Genetiği Değiştirilmiş Organizmalar, esas itibari ile “insanoğlunun yaklaşık 150 yıllık genetik çalışmalarının kazandırmış olduğu en önemli kabiliyetin ürünleridir” denilse, mübalağa edilmiş olmaz.

Canlıların sahip oldukları karakteristik özelliklerin, onların genlerinde kodlandığını Gregor Mendel (1822-1884)‘in çalışmalarıyla birlikte yaklaşık 150 yıl önce keşfetmeye başladık. 

Bununla birlikte insanoğlu, karakterin atadan oğula geçtiğini çok uzun bir zamandır biliyor ve bunu uyguluyordu. Örneğin tarımda, köpek veya at yetiştiriciliğinde damızlık kullanımı, 10 bin yılı aşkın zamandır uygulana gelen bir yöntemdir. Hakeza melezleme de, arzulanan karakterde oğul elde edilmesi için bitkilerde ve hayvanlarda uygulanan bir diğer yöntemdir.

İnsanoğlu ne DNA’yı, ne de işin esasını bilmediği tarihlerde dahi, istediği karakter özelliklerine sahip bir canlıyı geliştirme arzusu içerisindeydi.

Damızlık ve melezleme için temel esas, karakterleri aktarılmak istenen canlıların üreme kabiliyeti gösterebilmesidir. Örneğin, iki buğday çeşidini melezlemek kolaydır ve istenen özelliklerin nesiller boyu aktarılmasına imkân tanır.

Ancak, at ve eşeğin çiftleşmesinde olduğu gibi, atın kuvvetine ve eşeğin dayanıklılığına sahip “katır” doğmasına rağmen, katırın kısır oluşu, kuvvet ve sağlamlığın tek bir canlıda nesillerce devam edemeyeceği anlamına gelmektedir.

Veyahut attaki kuvveti bir inek cinsine aktarmak melezleme ile mümkün değildir. Dolayısıyla damızlık ve melezleme, ana ve baba canlılar aynı türe mensup oldukları sürece geçerli olan yöntemlerdir.

Bununla birlikte, damızlık ve melezleme yöntemleri, “oğulun” arzulanan özelliklere sahip olacağını garanti altına almaz; bu bir ihtimal işidir. Bazen bu doğal yollar, oğula arzulanan karakterlerin yanı sıra istenmeyen karakterler de kazandırabilmektedir.

Bilim ve teknolojisinin gelişimi, 20. yüzyıl itibari ile canlılara arzulanan karakteri kazandırma işini farklı bir boyuta taşımıştır. 1946’dan sonra insanoğlu, “gen mühendisliği” yapabilme kabiliyetine sahip olmuştur.

Basit olarak gen mühendisliği, “bir canlıdaki karakteristik bir özelliğin, o canlının gen yapısına müdahale etmek yoluyla değiştirilmesi” olarak açıklanabilir. Doğal olan damızlık ve melezleme yöntemlerinin aksine gen mühendisliği,  farklı türler arasında arzulanan karakteri kazandırmayı mümkün kılmaktadır.

Bu girizgâhtan sonra, konuyu detaylıca anlatabilmek ve oluşabilecek anlam karmaşasının önüne geçebilmek için bazı kavramların tanımının yapılması ihtiyacı doğmaktadır.

Genetik Kavramları

Genetik: Canlıların karakterlerini gen ve kalıtsal materyal ölçeğinde inceleyen bilim dalıdır. Kalıtım bilimi de denilmektedir. Kalıtsal materyaller DNA (deoksiribonükleik asit) ve RNA (ribonükleikasit)’dır.

DNA: Canlının tüm karakter özelliklerinin ve organizmanın tüm işleyişinin bilgisini taşıyan organik materyaldir. Organizmanın tüm işleyişinin ve yapısal tüm özelliklerinin bilgisi DNA’da mevcuttur.

Eğer bir benzetme yapacak olsak; DNA’yı bir kitap metnine benzetebiliriz. DNA öz bilgiye sahiptir.

DNA’nın harflerine “nükleotid” denilir ve alfabesinde yalnızca 4 harf vardır (Adenin, Timin, Guanin, Sitozin). DNA’nın bütün kelimeleri üç harflidir. Üç harf bir araya gelerek anlamlı kelimeler oluşturulur ki; DNA’nın bu kelimelerine “ kodon” denilir.

Kromozom ise kitabın kendisidir. Kromozom, kitap metnine (DNA) önsöz, içindekiler, kaynakça ve kapak eklenerek oluşturulmuş tam bir eseri ifade eder.

Bir insanın genetik kütüphanesinde (genomunda) 46 tane kitap (kromozom) bulunur. Bu kitapların 23’ünü anadan, 23’ünü ise babadan alır. 23 kitabın da alanı birbirinden farklıdır.

Örneğin biri fizik, biri geometri, biri sosyoloji alanlarında yazılmış 23 farklı kitap gibi düşünülebilir… Fizik alanında babadan bir kitap, anadan bir kitap, sosyoloji alanında anadan bir kitap, babadan bir kitap alındığı hayal edilebilir.  

“İnsanda 23 çift kromozom bulunur” denmesinin sebebi budur. Ancak, anadan ve babadan gelen kitapların alanları ve konu başlıkları aynı olmasına rağmen konuların içeriği farklı olabilir.

Mesela, en sık verilen örnek olarak göz rengi, 15 nolu kitabın (Kromozom 15) içindeki bir konudur; ancak göz rengi konusunun içeriği anadan alınan kitapta farklı, babadan alınanda farklı olabilir.

Oğul, göz rengi konusunda anadan ve babadan alınan iki farklı yazıyı da kendi kütüphanesinde barındırır ve daha baskın olan hangisinin yazısı ise fiziksel yapısında onu yansıtır.

Genler, kitapların içerisindeki müstakil konulardır; bir konu hakkındaki tüm bilgileri tüm detayları ile birlikte içerir. Bir insanda 20.000-30.000 arasında değişen sayıda gen bulunur.

Kimi gen birkaç yüz nükleotidden (harften) oluşurken, kimisi de milyonlarca nükleotidden oluşur.  Kromozomların (kitapların) içerdiği gen (konu) sayısı birbirinden farklıdır.

RNA, DNA’nın kopyalanması için kullanılan karbon kâğıtlarıdır. RNA’nın da alfabesi 4 harflidir ancak DNA’dan farklı olarak Timin yerine Urasil “harfi” vardır. Bu yüzden kopyalarken DNA’da Timin olan harfe karşılık RNA’da Urasil yer alır (Örneğin DNA’da “ATA” olan kodon, RNA’da “AUA” olarak ifade edilir).

 Kromozomlar, her hücrenin merkezindeki çekirdekte bulunur. Örneğin, hücre içerisinde protein üretileceği zaman, çekirdekte DNA’nın ilgili kısmı kopyalanır ve RNA oluşturulur, RNA ribozomlara gider ve o proteinin üretimi hakkındaki tüm bilgiyi ribozoma aktarır.

Gen: Tek başına bir karakter özelliğini veya bir eylemi ifade edebilen DNA parçasına gen denilmektedir.

Genetik Modifikasyon: Canlıdaki bir özelliğin veya bir karakterin genlerinin değiştirilmesi veya susturulması yoluyla değiştirilmesidir. Bu bağlamda, canlının geni değiştirilebilir, geliştirilebilir, susturulabilir veya başka bir canlıdan alınan veya yapay olarak üretilen gen canlının genomuna yerleştirilebilir.

Rekombinant DNA Teknolojisi: Canlıya ait bir özelliğin farklı canlılardan gelen genlerin birleştirilmesi yoluyla değiştirilmesidir.

Yukarıda verilen örnek üzerinden gidilecek olursa, örneğin bir tarla bitkisini düşünelim. Her canlı gibi onun da genetik bilgilerini taşıyan kitapları (kromozomları) bulunur. Bu bitkinin kromozomlarında bulunmayan bir genin (konunun), örneğin bir bakteriden transfer edildiğini düşünün.

Bu bakteri, böceklere karşı toksin üretebilme kabiliyetinde olsun. İşte bu toksinin üretiminden sorumlu gen kopyalanarak tarla bitkisinin kromozomuna eklendiğinde, böceklere karşı toksin üretebilen bir tarla bitkisi ortaya çıkabilmektedir.

Dolayısıyla, bu örnekte rekombinant DNA teknolojisi ile tarla bitkisi böceklere karşı dayanıklı hale getirilmiş olmaktadır.

Genetiği Değiştirilmiş Organizmalar (GDO): Genellikle kısaltma olarak GDO şeklinde kullanılmaktadır. İngilizcesi Genetically Modified Organisms (GMOs)’ dir.

Transgenik bitki: Gen yapısı değiştirilmiş bitkilerdir. Bitki GDO’lara denilmektedir.

Transgenik hayvan: Gen yapısı değiştirilmiş hayvanlardır. Hayvan GDO’lara denilmektedir.

Transgenik mikroorganizma: Gen yapısı değiştirilmiş mikroorganizmalardır. Mikroorganizma GDO’lara denilmektedir.

Genetiği Değiştirilmiş Organizmalar Nasıl Üretilir?

Genetiği değiştirilmiş organizmaları (GDO) üretmek genel itibari ile 4 aşamalı bir süreçtir. Bu süreçler;

(1) Genin tanımlanması,

(2) Genin kopyalanması veya yapay olarak üretilmesi,

(3) Genin hücreye yerleştirilmesi ve

(4) Yeni genoma sahip canlının geliştirilmesi (büyütülmesi) şeklinde sıralanabilir.

Öncelikle, canlıya kazandırılmak istenen karakteristik özellikten sorumlu genin tanımlanarak, başka bir canlıdan izole edilmesi veya yapay olarak inşa edilmesi gerekmektedir.

Gen daha sonra bir promotör ve terminatör bölge ile seçilebilir bir markör dahil olmak üzere diğer genetik elementlerle birleştirilir.

İkinci aşamada, elde edilen bu geni, canlının genomuna yerleştirmek için farklı teknikler mevcuttur. Bakteriler, genellikle maruz kalan ısı şoku veya elektroporasyon yoluyla yabancı DNA’yı almaya teşvik edilebilmektedir.

Hayvanlarda genellikle, mikroenjeksiyon kullanılarak hayvanın hücrelerine yerleştirilir. Enjeksiyon doğrudan çekirdeğe yapılabildiği gibi viral vektörlerin kullanımı yoluyla da gerçekleştirilebilmektedir.

Bitkilerde ise gen,  genellikle Agrobacterium aracılı rekombinasyon, biyolistik veya elektroporasyon kullanılarak eklenmektedir.

Bu aşamada söz konusu gen sadece tek bir hücreye yerleştirildiğinden, organizmanın o tek hücreden yeniden üretilmesi gerekmektedir. Bitkilerde bu, doku kültürü yoluyla gerçekleştirilir. Hayvanlarda, yerleştirilen genin embriyonik kök hücrelerde mevcut olduğundan emin olmak gerekir.

Genetik modifikasyonun ilk zamanlarında genetik materyal, konakçı genomuna rastgele yerleştirilmekteydi. Ancak son 30 yılda gen hedefleme teknikleri ve kesin konumlara yerleştirme teknikleri geliştirilmiştir.

Bu tekniklerden TALEN ve CRISPR en yaygın olarak kullanılan tekniklerdir ve her birinin kendine göre avantajları söz konusudur. TALEN’lerin hedef özgüllüğü daha yüksektir, CRISPR ise daha kolay tasarlanır ve daha verimlidir.

Genetiği Değiştirilmiş Organizmaların Tarihi

1940 ve 50’li yıllarda insanoğlunun bir canlının gen yapısını değiştirmenin yolunu keşfetmesiyle birlikte, bu bilimsel çalışmaların ticari ürünlere dönüşümünün yolu açılmıştır.

İlk olarak 1982’de, diyabet hastalarına insülin sağlamak amacıyla, yüksek miktarda insülin üretebilen genetiği değiştirilmiş Escherichia coli türü bakterilere FDA onay vermiştir. Böylelikle, GDO’lar hayatımıza ilk defa girmiş oldu.

İlk genetiği değiştirilmiş bitki (transgenik bitki), 1983 yılında antibiyotiğe dirençli bir tütün bitkisi kullanılarak üretildi. Çin, 1990’ların başında virüse dirençli tütünün piyasaya sürülmesiyle transgenik bir ürünü ticarileştiren ilk ülke oldu.

1986’da, genetiği değiştirilmiş organizmaların ticarileşmesine istinaden ABD, genetiği değiştirilmiş organizmalar ile ilgili yasal düzenlemelerin ilk adımını atmıştır.

Bu bağlamda, 1992’de FDA, genetiği değiştirilmiş organizmalardan olan bitkilerden elde edilen gıdaların, geleneksel olarak yetiştirilmiş bitkilerden elde edilen gıdalarla aynı güvenlik standartları ve gereksinimleri karşılaması gerektiğini bildirmiştir.

Esasen 90’lı yıllar transgenik ürünlerin ticarileşmesinde patlama yaşanan yıllar olmuştur. 1994 yılında transgenik ‘Flavor Saver domates’ ABD’de pazarlamak için Gıda ve İlaç Dairesi (FDA) tarafından onaylandı. Genetiği değiştirilen bu domatesler, toplandıktan sonra daha geç sürede olgunlaşmaktaydı.

1996 yılına kadar 6 ülkede ve AB’de 8 farklı özelliğe sahip 8 transgenik ürün ve bir karanfil türünün ticari olarak yetiştirilmesi için toplam 35 onay verildi.

2003 yılında, Birleşmiş Milletler’e bağlı Dünya Sağlık Örgütü (WHO) ve Gıda ve Tarım Örgütü (FAO), GDO’lu gıdaların güvenliğini belirlemek için uluslararası kılavuz ve standartlar hazırlamıştır.

2003 yılında bir hayvan (GloFish) genetiği değiştirilerek ilk defa ticarileştirilmiştir.

2005 itibariyle, ABD’de yetiştirilen kabakların yaklaşık %13’ü, üç virüse karşı dirençli hale getirmek için genetik olarak modifiye edilmiş ürünlerdir.

2011 itibariyle ABD, GDO üretiminde listenin başında gelmektedir. Şuan Dünya piyasalarında, ülkelerin kendi yasal düzenlemeleri izin verdiği ölçüde pamuk, soya fasulyesi, kanola, patates, patlıcan, çilek, mısır, domates, marul, kavun, havuç gibi farklı yelpazede genetiği değiştirilmiş gıda bulunmaktadır.

Gıda dışında ilaç, yem, lif ve aşı gibi genetiği değiştirilmiş ürünler de bulunmaktadır. Gıda olarak kullanımı onaylanan ilk genetiği değiştirilmiş hayvan, 2015 yılında “AquAdvantage somonu” olmuştur.

2016’da ABD, genetik mühendisliği yoluyla üretilen bazı gıdalar için etiketleme gerektiren bir yasa çıkararak, “biyomühendislik” teriminin GDO’lu gıdaların etiketinde kullanılmasına hükmetmiştir.

2017 yılında Genetiği değiştirilmiş organizmalardan olan elmalar ABD’de satışa sunuldu. 2020 yılında GDO’lu pembe ananas ABD’li tüketicilere sunuldu.

Genetiği Değiştirilmiş Organizmaların Güncel Durumu

Bakteriler, genetik mühendisliği en kolay organizmalardır ve araştırma, gıda üretimi, endüstriyel protein saflaştırması (ilaçlar dahil), tarım gibi farklı amaçlar için genetik modifikasyona tabi tutulmaktadırlar.

Mantarlar da hemen hemen aynı amaçlarla genetik modifikasyon uygulanan canlılardır. Virüsler, diğer organizmalara genetik bilgi eklemek için vektörler olarak önemli bir rol oynamaktadır. Virüsler genellikle insan gen tedavisinde önemli bir kullanım alanına sahiptir.

Bitkilerde, bilimsel araştırmalar bitkilerde yeni renkler elde etmek, aşı ve gelişmiş mahsul üretmek amacıyla genetik modifikasyon uygulanmaktadır.

Bitki modifikasyonun en temel uygulama alanını “böcek direnci (herbisit toleransı)” oluşturmaktır.

Bununla birlikte “altın pirinç” örneğinde olduğu gibi besin değerini arttırmak amacıyla da genetik müdahale söz konusu olabilmektedir.

Transgenik bitkiler için diğer uygulama alanları, kuraklığa ve soğuğa dayanım,  biyofarmasötik, biyoyakıt veya ilaç üretimi için biyoreaktörlerdir.

Dünyada transgenik bitki üretiminde başı çeken ülkeler ABD, Arjantin, Brezilya, Kanada, Hindistan ve Çin Halk Cumhuriyeti’dir. Günümüzde en yüksek miktarda ekimi yapılan transgenik bitkiler soya, mısır, pamuk ve kolzadır.

Hayvanları genetik olarak dönüştürmek genellikle çok daha zordur ve büyük çoğunluğu hala araştırma aşamasındadır. Memeliler, insanlar için en iyi model organizmalardır. Bu yüzden, insanlarda önemli hastalıklara karşı yeni tedavilerin keşfedilmesi ve geliştirilmesi için genetiği değiştirilmiş memeli hayvanlar geliştirilmektedir.

Hayvanlarda genetik modifikasyon araştırma amacının dışında hayvancılık, büyüme hızı, et kalitesi, süt bileşimi, hastalık direnci ve hayatta kalma gibi ekonomik açıdan önemli özellikleri geliştirmek amacıyla uygulanmaktadır. Bununla birlikte, genetik mühendisliği, birçok ölümcül hastalık için bir vektör olan sivrisinekleri kontrol etmenin bir yolu olarak önerilmiştir.

 İnsan gen tedavisi hala nispeten yeni olmasına rağmen, şiddetli kombine immün yetmezlik ve Leber’in doğuştan gelen amaurozu gibi genetik bozuklukları tedavi etmek amacıyla insanlarda gen modifikasyonu çalışmaları yapılmaktadır.

Genetiği Değiştirilmiş Gıdalar

Günümüzde ABD’de üretilmekte olan Kanola’nın büyük bir yüzdesi GDO’dur ve çoğunlukla bitkisel yağ üretmek için kullanılmaktadır.

Kanola yağı dünyada en çok tüketilen üçüncü bitkisel yağdır. Konolada gen modifikasyonu herbisitlere direnç sağlamak ve yağ bileşimini geliştirmek için uygulanmaktadır.

2010 yılı itibari ile, ABD ve Kanada’da yetiştirilen mısır mahsulünün %86’sı ve 2011’de dünya çapındaki mısır mahsulünün %32’si GDO’dur.

Pamuk tohumu yağı, hem evde hem de endüstriyel olarak salata ve yemeklik yağ olarak kullanılmaktadır. ABD’deki pamuk mahsulünün yaklaşık %93’ü GDO’dur.

ABD’de üretilmekte olan şeker pancarının %95’i genetik modifikasyonlu tohumlardan üretilmektedir. Herbisite dayanıklı şeker pancarı Avustralya, Kanada, Kolombiya, AB, Japonya, Kore, Meksika, Yeni Zelanda, Filipinler, Rusya Federasyonu, Singapur ve ABD’de onaylanmıştır.

---

Bu yazı da ilginizi çekebilir;

Ekzopolisakkaritler (EPS); Tanımı, Özellikleri ve Sağlığa Faydaları