Modifikasyon

Modifikasyon, canlılarda çevrenin etkisiyle meydana gelen ve kalıtsal olmayan özelliklerdir. Çevre koşulları (ısı, sıcaklık, besin) bazı genlerin işleyişini değiştirebilir. Bundan dolayı ortam koşulları eski haline dönünce canlıda eski haline döner veya oluşan karakter gelecek nesillere aktarılmaz. Lamarck'ın gözlemleri modifikasyona örnektir. Yapılan birçok araştırma modifikasyonların kalıtsal olmadığını göstermiştir. Örneğin, güneş banyosu yapan kimselerin derileri bronzlaşır. Ancak bu yeni deri rengi çocuklarına geçmez. Yine August Weismann sonradan kazanılmış karakterlerin kalıtsal olmadığını fareler üzerinde yaptığı deneylerle ispatlamıştır. Weismann, farelerin 20 döl boyunca kuyruklarını kestiği halde, 21. dölde de kuyruklu fareler doğmuştur. Şunlar da modifikasyonlara örnek olarak verilebilir:

• Arı kovanında döllenmiş yumurtalardan oluşan larvalar; arı sütü ile beslenirse kraliçe arı, bal özü ile beslenirse işçi arılar gelişir.
• Çuha çiçeği; 15-20 derecede yetiştirilirse kırmızı renkli olur, 30-35 derecede yetiştirilirse beyaz renkli olur.
• Yaz aylarında güneşlenen insanların ten rengi bronzlaşır, kış aylarında ise kendi ten rengine geri döner.
• Himalaya tavşanlarının beyaz tüyleri kazınıp üstüne buz konunca yeni çıkan tüyler siyahtır.
• Sirke sinekleri 18 derecede doğarlarsa kıvrık, 34 derecede doğarlarsa düz kanatlı olurlar.
• Ortanca çiçeği asidik toprakta kırmızı, bazik toprakta mavi renkte çiçek açar.
• Tek yumurta ikizleri büyüdükleri ortama göre boy ve kilo farkı gösterir.
• Karahindiba bitkisinin dağlarda yetişenleri kısa, ovalarda yetişenleri uzun boylu olur. ⓘ

Genetik Değişiklikler (Tesadüfi ve Kasıtlı)

Cımbızla çıkarılan bir DNA parçası ile genetik modifikasyonun görselleştirilmesi. ⓘ

Modifikasyonlar, çeşitli biyoteknolojiler kullanılarak tesadüfi mutasyon veya kasıtlı genetik modifikasyon nedeniyle bir bireyin DNA'sında meydana gelen değişikliklerdir. "Modifikasyon" ve "mutasyon" terimleri arasında sıklıkla birbirlerinin yerine kullanıldıkları için karışıklık olsa da, modifikasyon mutasyondan farklıdır çünkü mutasyon ve genetik mühendisliğinin her iki tanımını da kapsayan bir şemsiye terim olarak işlev görür. Bu alt kategorilerin her ikisi de bir organizmanın fenotipi olarak da bilinen gözlenebilir özelliklerini etkileyen, bir organizmanın genotipindeki veya belirli alellerindeki değişikliklerden kaynaklanan ve değişen gen ifadesiyle sonuçlanan bir değişiklikle sonuçlanır. Kalıtsallık, epigenetik modifikasyonlarda olduğu gibi bir bireyin ifadesinde büyük bir rol oynasa da, tüm modifikasyon örnekleri kalıtsal değildir. Genetik düzeyde bu tür varyasyonların kökeni ne olursa olsun, proteinlerin oluşumunu ve etkileşimini, değişen hücre fonksiyonunu, fenotipi ve organizma fonksiyonunu açıkça etkiler. ⓘ

Modifikasyon Türleri

Genetik modifikasyonlar, bir organizmanın genomunda yukarıda bahsedilen mutasyonlar yoluyla doğal olarak meydana gelebilir veya yeni bir şey yapmak veya zaten var olanı geliştirmek amacıyla manipüle etmek için ilgilenilen bir genin seçilmesine yönelik biyoteknolojik yöntemler yoluyla gerçekleşebilir. Doğal olarak meydana gelen değişiklikler ile kasıtlı değişiklikler arasındaki bu ayrım, mutasyon ve genetik mühendisliği arasındaki farkı anlamanın anahtarıdır. ⓘ

Mutasyon (Tesadüfi)

Mutasyon, daha doğru bir ifadeyle, nesiller boyunca ebeveynden yavruya tutarlı bir şekilde aktarılabilen fenotipteki herhangi bir kombinasyonel olmayan değişiklik olarak tanımlanabilir. Mutasyonlar birçok faktöre atfedilebilir ve çok sayıda farklı şekilde ortaya çıkabilir, ancak çoğunlukla DNA replikasyonu veya dış faktörlere maruz kalma sırasında meydana gelen hatalara atfedilebilir. Hücresel süreçler son derece verimli olduğu için mükemmel değildir ve aynı türden organizmalar arasında farklılıklara neden olur. Bu eşitsizlikler, hiçbir gözlemlenebilir etkinin olmamasından olası yok olma durumuna kadar değişen yoğunluklarda birçok farklı fenotipik etkiye neden olabilir. İklim, beslenme, oksijen seviyeleri, ışık döngüleri ve hastalıklara yatkınlıkla güçlü bir şekilde ilişkili olan mutajenler veya kimyasallar gibi çevresel koşullar nedeniyle genlerin ifadesi değişebilir. Bu tür unsurlara maruz kalmanın zamanlaması ve süresi de kritik bir faktördür, çünkü bir organizmanın fenotipik tepkisini önemli ölçüde etkileyebilir ve genellikle zamanla şiddeti artırabilir. ⓘ

Yöntemler: Spontane mutasyon, replikasyon ve onarım sırasındaki hatalar ve çevresel etkilere bağlı mutasyon da dahil olmak üzere çeşitli mutasyon yöntemleri veya biçimleri mevcuttur. Bu mutasyon kökenleri, hem büyük hem de küçük ölçeklerde gen ifadesini etkileyen birçok farklı mutasyon türüne neden olabilir. ⓘ

Genetik Mühendisliği (Kasıtlı)

Bu görsel, bakteriyel vektörler kullanılarak biyoteknolojik genom düzenlemenin genel yöntemini göstermektedir.

Genetik mühendisliği, bir organizmanın genomunu değiştirmek için biyoteknolojiyi kullanan kasıtlı bir genetik modifikasyon türüdür. Dünya Sağlık Örgütü'ne (WHO) göre genetiği değiştirilmiş organizmalar "Genetik materyalin (DNA) çiftleşme ve/veya doğal rekombinasyon yoluyla doğal olarak meydana gelmeyecek şekilde değiştirildiği organizmalar (yani bitkiler, hayvanlar veya mikroorganizmalar)" olarak tanımlanmaktadır. Bu tür bir modifikasyon, mevcut genetik koda DNA bazlarının eklenmesi veya çıkarılmasını içerebilir. Biyoteknolojik metodolojide, genetiği değiştirilmiş bir organizma (GDO) yaratmak için bir dizi dört adım kullanılır. ⓘ

1. 1. Tanımlama
      1. Araştırmacılar, genellikle bir sorunu çözme arzusuna dayalı olarak ilgilenilen bir özellik belirler.
   2. İzole etmek
      1. Aynı tür içindeki organizmaların genomlarını bu özelliğe sahip olan ve olmayanlarla karşılaştırarak spesifik özelliğin dizilimini araştırır.
   3. Ekleme
      1. Daha sonra, özelliğin genlerini bir plazmid vektörüne yerleştirmek için dizileri ve çeşitli enzimleri kullanırlar, bu da tercih edilen geni çoğaltmak için bakterilere yerleştirilebilir.
   4. Büyümek
      1. Başarılı bir GDO'nun yaratılmasının işareti, yeni modifikasyon nedeniyle organizmaya herhangi bir zarar vermeden yeni düzenlenmiş genomla büyüme ve çoğalmadır. ⓘ

Yöntemler:

Resim CRISPR genom düzenleme sürecini göstermektedir ⓘ

CRISPR yöntemleri, yukarıda bahsedilen genom düzenleme sürecinin yaygın olarak kullanılan bir türüdür. 'Kümelenmiş Düzenli Aralıklı Kısa Palindromik Tekrarlar' anlamına gelen CRISPR gen düzenleme, bilim insanlarının gen ifadesini manuel olarak değiştirmesine, hataları düzeltmesine veya yeni varyasyonlar yaratmasına olanak tanır. Bilim insanları 2012 yılından bu yana, hem genetik hastalıkları tedavi etme hem de DNA'yı yüksek bir hassasiyetle kasıtlı olarak değiştirerek en çok arzu edilen özellikleri genetik olarak değiştirme fırsatına sahip olan bu teknolojiyi geliştirmek için çalışmaktadır. ⓘ

Örnekler

Mutasyon (Tesadüfi)

Karahindiba: Çoğu karahindibanın gövdesi uzundur, ancak çevrelerindeki potansiyel tehditlerin artması, bazı türlerde ortalama karahindiba gövdesi uzunluğunun azalmasına neden olarak söz konusu tehditlerden daha iyi kaçınmalarını sağlamıştır. Bu adaptasyon, çevresel baskılar tarafından seçilen daha kısa saplı bir bireyde meydana gelen bir mutasyon nedeniyle mümkün olmuştur. Daha kısa saplı karahindibalar, uzun saplı karahindibalardan daha yüksek zindeliğe sahip olduklarından ve daha sık hayatta kalabildiklerinden, popülasyonun genetik frekansı değişmiş, bir mutasyonun orijinal oluşumu yoluyla genetik olarak değiştirilmiştir. ⓘ

Orak Hücre Hastalığı: Sağlıklı bir bireyde HBB geni, vücutta oksijen taşıyan hemoglobinin kodlanmasından sorumludur. Bununla birlikte, bir kişi bir baz çifti nokta mutasyonu nedeniyle HBB geninin iki mutasyona uğramış kopyasını miras alması nedeniyle bu hastalığa sahip olduğunda, kırmızı kan hücreleri farklı şekillenir. Bu değişen şekil, kan akışında tıkanıklıklara ve ciddi sağlık sorunlarına yol açar. Öte yandan, bu genin sadece bir mutasyonlu kopyasını miras alan kişiler sıtmaya karşı daha yüksek korumaya sahiptir. ⓘ

Genetik Mühendisliği (Kasıtlı)

Alzheimer Hastalığı: Laboratuvarda gerçekleştirilen sentetik bir örnekte bilim insanları, insanlarda Alzheimer'a yol açtığı bilinen Amiloid öncü protein (APP) genini izole ederek solucanların sinir hücrelerine aktardı. Bunu yaparken bilim insanları, APP proteinini yeşil floresan protein ile etiketleyerek bu basit organizmada Alzheimer hastalığının ilerlemesini incelemeyi amaçladılar ve bu da solucan yaşlandıkça geni daha iyi görselleştirmelerini sağladı. Bilim insanları, basit solucan ve APP geni ile yaptıkları deneylerden öğrendiklerini kullanarak, bu genin insanlarda Alzheimer hastalığına neden olmasındaki rolüne ilişkin anlayışlarını artırdılar. ⓘ

İnsülin: Genetiği değiştirilmiş bakterilerin ilk kullanımı, şeker hastalarının kan şekerlerini tıbbi olarak kontrol etmek için ihtiyaç duydukları tıbbi insülin içindi. Aşağıdaki adımlar sayesinde bilim insanları, dünya çapında milyonlarca insanın güvendiği tıbbi bir ürünü genetik olarak tasarlayabilmektedir:

1. Plazmid adı verilen bakteri veya maya DNA'sının dairesel bir formundan küçük bir DNA parçası çıkarılır. Bir bilim insanı bu DNA'yı spesifik kısıtlama enzimleri kullanarak çıkaracaktır.
2. Daha sonra, bir bilim adamı insülin için insan genini çıkarılan DNA tarafından bırakılan boşluğa yerleştirecektir. Bu plazmid artık genetiği değiştirilmiş bir varlık olarak kabul edilir.
3. Genetiği değiştirilmiş varlık yeni bir bakteri veya maya hücresine yeniden yerleştirilir.
4. Bu hücre daha sonra mitoz bölünme geçirecek ve hızla bölünerek insan ihtiyaçlarına uygun insülin üretecektir.
5. Bilim insanları genetiği değiştirilmiş bakteri veya mayayı, gerekli tüm besin maddelerini içeren ve büyük miktarlarda insülin üretilmesine olanak sağlayan büyük fermantasyon kaplarında yetiştirmektedir.
6. Fermantasyon tamamlandığında, nihai insülini üretmek için karışım filtrelenir.
7. İnsülin daha sonra saflaştırılır ve diyabetli hastalara dağıtılmak üzere şişelere ve insülin kalemlerine paketlenir. ⓘ

Genetik Mühendisliği Etiği

Genetik mühendisliğinin yaygın ürünleri.

CRISPR-Cas9 gen düzenleme teknolojisindeki hızlı gelişmeler, bu teknolojinin daha popüler bir şekilde kullanılmaya başlamasıyla birlikte bu etik tartışmanın hem kaygılarını hem de önemini artırmıştır. Bilim camiası, genetiği değiştirilmiş organizmaların günlük hayatta kullanılmasının risk ve faydalarının sürekli olarak değerlendirilmesini tavsiye etmektedir. Genetik modifikasyonlar, bir organizmaya yerleştirildikten sonra araştırmacılar tarafından kontrollü koşullar altında incelenerek, belirli gen modifikasyonlarının etkilerinin ve belirli organizma tepkilerinin daha iyi bilimsel olarak anlaşılmasına olanak sağlamaktadır. ⓘ

İnsanlar

Nisan 2015'te gen düzenleme teknolojisi insan embriyoları üzerinde kullanılmış ve o tarihten bu yana bu tür eylemlerin etik olup olmadığına ilişkin tartışmalar devam etmiştir. Bununla birlikte, bilim insanları ve politika yapıcılar, germ hattı genom düzenlemesinin yasallığına kamu müzakerelerinin karar vermesi gerektiği konusunda hemfikirdir. Bir kişinin kalıtsal olmayan DNA'sının kişinin tıbbi durumunu iyileştirmek amacıyla değiştirilmesi genel olarak kabul görmektedir ve bu tür prosedürleri izleyen çok sayıda etik protokol vardır. Buna organ bağışı, kemik iliği nakli ve gen terapileri gibi kültürel ve dini değerleri dikkate alan modifikasyonlar da dahildir. Öte yandan, 19 ülkenin bu tür genetik modifikasyonu yasaklamış olmasıyla örneklenen kalıtsal gen modifikasyonunu çevreleyen tartışmalar vardır. Bir insan embriyosunun canlılığının bir yetişkine eşdeğer olduğuna inananlar için, döllenme sırasında veya hemen sonrasında meydana gelen erken gelişimde genom düzenleme ahlaki kaygıları artırmaktadır. Bu endişeleri hafifletmek için insan embriyolarının kullanıldığı çalışmalarda IVF tedavilerinden arta kalan embriyolar kullanılmıştır. Bilim insanları ayrıca araştırma amacıyla bağışlanan sperm ve yumurtalardan döllenmiş zigotlar yaratmayı da önermişlerdir. Ancak bu, bilim camiasında sadece deneylerde kullanılmak üzere yaratılan bir zigot kavramına ilişkin ek bir etik kaygıyı da beraberinde getirmektedir. ⓘ

Gıdalar

Bu resim, tarımsal faydalar için kullanılan genetik modifikasyonun bir örneğini göstermektedir. ⓘ

Genetiği değiştirilmiş gıdalar, çeşitli zaman ölçeklerinde yaratabilecekleri tartışmalı sağlık ve çevresel etkiler açısından da tartışılmaktadır. Bu alandaki belirsizliği azaltmak için genetiği değiştirilmiş gıdaların onaylanmasına yönelik düzenlemeler hayata geçirilmiştir. Genetiği değiştirilmiş gıdaların geliştirilmesini destekleyen nedenler arasında katlanarak artan insan nüfusunun taleplerini karşılamak, tarıma elverişli arazilerdeki azalmayı ikame etmek ve türlerin olası gelişimini sınırlayan genetik çeşitlilikteki azalmayı ele almak yer almaktadır. Ek faydalar arasında geliştirilmiş herbisit toleransı, artan haşere ve bakteri/fungal/viral direnci, daha yüksek stres toleransı ve organizma içinde artan besin içeriği yer almaktadır. Genetik mühendisliği biyoteknolojisi, bu sorunları ele alarak ve gıda üretim ekonomisini olumlu yönde etkileyerek küresel gıda güvenliğini sağlama fırsatı sunmaktadır. Potansiyel sağlık riskleri de araştırılmakta ve genetiği değiştirilmiş gıdaların halk tarafından tüketilmeden önce güvenliğinin açıklığa kavuşturulması için gereklilikler bulunmaktadır. Bu organizmalar daha önce dengeli olan bir ekosisteme eklendiğinde gıda ağındaki bozulmalar nedeniyle çevresel sonuçlar da dikkate alınmaktadır. Genetik modifikasyon çok hızlı olduğundan, çevre yeni organizmayı ekosisteme adapte edemeyebilir ve entegre edemeyebilir veya çevresi üzerinde istenmeyen etkileri olabilir. Çevre üzerindeki diğer etkiler arasında doğal olmayan gen akışı, toprak ve su kimyasının değiştirilmesi ve tür çeşitliliğinin azaltılması yer almaktadır. ⓘ

Modifikasyonun Gelecekteki Etkileri

Gen düzenlemesine ilişkin etik hususlar, toplumun geri kalanı üzerindeki açık uçlu etkileri nedeniyle bilim camiasında büyük ölçüde tartışmalıdır. Henüz bir fikir birliğine varılmamış olsa da, genetik modifikasyonla ilgili etik, yasal ve sosyal meselelerin yanı sıra eğitim ve bilimsel araştırmaların sürdürülmesi için mevcut kaynakların kullanılmasına yönelik planlar mevcuttur. ⓘ