Anasayfa >> Biyomedtek Hakkında >> Biz Kimiz?>> Çalışma Konuları
ÇALIŞMA KONULARI  
   
Biyomateryal ve Polimer Teknolojisi
Kök Hücre
Biyoteknoloji
Biyosensörler ve Biyoçipler
Doku Mühendisliği
Nanoteknoloji ve Görüntüleme Sistemleri



Prof.Dr.Erhan Bişkin’in 2002 yılında Biyotek dergisinde yayımlanmış
“Sağlık için Biyoteknoloji” adlı yazı dizisinden derlenmiştir.

 

 
BİYOTEKNOLOJİ

Biyoteknoloji çok farklı uygulama alanları için, biyolojik sistemleri (mikroorganizmaları, memeli hücre ve organizmaları ve bitkileri) kullanarak üretim yapmayı amaçlayan, disiplinler arası bir bilim ve teknoloji dalıdır.

Klasik ve modern biyoteknolojiden söz edilebilir. Klasik biyoteknoloji, enzimler, mikroorganizmalar ve hayvan hücreleri kullanarak oldukça iyi gelişmiş fermentasyon teknolojileri ile özel bileşikler üretmeyi amaçlar. Modern biyoteknolojide ise genetik modifiye mikrorganizmaların, hayvan hücrelerinin ve transjenik bitki ve hayvanların kullanılması söz konusudur.

Ürünün uygulanacağı sektöre göre de sınıflandırma yapılmak da mümkündür. Örneğin, tıp için, tarım için, gıda için, vb., biyoteknolojiden söz edilebilir. Ancak, tüm uygulamalar için 3 temel unsur (mikrorganizmalar, memeli hücre ve organizmalar (kısaca hayvanlar) ve bitkiler ve özellikle günümüzde bunların genetik modifiye formları) ortaktır ve bu doğrultuda bir sınıflandırma çok daha uygundur.

Dünyada, pek çok ileri teknoloji laboratuarında ve büyük biyoteknoloji kuruluşlarında yapılan hassas ve detaylı araştırmalarla birlikte biyoteknoloji çok büyük bir hızla ilerlemekte ve gelişmektedir. Ana başlıklar ve kısa özetler halinde dünyadaki biyoteknolojik gelişmeler aşağıdaki gibi sıralanabilir.

Mikroorganizmalar ve Biyoteknoloji

Mikroorganizmalar, hayvan ve bitki hücrelerinden çok farklıdırlar. Sağlam bir hücre duvarları vardır. En olumsuz koşullarda dahi sağ kalabilmekte ve bu koşullara kolaylıkla uyum sağlayabilmektedirler. Fermentör dediğimiz, genellikle iyi bir şekilde karıştırılan büyük kaplarda (reaktörlerde), süspansiyon halinde, yüksek streslerde dahi kolaylıkla üretilmeleri mümkündür. Örneğin bugün gen terapisinde, aslında son derece tehlikeli olan mikroorganizmalar genetik olarak modifiye edilip, istenilen genin hastaya aktarılmasında kullanılmaktadır. Modern biyoteknolojik süreçlerde de yine genetik modifiye mikroorganizmalara birçok önemli bileşik sentezlettirilebilir. Şeker hastalarının kan glikoz düzeyinin kontrolu amacıyla gereksinim duydukları insulin, çeşitli hastalıkların tedavisinde kullanılan büyüme faktörleri, aşılar, gen tedavisi için gerekli plazmid DNA, birçok enzim (medikal ve diğer uygulamalar için) mikroorganizmalar ve bunların genetik modifiye formlarının kullanıldığı süreçlerde üretilenler örnek olarak verilebilir.

Monoklonal Antibadiler

Başka bir örnek olarak monoklonal antibadi üretimi ele alınabilir. Antibadiler (antikor), vücudun immün sisteminin bir parçası olan B lenfositler tarafından gereksinim duyulduğunda üretilen ve vücuda giren yabancı maddeyi (antijen) tanıyarak immün sistemini harekete geçiren protein molekülleridir. Bu, son derece spesifik (hem de karmaşık), iyi bir anahtar kilit eşleşmesi gibidir. Tanıma sırasında yabancının birçok antijenik bölgesine karşı çok sayıda antibadinin bulunduğu poliklonal antibadilerin sentezi söz konusudur. Tanımanın çok spesifik olmasını sağlamak için, yalnız bir antijen ile etkileşen antibadiyi, yani monoklonal antibadi diğerlerinden ayrılmalıdır.

Antibadiler, Y şeklinde moleküllerdir. Tanıma kabiliyetine sahip olan bölüm Y’nin iki ucundaki spesifik antijen bağlama bölgeleridir. Bu protein molekülleri antibadinin antijen tanıma özelliğini istenildiği gibi karşılamaktadır. Dolayısıyla yalnızca bu proteinleri üretmenin yeterli olacağı görüşü vardır.

Antibadi-antijen etkileşimi uzun yıllardır medikal tanı amaçlı diagnostik test kitlerinin ve immunosensörlerin hazırlanmasında kullanılmaktadır. Yine bu etkileşmeye dayanan özellikle antibadilerin saflaştırılmasında kullanılan çok sayıda biyoafinite ayırım sistemi vardır.

Monoklonal antibadilerin en önemli kullanım alanlarından biri de tedavi amaçlı (ilaç ve aşı üretimi) olandır. Kullanımları, organ naklinde reddi önlemeye yönelik uygulamalardan, kanser tedavisine kadar hızla yaygınlaşmaktadır. Antibadi parçalarını (“fragmanlarını”) aşı olarak kullanmak en önemli yaklaşımlardan biridir.

Hibridoma Teknolojisi

Bu antibadi fragmanlarının üretiminin büyük bir bölümü günümüzde hibridoma teknolojisi ile yapılmaktadır. 1975’de Ingiterede geliştirilen bu teknolojide genellikle fareler kullanılmaktadır. Hayvanlar, üretilmesi istenen antibadinin karşıtı antijenin enjeksiyonu ile immunize edilir. Oluşan, antibadi üretme kabiliyetindeki B lenfositler alınır (genellikle dalaktan), tümör hücreleriyle (örneğin kemik iliği kanseri olan hastadan alınan kemik iliğindeki B lenfositler) birleştirilir ve hibrid hücreler elde edilir. Bu hücreler hem istenilen antibadiyi üretme hem de kanser hücreleri gibi hızla üreme kabiliyetine sahiptirler. Bu hücreleri biyoreaktörlerde çoğaltıp istenilen monoklonal antibadi üretimini gerçekleştirmek mümkündür.

Faj Yerdeğiştirme “phage display” Teknolojisi

Alternatif yöntemlerden biri de genetik modifiye mikroorganizmaları kullanmaktır. Yaygın olarak E.Coli’nin kullanıldığı “faj yerdeğiştirme” (“phage display”) tekniği böyle bir yaklaşımdır. Burada, istenilen üretim bilgisini taşıyan DNA, B lenfositlerinden izole edilir ve bakteriye yerleştirilir. Daha sonra bakteri, filament fajlar (bir çeşit virüs) ile enfekte edilir. Fajlar, bakteri içinde, genellikle çok sayıda antibadi fragmanını da taşıyacak şekilde çoğalır. İstenilen fragmanı taşıyan fajlar, bir biyoafinite sistemi ile ayrılır ve bunlarla yine bakteriyi enfekte edilerek üretimi gerçekleştirilir. Elde edilen monoklonal antibadi fragmanları saflaştırılıp ya doğrudan yada bir antibadi gövdesine takılarak kullanılabilir. Bu teknikte kullanılan reaktörler, hibridoma teknolojisinde kullanılanlardan çok daha düşük fiatlı ve iyi tanımlanmış klasik fermentörlerdir, dolayısıyla üretim ucuz ve kolaydır.

Polimer Üretimine Yönelik Biyoteknoloji

Modern biyoteknolojiyi komodite amaçlı ürünlerin üretiminde de kullanmak mümkündür. En çarpıcı örneklerden biri, mikroorganizmaları uygun ortamlarda besleyip polimer ürettirmektir. Birçok mikroorganizma besin kısıtlaması koşullarında, tepkisel olarak hücre içinde polimer biriktirir. (Şekil 3’de hücre içindeki beyaz dairesel şekilli olanlar). Bunlar bilimsel adıyla “polialkalonatlar”, “mikrobiyal poliesterler” dir. Polibuturat ve poli(buturat-valarat) teknolojik olarak üretilen mikrobiyal poliesterlerdir. Bunların işlenmesi biraz zor, komodite plastiklere göre biraz pahalı, ancak doğada parçalanabilen türden, dolayısıyla çevre dostu polimerlerdir. Bunlardan üretilen şampuan, parfüm, vb. şişeleri piyasaya sunulmuş durumdadır. Buradaki ilginç gelişme yine genetik modifiye mikroorganizmaların kullanımıdır. Bunlarda hücre içinde polimer birikimi kuru ağırlıkta %99’lara kadar çıkarılmıştır, dolayısıyla verim çok yüksektir. Bu yöntemle üretilen polimerlerin molekül ağırlıkları sentetik yollarla çıkılması çok yüksek değerlerdedir (20 milyon hatta daha fazla).

Transjenik Bitki ve Hayvanlar

Modern biyoteknolojinin, genetik modifiye mikroorganizmalara önemli alternatifleri transjenik bitki ve hayvanlardır. Transjenik bitkiler, emniyetlimi değilmi? Biyoçeşitliliği etkileyecek mi? ne yönde etkileyecek? vb. gibi birçok soruya karşın üretime girmiş durumdadır. Genetik modifiye tohumlarla ziraat, ticari ölçekte 1992’de Çin’de tütün üretimi ile başlamıştır. 1994’de ABD’de izin alınmıştır ve bu ülke de özellikle ziraai ilaç kullanımını azaltan, herbisit toleranslı ve insektlere dirençli soya fasulyesi, mısır, pamuk ve kanola üretimi hızla artmıştır. Bugün bu dört bitki için kullanılan toplam 271 milyon hektarlık alanın yaklaşık %16 sında genetik modifiye formlar ekilmektedir.

Mikroorganizmalar ile polimer üretimi teknolojisini bitkilere de uygulamak mümkündür. Özellikle mısır’ın çok da değerli olmayan koçanında ve kabuğunda polimerler biriktirilebilir.

Transjenik hayvanların ilk kullanım amacı deneysel tıpta deney hayvan modeli yaratmaya yönelik olmuştur. İnsan kanser geni taşıyan genetik modifiye fareler 1988’de patentlenerek kullanıma sunulmuştur. (Şekil 5). Bu fareler sırtlarındaki sarı bölge ile tanınmaktadırlar.

Transjenik hayvanlar ile ilgili çok ilginç bir örnek de yine polimerlerle, doğal bir polimer olan ipekle ilgilidir. Böcekler ipeği esas olarak çoğalmak için hazırladıkları koza yapımı için üretmektedirler. Ancak, doğada en başarılı ipek üreticisi örümceklerdir. Şekil 6’da gösterildiği gibi örümceklerin üretim portföyü çok daha geniştir. Amaca uygun olarak farklı kimyasal ve fiziksel yapıda ipek fiberi üretmekte ve bunu yine amaca uygun olarak örüp şekillendirmektedirler. Bu ipek fiberlerinin çok özel bir yapısı vardır. Polimerik kristaller kauçuğumsu bir polimer faz içinde dağılmış durumdadır. Dolayısıyla hem çok güçlü ve sağlam hem de esnek, üstelik yapışkan da olabilmektedir. Araştırmacıların bir kısmı hangi örümcek neleri nasıl üretiyor üzerinde çalışırken, bir başka kısmı ise bunlar nasıl kullanılır, teknolojik olarak nasıl üretilir sorusunun cevabını bulmaya çalışmaktadır.

Kanada’nın konusunda en önde gelenlerinden olan “Nexia Biotechnologies Inc.” firması (bu bir tranjenik hayvan firmasıdır) konuya farklı bir açıdan yaklaşmaktadır., Kanada’daki çiftliklerinde özellikle transjenik keçi beslemektedirler. Bu firma 1997 Ekim ayında ABD’nin ünlü “Genzyme Transgenic Corporation” adlı şirketi ile keçi sütünden biyofarmasötik “TransGeneric ä ” i üretmek için anlaşma imzalamıştır.. Burada kullanılacak olan Nexia’nın BELE â (Breed Early Lactate Early) keçi teknolojisidir. Bu keçiler çok çabuk olgunlaşmakta ve dolayısıyla çok hızlı çoğalmaktadırlar. Bunlara ilave olarak istenilen proteini üretmekte ve proteini sütünde barındırmaktadır. Süt sağıldıktan sonra yalnızca protein izolasyon işlemi gerekmektedir. Nexia İpek üretimi konusunda ise farklı bir yaklaşımda bulunmaktadır. Örümcek ipek fiber proteinini üretecek genetik bilgi 2 keçiye aktarılmıştır. Peter ve Webster (Şekil 7). Sütlerinden elde edilen ürünün adı BioSteel ä dir. Çelik fiberlerden 10 kez daha güçlü (kopma dayanımı: 2700 MPa), çok daha hafif, ve esnektir.

 

 
Biyomedtek © 2008