Bu sorulara biyoloji tek başına cevap vermez; biyolojinin işi, tartışmanın hangi olgu üzerine kurulduğunu doğru söylemektir.

Ürünün içinde bütün modül

Bir bakterinin ürettiği insan insülini, aslında bu modülün bütün derslerini taşıyan bir üründür. «Genden proteine kampı I»nde soruların bir kısmı bu yüzden tersinden yürüyecek: bir proteinin amino asit sırasından ve kodon tablosundan mRNA'ya, oradan kalıp zincire ve genin baz sayılarıyla hidrojen bağlarına inmek; ardından aynı gendeki tek bir baz değişiminin proteinde neyi bozacağını ya da koruyacağını kestirmek. Eşlenmenin yarı korunumlu sonucu, transkripsiyon ile translasyonun yeri ve sırası ve biyoteknoloji araçlarının hangi adımda kullanıldığı aynı soruda bir araya gelebilecek. Bu soruları çözerken ilk iş, verilen bilginin akışın hangi basamağına ait olduğunu bulmak olacak.

Örnek 1 — Ürünü yönteme bağlamak

Soru: Bir ilaç üretim tesisinde insan büyüme hormonu bakteri kültürlerinden elde ediliyor. Bu üretimin dayandığı temel uygulama hangisidir?

• A) Bakterilerin insan hipofizinden alınan hormonu depolaması
• B) Hormonun amino asitlerinin bakteri hücre duvarından süzülmesi
• C) Bakterinin kendi genlerinin bir kısmının kendiliğinden insan genine dönüşmesi
• D) Hormonu yaptıran insan geninin bakteriye aktarılması ve bakterinin bu geni proteine çevirmesi
• E) Bakterilerin seçici yetiştirmeyle hipofiz hücresine dönüştürülmesi

Çözüm: Bakteri insan hormonunu ancak o hormonun genini taşıyorsa üretir; gen rekombinant DNA olarak aktarılır, ortak genetik kod sayesinde bakteri doğru amino asit dizisini kurar. A hormonu dışarıdan alınmış sayar, bu durumda bakteri hiçbir şey üretmez. C ve E genin kendiliğinden ya da seçilimle ortaya çıkacağını varsayar. B üretimi süzme işlemine indirger. Cevap: D.

Örnek 2 — GDO mu, değil mi?

Soru: Dört bitki için yapılan işlemler veriliyor. Hangi bitki GDO'dur?

• A) İki çeşidin tozlaşmasıyla elde edilmiş, iki atasının özelliklerini birleştiren melez mısır
• B) Kuşaklar boyu en tatlı meyveli bireyler seçilerek yetiştirilmiş kavun çeşidi
• C) Bir bakterinin kuraklıkta koruyucu bir protein üreten geni aktarılmış buğday
• D) Gölgede yetiştirildiği için yaprakları geniş kalan ıspanak
• E) Kendiliğinden ortaya çıkan bir mutasyonla çiçek rengi değişmiş karanfil

Çözüm: GDO'yu ayıran, kalıtım materyaline laboratuvarda yapılan müdahaledir. C'de bir bakteri geni bitkiye yerleştirilmiştir; bu aktarım çaprazlamayla mümkün değildir. A ve B ıslahtır: genotip değişse de yalnız çaprazlanabilen bireylerin alelleri birleştirilmiştir. D bir modifikasyondur, DNA değişmemiştir. E'de değişiklik kendiliğinden olmuştur. Cevap: C.

Örnek 3 — Kimin hücresine, kime geçer?

Soru: Kalıtsal bir kan hastalığı taşıyan Tevhide'nin kemik iliğindeki kan yapıcı hücrelerine, eksik proteini yaptıran genin sağlam kopyası aktarılıyor ve Tevhide'nin kanı düzeliyor. Bu tedavi için hangisi doğrudur?

• A) Tevhide'nin bütün çocukları kusurlu alelden kurtulmuş olarak doğar.
• B) Değişiklik Tevhide'nin yumurtalarına da geçtiği için sonraki kuşaklarda hastalık görülmez.
• C) Tevhide'nin yumurtaları değişmediğinden kusurlu aleli çocuklarına aktarabilir.
• D) Aktarılan gen Tevhide'nin bütün hücrelerinde bulunur.
• E) Tedavi Tevhide'nin genotipini her hücresinde sağlam alele çevirmiştir.

Çözüm: Bu bir vücut hücresine yönelik gen tedavisidir. Değişiklik kemik iliği hücrelerinde ve onlardan türeyen kan hücrelerinde kalır. Yumurta oluşturan hücrelere dokunulmamıştır; Tevhide'nin genotipi bu hücrelerde aynıdır ve kusurlu alel çocuklarına geçebilir. A ve B değişikliği üreme hücrelerine taşır. D ve E değişikliği vücudun tamamına yayar; oysa kusurlu gen de yerinde durmaktadır. Cevap: C.

Örnek 4 — Yarar mı, kaygı mı?

Soru: GDO'larla ilgili bir panelde konuşmacıların önermeleri not ediliyor. Hangisi ekonomik bir kaygı olarak sınıflandırılır?

• A) Böceğe dayanıklı bitkiler tarlaya atılan ilacı azaltabilir.
• B) Patentli tohumu her yıl yeniden satın almak zorunda kalan küçük üretici dışa bağımlı hâle gelebilir.
• C) Aktarılan gen polenle yabani akraba türlere geçebilir.
• D) Aktarılan protein bazı kişilerde alerjiye yol açabilir.
• E) Tanesinde vitamin öncüsü biriktiren tahıllar beslenmeyi destekleyebilir.

Çözüm: Tohuma bağımlılık üreticinin geliriyle ve pazarın yapısıyla ilgilidir; ekonomik bir kaygıdır. C çevresel, D sağlıkla ilgili kaygıdır. A ve E bir kaygı değil, ileri sürülen yararlardır. Soru bir yargıyı savunmayı değil, önermeyi doğru başlığa koymayı istiyor. Cevap: B.

• GDO'lu besinin yiyenin genlerini değiştireceğini sanmak. Her besin DNA taşır ve bu DNA sindirimde nükleotitlere ayrılır; bitkinin GDO olması bunu değiştirmez.
• Her genotip değişikliğini GDO saymak. Islah ve melezleme de genotipi değiştirir, ama yalnız çaprazlanabilen canlıların alelleriyle. GDO ölçütü laboratuvarda gene yapılan müdahaledir.
• Vücut hücresine yapılan gen tedavisinin çocuklara geçeceğini sanmak. Gametleri oluşturan hücreler değişmediyse kusurlu alel çocuğa geçmeyi sürdürür; kalıtılabilir olan, üreme hücresine yönelik müdahaledir.
• İnsan genini bakteriye intronlarıyla birlikte aktarmak. Bakteri intronları kesip çıkaramaz; aktarılan kopya intronsuz olmalıdır.
• Rekombinant aşının hastalık yapabileceğini sanmak. Aşıda virüsün yalnız bir proteini vardır; kalıtım materyali olmayan bir protein çoğalamaz.
• Kaygıyı kanıtlanmış sonuç gibi okumak. Tablodaki kaygılar tartışılan olasılıklardır; soru genellikle bir önermenin hangi başlığa girdiğini sorar, hangi tarafın haklı olduğunu değil.