Modern genetik mühendisliği, insan da dahil olmak üzere yeni bir genotip programlayarak bireysel genleri “açmanızı” ve “kapatmanızı” sağlamaktadır. Birçok keşif insanlığa fayda sağlamış olsa da, çok fazla endişeye de neden olmaktadır.
Genetik mühendisliği nedir?
Genetik mühendisliği, organizmaların yeni kalıtsal özelliklerini elde etmek için genetik, biyoloji, kimya, viroloji ve benzeri tüm ilgili bilimlerden bilgi ve teknikleri birleştiren modern bir biyoteknoloji alanıdır.
Genotiplerin yeniden yapılandırılması, DNA ve RNA’da değişiklikler yapılarak gerçekleşmektedir.
Bir bitkiye, mikroorganizmaya, hayvana ve hatta insan organizmasına yeni genler ekleyebilmektedir. Ayrıca ona daha önce hiç sahip olmadığı, arzu edilen yeni bir özellik kazandırabilirsiniz. Bu amaçla günümüzde genetik mühendisliği birçok alanda kullanılmaktadır. Örneğin temelinde, modern biyoteknoloji dallarından biri olan ilaç endüstrisinin ayrı bir dalı oluşturulmuştur.
Genetik mühendisliği ve tarihi gelişimi
Kökenler
Klasik genetiğin temelleri, Çek-Avusturyalı biyolog Gregor Mendel’in deneyleri sayesinde XIX yüzyılın ortalarında atılmıştır. Kalıtsal özelliklerin 1865’te bitkiler örneğinde keşfettiği ebeveyn organizmalardan soyundan gelenlere aktarma ilkeleri, ne yazık ki çağdaşlardan gereken ilgiyi görmemiştir. Ayrıca sadece 1900’de Hugo de Vries ve diğer Avrupalı bilim adamları bağımsız olarak kalıtım yasalarını yeniden keşfetmiştir.
Buna paralel olarak DNA hakkında bilgi oluşturma süreci de devam ediyordu. Böylece, 1869’da İsviçreli biyolog Friedrich Miescher bir makromolekülün varlığını keşfetmiştir. Bununla birlikte 1910’da Amerikalı biyolog Thomas Hunt Morgan, Drosophila’daki mutasyonların kalıtımının doğasına dayanarak, genlerin kromozomlar ve formlar üzerinde doğrusal olarak yer aldığını keşfetmiştir. Aralarında ki bağlantı grupları ise, 1953’te en önemli keşfin yapılmasını sağlamıştır. Amerikalı John Watson ve İngiliz Francis Crick, DNA’nın moleküler yapısını kurmuşlardır.
Yükselişte
1960’ların sonunda, genetik aktif olarak gelişiyordu. Ayrıca virüsler ve plazmitler onun önemli nesneleri haline gelmişti. Buna istinaden sağlam DNA moleküllerinin, plazmitlerin ve virüslerin yüksek oranda saflaştırılmış preparatlarını izole etmek için yöntemler geliştirilmiştir. Ayrıca 1970’lerde DNA dönüşüm reaksiyonlarını katalize eden bir dizi enzim de keşfedilmiştir.
Ayrı bir araştırma alanı olarak genetik mühendisliği, 1972’de Stanford Üniversitesi’nde bilim adamları Paul Berg, Stanley Norman Cohen ve Herbert Boyer bilimsel gruplarının ilk rekombinantı olan DNA’yı yaratmışlardır.
PCR tekniği ilk olarak 1980’lerde Amerikalı biyokimyacı Kary Mullis tarafından geliştirilmiştir. Kimyada geleceğin Nobel Ödülü sahibi (1993), DNA replikasyonunda yer alan belirli bir enzim olan DNA polimerazda keşfedilmiştir. Bu enzim, kelimenin tam anlamıyla, molekülün nükleotid zincirinin parçalarını okumaktadır. Ayrıca bunları, genetik bilginin sonraki kopyalanması için bir şablon olarak kullanmaktadır.
Yeni Çağ
1996 yılında somatik bir hücrenin çekirdeğinin bir yumurtanın sitoplazmasına nakledilmesiyle ilk klonlanan memeli koyun Dolly doğmuştur. Bu olay, genetik mühendisliği için gelişim tarihinde devrim niteliğinde olmuştur. Çünkü ilk kez klonların yaratılması ve moleküllere dayalı canlı organizmaların yetiştirilmesi hakkında ciddi olarak konuşmak mümkün olmuştur.
Genetik mühendisliği teknolojileri
Kısa sürede genetik mühendisliği, çeşitli moleküler genetik yöntemlerin geliştirilmesinde büyük bir etkiye sahip olmuştur. Ayrıca genetik aparatı anlama yolunda önemli ilerlemeler kaydedilmesini de mümkün kılmıştır.
Böylece, CRISPR teknolojisi ortaya çıkmıştır. Bununla birlikte genomu düzenlemek için bir araç da geliştirilmesini mümkün kılmıştır. 2014 yılında MIT Technology Review, bunu “yüzyılın en büyük biyoteknoloji keşfi” olarak nitelendirmiştir. Bu keşif, bakterilerin kendilerini virüslere karşı savunmalarını sağlayan özel enzimler üreten savunma sistemine dayanmaktadır.
Bir bakteri bir virüsü her öldürdüğünde, DNA veya RNA olsun genomunun kalıntılarını kesmektedir. Ayrıca onları bir arşivde olduğu gibi CRISPR dizisinde saklamaktadır. Virüs yeniden saldırır saldırmaz, bakteri “arşivden” gelen bilgileri kullanmaktadır. Buna istinaden de, hızla virüs genomunun parçalarını içeren koruyucu Cas9 proteinleri üretmektedir. Birdenbire bu parçalar mevcut saldıran virüsün genetik materyaliyle eşleşirse, Cas9 istilacıyı makas gibi kesmektedir. Yani bakteri tekrar güvende olmaktadır.
Eşsiz keşif, 2011 yılında biyolog Jennifer Doudna ve Emmanuel Charpentier, Cas9 proteininin kandırılabileceğini keşfettiklerinde gelmiştir. Ona laboratuvarda sentezlenmiş yapay bir RNA verirseniz, o zaman “arşivde” bir eşleşme bulmuş olarak ona saldıracaktır. Böylece, bu proteinin yardımıyla genomu doğru yerde kesebilirsiniz. Ayrıca bu durum kesmekle kalmaz, aynı zamanda başka genlerle de değiştirebilmeyi mümkün kılacaktır.
Teorik olarak CRISPR teknolojisi, herhangi bir genetik mutasyonu düzenlemeyi ve neden olduğu hastalığı iyileştirmeyi mümkün kılabilmektedir. Ancak bir terapi olarak CRISPR’nin pratik gelişimi henüz emekleme aşamasındadır ve çoğu hala belirsizdir. ZFN ve TALEN gibi başka genetik mühendisliği yöntemleri de vardır. Bunlar;
- ZFN, DNA’yı kesmekte ve çinko iyonlu proteinler (dolayısıyla Çinko Parmak Nükleaz adı) kullanılarak önceden hazırlanmış yeni bir parça eklemektedir.
- TALEN aynısını sadece TAL proteinlerini kullanarak yapmaktadır. Her iki teknoloji için de ayrı proteinler oluşturmanız gerekmektedir. Ayrıca bu çok uzun bir iş, şu ana kadar bu iki yöntem çok fazla kullanım bulamamıştır.
Genetik mühendisliği nerede ve nasıl uygulanmaktadır?
İlaç
Halihazırda rekombinant DNA vasıtasıyla elde edilen insan insülini (humulin) aktif olarak kullanılmaktadır. Klonlanmış insan insülin genleri, doğal mikrobiyal suşların hiç sentezlemediği bir hormonun sentezinin başladığı bir bakteri hücresine dahil edilmiştir. 1982’den beri ABD, Japonya, Büyük Britanya ve diğer ülkelerdeki şirketler genetiğiyle oynanmış insülin üretmektedir.
Ek olarak, birkaç yüz yeni teşhis ilacı tıbbi uygulamaya çoktan girmiştir. Şu anda klinik çalışma altında olan ilaçlar arasında artroz, kardiyovasküler hastalık, onkoloji ve AIDS’i potansiyel olarak tedavi eden ilaçlar bulunmaktadır. Yüzlerce genetik mühendisliği şirketinin %60’ı ilaç ve teşhis ürünlerinin geliştirilmesi ve üretimi ile uğraşmaktadır.
“Tıpta, bugün genetik mühendisliğinin başarıları arasında, kanser tedavisinin yanı sıra diğer farmakolojik yenilikler – kök hücre araştırmaları, bakterileri hedef alan yeni antibiyotikler ve diyabet tedavisi sayılabilmektedir. Doğru olan tüm bunlar araştırma aşamasında, ancak sonuçlar umut verici” denmektedir.
Tarım
Tarımda genetik mühendisliğinin en önemli görevlerinden biri virüslere dayanıklı bitki ve hayvanlar elde etmektir. Şu anda, bir düzineden fazla farklı viral enfeksiyonun etkilerine dayanabilen türler zaten vardır.
Diğer bir görev ise bitkilerin haşerelerden korunması ile ilgilidir. Bitkilerin genetik modifikasyonu ile tarlaların pestisit tedavisinin yoğunluğunu azaltmak mümkündür. Örneğin, transgenik patates ve domates bitkileri Colorado patates böceğine, pamuk bitkileri pamuk kurdu da dahil olmak üzere çeşitli böceklere karşı dirençli hale gelmiştir.
Genetik mühendisliği sayesinde mahsuller iklim koşullarına daha dayanıklı hale gelmiştir. Ayrıca üründeki vitamin ve besin maddelerinin miktarını artırmak mümkün hale gelmiştir. Örneğin, pirinci A vitamini ile zenginleştirebilmekte ve bu elementin büyük bir eksikliğinin olduğu bölgelerde yetiştirebilmek mümkün olmaktadır.
Genetik mühendisliği yardımıyla çevre sorunlarını da çözmeye çalışılmaktadır. Bu nedenle, toprağı temizleme işlevine sahip özel bitki çeşitleri zaten yaratılmıştır. Endüstriyel atıklarla kirlenmiş topraklardan çinko, nikel, kobalt ve diğer tehlikeli maddeleri emilmektedir.
Sığır yetiştiriciliği
Genetikçilerin çalışmaları, lösemi virüsüne dirençli, yüksek verimli hayvanların üreme stoğunun elde edilmesini mümkün kılmıştır. Deney için Kuzbass bilim adamları, 500 kg ağırlığa kadar sağlıklı siyah beyaz inekler seçmişlerdir. Bu yolla hayvanlara lösemi virüsüne dirençli modifiye embriyolar nakledilmiştir. Bununla birlikte eylül 2020’nin ortalarında, değiştirilmiş genlere sahip 19 buzağı doğmuştur.
Bir aylıkken buzağıların akranlarından sadece virüse karşı dirençlerinde farklılık gösterdiğini gösteren bir değerlendirme yapılmıştır. Buna göre, daha fazla seçim çalışması için beş kişi seçilmiştir. Bu sebeple de, gelecek nesillerde lösemi virüsüne karşı kalıtsal direnç özelliklerinin pekiştirilmesine yardımcı olacak araştırmalar yapılmaktadır.
Sığır lösemisi, hematopoietik sisteme ve neoplazmalara zarar veren, kronik olarak tedavisi olmayan bir viral hastalıktır. Bu hastalık, enfekte hayvanların etlerinin yenmesi yasak olduğu için, ırkların gen havuzuna dahil edilmektedir. Ayrıca bir bütün olarak et endüstrisine önemli zararlar da vermektedir. Daha önce, lösemiyle mücadelede mevcut tek yöntem, yalnızca enfekte olmuş çiftlik hayvanlarının imha edilmesiydi.
Bu başarı, gelecekte sığırların genlerini başka hastalıklar için de düzenlemenin mümkün olacağını göstermektedir.
Kişinin gözü ile
2009 yılında, Washington Üniversitesi’nden genç araştırmacı Jay Neitz liderliğindeki bir grup bilim insanı, gen terapisini kullanarak, doğuştan mahrum kaldıkları yeşil ve kırmızı tonlarını ayırt etme yeteneğini geri kazandırmak için gen terapisini kullanmayı başarmışlardır.
Kayıp ışığa duyarlı reseptör genini taşıyan zararsız bir virüs, iki deney maymununun retinasına enjekte edilmiştir. İşlemden kısa bir süre sonra ise, her iki maymun da gri bir arka plana karşı kırmızı ve yeşilin tonlarını ayırt etmeye başlamıştır. İki yıllık gözlem, içlerinde herhangi bir ihlal olmadığını da ortaya çıkarmamıştır. Bu nedenle bilim adamları, bu tekniğin yakında renk körlüğü çeken insanlarda kullanılabileceğini dışlamamaktadır.
Bu konu üzerine yakında zamanda bilim adamları daha da ileri gitmişlerdir. Ayrıca şimdiden insanlara nakledilmek üzere hayvanların vücudunda organlar yetiştirmeye çalışmaktalardır. Doku reddi riskini en aza indirmek için hayvanlara özel genler verilmektedir. Bu deneyler, koyun Dolly’yi dünyaya tanıtan İngiltere’deki Roslin Enstitüsü’nün bilimsel laboratuvarı tarafından gerçekleştirilmektedir.
2019’da İngiliz genetik mühendisliği, yumurtaları artrit ve bazı kanser türleriyle savaşabilen iki tür insan proteini içeren tavuklar yetiştirmiştir. Yumurtalar, güçlü antiviral ve anti-kanser özelliklere sahip IFNalpha2a adlı bir insan proteinini üretmişlerdir. Bu sayede kendi kendini iyileştirmeyi uyaran bir ilaç oluşturulmuştur. Bu nedenle kullanılması planlanan makrofaj-CSF adlı bir proteinin de elde edilmiştir. Bununla birlikte domuz varyantının gelişimini de içermektedir. Ayrıca bu proteinler hasarlı dokulardan alınmaktadır.
İnsan DNA’sında değişiklik
Gen tedavisi yöntemlerinin ilk klinik denemeleri, ilerlemiş melanom durumunda tümör infiltre edici lenfositlerin genetik olarak işaretlenmesi amacıyla 22 Mayıs 1989’da yapılmıştır. 14 Eylül 1990’da, Bethesda’da (ABD) adenozin deaminaz (ADA) genindeki bir mutasyonun neden olduğu kalıtsal bir bağışıklık yetmezliği olan dört yaşındaki bir kız çocuğuna kendi lenfositleri nakledilmiştir.
ADA geninin çalışan bir kopyası, değiştirilmiş bir virüs kullanılarak kan hücrelerine verilmiştir. Ayrıca bunun sonucunda hücreler bağımsız olarak gerekli proteini üretebilmiştir. Altı ay sonra kızın vücudundaki beyaz hücre sayısı da normal seviyelere yükselmiştir.
Bundan sonra, gen terapisi alanı daha fazla gelişme için bir destek almıştır. 1990’lardan bu yana yüzlerce laboratuvar, çeşitli hastalıkları tedavi etmek için gen tedavisinin kullanımı konusunda araştırmalar yürütmektedir. Gen tedavisi, diyabet, anemi ve bazı kanser türlerini tedavi etmek için zaten kullanılabilmektedir.
Gen tedavisi
Belirli bir hastalığı tedavi etmek için bir hastanın hücresine DNA veya RNA gibi genetik materyalin eklenmesi, çıkarılması veya değiştirilmesidir. Gen terapisini kullanmak için üç ana strateji vardır. Bunlar;
- Hastalığa neden olan mutasyona uğramış bir genin sağlıklı bir kopyayla değiştirilmesini içermektedir.
- Düzgün çalışmayan mutasyona uğramış genlerin etkisiz hale getirilmesi veya “nakavt edilmesi olabilmektedir.
- Hastalıkla savaşmaya yardımcı olan yeni bir genin vücuda girmesi ile elde edilebilmektedir.
En yaygın olarak kullanılan yöntem, “anormal” veya “hastalığa neden olan” genin yerine “terapötik” bir genin yerleştirilmesini içermektedir. 2015 yılında, 44 yaşındaki Amerikalı Elizabeth Parrish’e DNA’yı etkileyen bir ilaç enjekte edilmiştir. Buna göre, hücrelerin gençliğini uzatmak için ilk kez insan DNA’sını değiştirme işlemi gerçekleştirilmiştir. 2018’de Çinli bilim adamı He Jiankui, onun yardımıyla iki ikiz çocuğun, babalarının taşıyıcısı olan HIV virüsüne karşı bağışıklıklarını geliştirmek için genleri değiştirdiğini iddia etmiştir.
Bütün bunlar bir yandan görkemli ve cesaret verici görünmektedir. Ancak diğer yandan endişe yaratmaktadır. Çünkü genetik manipülasyonlar teorik olarak sadece iyi ve barışçıl amaçlar için kullanılamamaktadır. Çin’de ikiz DNA ile deneyler yaptıktan sonra UNESCO, bu tür manipülasyonların güvenliğini güvenilir bulmamıştır. Bir şekilde kanıtlanana kadar yeni doğanlarda gen modifikasyonunu yasaklama girişiminde de bulunmuştur.
Sorunun etik yönü
1997’de UNESCO, insan germ hattına genetik müdahaleye karşı bir moratoryum öneren İnsan Genomu ve Hakları Evrensel Beyannamesi’ni reddetmiştir. Ayrıca Aralık 2015’te insan genomunun düzenlenmesi, gametositlerin ve embriyoların kalıtsal değişiklikler oluşturmak için modifiye edilmesi konulu uluslararası zirvede yayınlamıştır. Buna göre insanlar sorumsuz olarak ilan edilmiştir. Genetik mühendisler topluluğu ise çoğunlukla, bu tür deneylerin şu anda erken olduğuna inanmaktadır. Ayrıca daha derin araştırma ve tartışma gerektirdiğine de inanılmaktadır.
Klonlama konusu uzun zamandır ufukta görünmektedir. “İnsan nakli için organlarını almak için klonları büyütmek etik midir?” sorusu her zaman gündeme gelmektedir. Bu büyük soruya, tek bir bakış açısının olmaması kesinlikle normaldir. Çünkü bu tür tartışmaların amacı tam olarak doğru ifadeyi bulmaktır. Bu nedenle potansiyel olarak tasarruf etmek için kullanılmalıdır. Ancak aynı zamanda çok tehlikeli bilgiyi de düzenlemektir.
Bilinmeyen korkusu
Genetik mühendisliği alanındaki olayların gelişimi için birçok seçenek vardır. Ayrıca bunların hepsi çalışılmamıştır. Bununla birlikte prensip olarak bilinmemektedir. Bu nedenle, tutarlı bir şekilde sabitlenmeli ve düzenlenmelidir.
Doğal olarak korkuların çoğu, olayların gelişiminin kötü senaryolarından kaynaklanmaktadır. Genel olarak, her şey insanlara yardım etmek ve yeni ilaçlar icat etmekle başlamaktadır. Ancak o zaman bir insan, çocuğunu sarı saçlı ve yeşil gözlü yapmayı isteyebilecektir. Ayrıca kötü düşünceler nedeni ile acıdan korkmayan evrensel askerlerden oluşan bir ordu yaratmayı arzulayabilmektedir.
Bir sosyal filozof olan Oleg Dolgitsky, modern toplumun kültürel ve ekonomik olarak çok heterojen olduğunu, genomu önemli ölçüde değiştirebilecek herhangi bir yöntemin yalnızca sınıf için değildir. Aynı zamanda “birinci dünya” temsilcilerinin önemli ölçüde değişebileceği tür tabakalaşması için de koşullar yaratabileceğini belirtmektedir. Daha az varlıklı insanların aksine hayatlarını uzatın ve herhangi bir hastalıktan korkmayın. Çatışmaların en ciddi zemini budur.
Uzmanlar, genetik mühendisliğinin tıbbın geleceği olduğuna inanmaktadır. Bebeği ömür boyu hastalığın baskısından kurtarmak, kanserli insanları iyileştirmek, HIV’e çare bulmak vb. için gerekmektedir. Genetik mühendisliği tüm bunların arkasında duracaktır. Aynı zamanda bir kişinin, göz rengini değiştirme veya kalıtsal bir hastalığı önleme arzusu bunun ilerlemesinde etkili olacaktır. Bu nedenle tüm risklere rağmen, yalnızca gelişimi büyüyecektir. Ayrıca bu süreci durdurmak artık mümkün değil gibi görünmektedir.
