Transcript 02. Biyoteknolojinin tanımı ve tarihçesi

Biyoteknolojinin Tanımı ve
Tarihçesi
• İlkdefa, 1919 yılında, Karl Ereky tarafından
kullanılan Biyoteknoloji teriminin o zamanki
tanımı, anlamı ve kapsamı, günümüze kadar
gelişen modern tekniklerin bu alana uygulanması
ile, önemli ölçüde değişikliklere uğramıştır.
• Karl Ereky, Biyoteknolojiyi: Biyoteknolojik
Sistemler Yardımıyla Ham maddelerin Yeni
Ürünlere Dönüştürüldüğü işlemlerdir” şeklinde
tanımlamıştır.
Biyoteknoloji nedir?
• Biyoteknoloji, insan, hayvan ve bitki
hücrelerinin fonksiyonlarını anlamak ve
değiştirmek amacıyla uygulanan çeşitli
teknikleri ve işlemleri tanımlamak için
kullanılan bir terimdir. Canlıların iyileştirilmesi
ya da endüstriyel kullanımına yönelik ürünler
geliştirilmesini, modern teknolojinin doğa
bilimlerine uygulanmasını kapsar.
Örneğin
• Kanser, AIDS gibi bir çok hastalığın tedavisi ve
önlenmesinde kullanılacak genetik ürünler elde
edilmesi
• Büyüme geriliği gibi sorunlara çare olacak ya da bulaşıcı
hastalıklara karşı koyacak proteinlerin üretimi
• Rekombinant ilaç ve aşıları sentezleyecek transgenik
bitkilerin geliştirilmesi
• Hasar görmüş beyin hücrelerinin ve omuriliğin onarımı
• Organik atıkları metabolize edecek bakterilerin elde
edilmesi biyoteknolojinin uygulama alanlarıdır
Biyoteknolojinin Bazı Dönüm Noktaları
• İnsanlar, binlerce yıldır, biyokimyasal ve
genetik mekanizmaların nasıl işlediğini
bilmeden şarap ve bira yapımında
fermantasyondan, peynir ve yoğurt yapımında
sütün bakteriyle ekşitilmesinden ve ekmek
yapımında da mayalardan yararlandı.
Maya Hücreleri
• MÖ dönem
• Mayalar, ilk kez Sümerler tarafından bira
yapımında kullanıldılar
• MÖ dönem
• Mısırlılar maya kullanarak ekmek yapımını
keşfettiler
• 1673
– Anton van Leeuwenhoek (1632 -1723), Protozoa
ve bakterilerin fermentasyonda rol
oynayabileceğini açıklayan ilk bilim adamı
• 1856
– Louis Pasteur (1822 -1895) Mikroorganizmaların
fermentasyondan sorumlu olduklarını kesin bir
şekilde tanımladı
• 1928
– Alexander Fleming petri kaplarında bir parça küfle
çevrelenmiş bölümde tüm bakterilerin öldüğünü
keşfetti.
– Böylece penisilin dönemi başladı. Fakat 15 yıl
sonra tıbbi kullanım için uygun duruma geldi.
• 1938
– Proteinler ve DNA çeşitli laboratuvarlarda
çalışılmaya başlandı. “Moleküler biyoloji” terimi
gündeme girdi.
Penisilin
3 Eylül 1928
Alexander Fleming
Disk Difüzyon Metodu
• 1941
– Bir gen bir enzim hipotezi ortaya atıldı.
• 1943
– Rockefeller vakfı Meksika hükümeti ile işbirliği yaparak
Meksika Tarım Programı başlatıldı. Bu yabancı
yardımıyla yapılan ilk bitki ıslahı çalışması olarak
biyoteknoloji tarihinde yerini aldı. (Meksika hala
bildiğimiz Meksika)
• 1953
– Kortizon büyük ölçekte üretilen ilk ürün
• 1990
– İlk başarılı gen terapi çalışmasının yapılması
• 1994
– İlk genetik mühendisliği ile geliştirilmiş domatesin
dünya gıda örgütü tarafından kabulü
• 1999
– Deli dana hastalığı için hızlı ve hassas tanı
sisteminin geliştirilmesi
• I. Dünya Savaşı'nda patlayıcı madde üretmek üzere,
aseton yapımında fermentasyon teknolojisi endüstriyel
anlamda kullanıldı.
• Bu teknolojinin kullanımı, 1940'lı yıllarda antibiyotik
üretiminde daha da yaygınlaştı. 1970'li yıllardan
günümüze kadar olan dönemde ise hem proteinler ve
metabolik düngülere ilişkin bilgilerimiz arttı hem de
DNA'nın (Deoksiribonükleik Asit) enzimler aracılığıyla
kesilip, değiştirilebilmesi ve bir canlıdan bir başkasına
nakledilebilmesini mümkün kılan teknolojiler gelişti.
Taq DNA Polimeraz
• Örneğin, sıcak su kaynaklarında yaşayan
bakterilerden birinden elde edilen, yüksek
sıcaklığa dayanıklı olan Taq DNA Polimeraz,
günümüzde uygulama ve temel bilim
alışmalarının ayrılmaz bir par
çası olan PCR’nin
önemli bir girdisidir.
PCR Cihazı
• 1982’de insülinle başlayan gelişme 2000
yılında 77 ürün sayısına ulaştı (yılda % 20
büyüme).
• Dünya’da 325 milyonun üstüne hasta bu
ilaçlardan yararlandı.
• Halen 250 den fazla biyotek. ürünü ilaç ve aşı
klinik deneme aşamasında.
• 200’den fazla farklı hastalığın tedavisi
hedefleniyor.
Detaylı Tarihsel Gelişim
•
•
•
•
•
Ekmek mayalanması M.Ö. 3000
Alkolik mayalanma M.Ö. 3000
Sirke yapımının öğrenilmesi M.Ö. 3000
Mezopotamyada şarap üretimi M.Ö. 2000
Sümerler, Babiller ve Mısırlılar Tarafından Bira
üretimi M. Ö.300
• «Bir yerde Taunun/vebanın olduğunu duyan
kimse oraya gitmesin» Hadis-i Şerif
• «En iyi ve tehlikesiz su, kaynatılıp soğutularak
içilen sudur» İbni Sina
Detaylı Tarihsel Gelişim
•
•
•
•
Etanol üretimi 1150
Sirke üretimi (endüstriyel) 14. yy
Kültür mantarı üretimi 1650
Mikrobiyal yoldan süt asidi üretimi 1881
Detaylı Tarihsel Gelişim
• Alexander Fleming petri kaplarında bir parça küfle
çevrelenmiş bölümde tüm bakterilerin öldüğünü keşfetti.
Böylece penisilin dönemi başladı. Fakat 15 yıl sonra tıbbi
kullanım için uygun duruma geldi. 1928
• Proteinler ve DNA çeşitli laboratuvarlarda çalışılmaya
başlandı. “Moleküler biyoloji” terimi gündeme girdi. 1938
• Bir gen bir enzim hipotezi ortaya atıldı 1941
• Rockefeller vakfı Meksika hükümeti ile işbirliği yaparak
Meksika Tarım
• Programı başlatıldı. Bu yabancı yardımıyla yapılan ilk bitki
ıslahı çalışması olarak biyoteknoloji tarihinde yerini aldı.
1943
Detaylı Tarihsel Gelişim
• Kortizon büyük ölçekte üretilen ilk ürün 1953
• DNA ile yapılan yaygın çalışmalar 1953 – 1976
• Genetik mühendisliği ile geliştirilmiş insan
insulinin bakteri tarafından üretilmesi 1982
• Böcek, bakteri ve virüslere dirençli bitkilerin
toprakta yetiştirilmesi çalışmaları 1985
• İlk rekombinant aşı (sarılık, Hepatit B) 1986
Detaylı Tarihsel Gelişim
• İlk genetiği değiştirilmiş hayvan olarak meme
kanseri çalışmalarında kullanılan fare için
patent alınması 1988
• İlk başarılı gen terapi çalışmasının yapılması
1990
• İlk genetik mühendisliği ile geliştirilmiş
domatesin dünya gıda örgütü tarafından
kabulü 1994
• Biyosensörlerin kullanılması 1996
Detaylı Tarihsel Gelişim
• Doly’nin yapılması 1997
• Ebriyonik kök hücre üretimi 1998
• Deli dana hastalığı için hızlı ve hassas tanı
sisteminin geliştirilmesi 1999
• Kimya Eğitimi öğrencilerinin Biyoteknoloji
dersi almaları 
Biyoteknoloji konu olarak
“multidisipliner” yani bağımsız pek
çok bilim dalını bir arada barındırır.
BİYOTEKNOLOJİNİN BAŞLICA
UYGULAMA ALANLARI
Biyosüreç Teknolojisi
•
•
•
•
•
•
•
Alkollü içeceklerin üretimi
Antibiyotik üretimi
Memeli hücre kültürleri
Yeni ürünlerin üretimi (Ör: Polisakkaritler)
İlaç üretimi
Organik çözücü üretimi (Ör:Aseton, bütanol)
Protein bakımından zenginleştirilmiş gıdaların
üretimi
• Üretim kapasitesi artışı için fermantasyon
tasarımı optimizasyonu
Enzim Teknolojisi
•
•
•
•
•
Özgün kimyasal reaksiyonlar için kullanımları
Enzim immobilizasyonu (tutuklanması)
Yarı sentetik penisilin üretiminde
Nişasta ve selüloz hidrolizinde
Biyolojik analizler için sensörlerin
oluşturulmasında
Atık Teknolojisi
• Atıkların yeniden kullanılabilmesi
• Atıklardan yeni ürünlerin üretilmesi (Ör: alkol)
Çevre Teknolojisi
• Kirliliğin kontrolü
• Atık toksinlerin uzaklaştırılması
• Düşük dereceli madenlerden ve madencilik
endüstrisi atıklarından metallerin geri
kazanılması
Yenilenebilen Kaynaklar Teknolojisi
• Kimyasal ham madde ve etanol, metan ve
hidrojen üretimi için lignosellülozik materyalin
yenilenebilen enerji kaynağı olarak
kullanılması
• Bitki ve hayvan materyalinin tamamının
kullanılması
Ziraat ve Hayvancılık
• Besin değeri yüksek, hastalığa dirençli, strese
toleranslı yüksek kalitede ve verimde genetik
mühendisliği ile geliştirilmiş bitkilerin
oluşturulması
• Hayvancılıkta ürün artırımını sağlamak
Sağlık
• Yeni ilaçların oluşturulması
• İlaçların sadece hastalıklı bölgeye ulaşmasının
sağlanması
• Hastalık tanılarının geliştirilmesi
• Aşıların geliştirilmesi
• İnsan genomunun anlaşılması
• Gen tedavisi
Bu sınıflandırma ürün bazında tasnif edilirse
biyoteknoloji şu alt dallara ayrılır.
• Farmasotik Biyoteknoloji: İmmunomodülatörler,
büyüme hormonları, kan proteinleri, antibiyotikler,
antikanser ajanları, aşılar, gen terapisi.
• Çevre Biyoteknolojisi: Biyolojik su arıtma sistemleri,
biyoremidasyon, biyobozunur polimerler
• Tarımsal Biyoteknolojisi: Genetiği değiştirilmiş
organizmalar, biyoinsektisidler, biyotoksinler
• Biyoelektronik: Biyoçip ve biyosensörler
• Kimyasal Biyoteknoloji: Endüstriyel enzimler, organik
asitler, amino asitler
TARIMDA BİYOTEKNOLOJİ
KULLANIM ALANLARI
Örn.: Renkli Pamuk
Bitkisel ürünlerin verim ve kalitesinin
artırılması (Bitki ıslahı)
• Bazı bitkilerdeki faydalı maddeler zenginleştirilerek
daha kaliteli ürünler elde edilebilmektedir.
Buğdayda lisin,
Baklada metionin gibi..
• Yağ, protein, aminoasit, vitamin, mikroelement ve lif
gibi kalite etmenlerince iyileştirilmiş yeni bitki
genotipleri geliştirmek (buğday, pamuk, mısır,
domates..)
Hastalıklara ve olumsuz çevre şartlarına dirençli
türlerin geliştirilmesi
Virüs hastalığına dayanıklı kabak (FreedomII);
Rafömrü uzatılmış domates (FlavrSavr);
Geniş spektrumlu herbisite (Glyphosate)
dayanıklı soya fasulyesi, mısır ve pamuk
Yüksek oranda laurik asit içeren kanola
(Brassicanapus)
• Besin içeriği (lipid ve protein) geliştirilmiş soya
fasulyesi, yerfıstığı ve kakao;
• Yeşil kurda dayanıklı pamuk (BollGard)
• Mısır kurduna dayanıklı mısır (YieldGard)
çeşitleri geliştirilmiştir.
Bu karpuzlar biyotek. ürün müdür?