Biyoteknoloji

Biyoteknoloji; hücre ve doku biyolojisi kültürü, moleküler biyoloji, mikrobiyoloji, genetik, fizyoloji ve biyokimya gibi doğa bilimlerinin yanı sıra makine mühendisliği, elektrik-elektronik mühendisliği ve bilgisayar mühendisliği gibi mühendislik dallarından yararlanarak, DNA teknolojisiyle bitki, hayvan ve mikroorganizmaları geliştirmek, özel bir kullanıma yönelik ürünleri oluşturmak ya da dönüştürmek için biyolojik sistemleri, canlı organizmaları ya da türevlerini kullanan uygulamaların tümüne verilen addır.

Biyoteknoloji, temel bilim buluşlarını kısa sürede yararlı ticari ürünlere dönüştürebilmesiyle bir anlamda kendi talebini de yaratabilir. Bu yönüyle de diğer teknolojilerden ayrılır. Örneğin sıcak su kaynaklarında yaşayan bakterilerin birinden elde edilen yüksek sıcaklığa dayanıklı bir enzim, günümüzde uygulama ve temel bilim çalışmalarının ayrılmaz bir parçası olan PCR'nin önemli bir girdisidir. Biyoteknoloji uygulamaları; mikrobiyoloji, biyokimya, moleküler biyoloji, hücre biyolojisi, immünoloji, protein mühendisliği, enzimoloji ve biyoproses teknolojileri gibi farklı alanları bünyesinde toplar. Bu nedenle de biyoteknoloji birçok bilimsel disiplinle karşılıklı ilişki içinde gelişir.

Bitki, hayvan veya mikroorganizmaların tamamı ya da bir parçası kullanılarak yeni bir organizma (bitki, hayvan ya da mikroorganizma) elde etmek veya var olan bir organizmanın genetik yapısında arzu edilen yönde değişiklikler meydana getirmek amacı ile kullanılan yöntemlerin tamamına Biyoteknoloji denmektedir.

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.

Biyoteknolojinin Sınıflandırılması
Yeşil Biyoteknoloji, Tarım biyoteknolojisini kapsar. Genetik mühendislik yoluyla bitkilerin verimliliğini artırmak, pestisitlere dayanıklılık kazandırmak, biyoyakıt üretmek ve çevresel temizleme uygulamalarını içerir. Genetiği değiştirilmiş organizmalar (GDO'lar) bu sınıfın önemli bir parçasıdırBarcelos, M. C. S., Lupki, F. B., Campolina, G. A., Nelson, D. L., & Molina, G. (2018). The colors of biotechnology: general overview and developments of white, green and blue areas. FEMS microbiology letters, 365(21), 10.1093/femsle/fny239. https://doi.org/10.1093/femsle/fny239Mayara C S Barcelos, Fernanda B Lupki, Gabriela A Campolina, David Lee Nelson, Gustavo Molina, The colors of biotechnology: general overview and developments of white, green and blue areas, FEMS Microbiology Letters, Volume 365, Issue 21, November 2018, fny239, https://doi.org/10.1093/femsle/fny239
Kırmızı Biyoteknoloji, Sağlık ve tıp alanında kullanılır. Aşı üretimi, biyofarmasötik geliştirme, gen terapisi, doku mühendisliği ve biyolojik moleküllerle hastalık tedavisi gibi uygulamaları kapsar. CRISPR-Cas9 gibi gen düzenleme araçları bu alanın öne çıkan teknolojilerindendir
Beyaz Biyoteknoloji, Endüstriyel biyoteknolojiyi ifade eder. Biyolojik sistemlerin kullanımıyla biyoyakıtlar, biyoplastikler, enzimler ve biyopolimerler gibi endüstriyel ürünlerin üretiminde kullanılır. Örneğin, fermantasyon süreçleri beyaz biyoteknolojinin yaygın bir uygulamasıdır
Mavi Biyoteknoloji, Deniz biyoteknolojisini kapsar. Deniz organizmalarının ilaç, biyoyakıt ve biyomalzeme üretiminde kullanılması bu alana dahildir. Örneğin, alglerden biyoyakıt üretimi ve deniz organizmalarından yeni biyomalzemelerin geliştirilmesi bu kategoriye girerDaniotti, S. ve Re, I. (2021). Deniz Biyoteknolojisi: Endüstriyel, İlaç ve Gıda Uygulamalarında Biyotik Kaynakların Geliştirilmesi için Zorluklar ve Geliştirme Pazarı Eğilimleri. Bilimsel literatür ve iş modellerinin istatistiksel analizi. Deniz ilaçları, 19(2), 61. https://doi.org/10.3390/md19020061
Sarı Biyoteknoloji, Böceklerin biyoteknolojik süreçlerde kullanımıyla ilgilidir. Böcek genetik çeşitliliğinin keşfi, sürdürülebilir tarım uygulamaları ve zararlı böceklerle biyolojik mücadele gibi uygulamaları içerir.
Gri ve Kahverengi Biyoteknoloji, Çevresel biyoteknolojiyle ilgilidir. Mikroorganizmalar kullanılarak kirliliğin temizlenmesi, atık yönetimi ve biyolojik çözümler geliştirilir. Plastiklerin biyolojik olarak parçalanması gri biyoteknoloji alanında önemli bir ilerlemedir

Uygulamalar

 Canlı Klonlama
5 Temmuz 1996'da Dolly isimli bir koyun klonlandı. Bir koyunun meme dokusundan bir hücre alarak bunu çekirdeği çıkartılmış bir yumurtaya aktarıldı ve elektrik şoku verilerek Dolly oluşturuldu.Bağış, H. (2000). Klonlama.

 İnsan sağlığına yönelik olarak proteinlerin üretilmesi
 Bazı hormon, antikor, vitamin ve antibiyotik üretilmesi
 Çok zor şartlara sahip çevrelerde (sıcak, kurak, tuzlu...) yaşayan organizmaların enzimlerini ve biyomoleküllerini saflaştırarak bunların sanayide kullanılması
 Yeni sebze ve meyve üretimi
 İnsandaki zararlı genlerin elemine edilmesi
 Aşı, pestisit, tıbbi bitki üretimi
 İnsanın zarar görmüş veya işlevini kaybetmiş organ ve dokularının değiştirilmesi için yapay organ ve doku üretimiAKKUŞ, H. G. N., GÜNAYDIN, B. E., & USTUNDAG, C. (2020). DOKU MÜHENDİSLİĞİNDE 3 BOYUTLU BİYO-BASKI İÇİN BİYOFONKSİYONEL MÜREKKEPLER. International Journal of 3D Printing Technologies and Digital Industry, 4(3), 285-294.
 Parlayan tütün üretilmesi
Biyoteknolojide Kullanılan Temel Teknikler ve Yöntemler
1. Amplified Fragment Length Polymorphism (AFLP):AFLP, genetik çeşitliliği belirlemek için kullanılan bir DNA fingerprinting (parmak izi) tekniğidir. DNA örnekleri belirli restriksiyon enzimleriyle kesilir ve ardından seçici PCR amplifikasyonu uygulanır. AFLP, genetik haritalama ve filogenetik analizlerde yaygın olarak kullanılmaktadır.Vos, P., Hogers, R., Bleeker, M., Reijans, M., van de Lee, T., Hornes, M., Frijters, A., Pot, J., Peleman, J., & Kuiper, M. (1995). AFLP: DNA parmak izi için yeni bir teknik. Nükleik asit araştırması, 23(21), 4407–4414. https://doi.org/10.1093/nar/23.21.4407
2. Cleaved Amplified Polymorphic Sequences (CAPS):CAPS yöntemi, PCR ile çoğaltılan DNA bölgelerinin belirli restriksiyon enzimleriyle kesilerek genetik polimorfizmlerin belirlenmesini sağlar. Bu teknik, genetik haritalamada, mutasyon analizlerinde ve genetik çeşitliliğin belirlenmesinde sıkça kullanılır. CAPS yöntemi, radyoaktif izotop gerektirmemesi nedeniyle daha güvenli ve maliyet açısından uygun bir seçenektir Konieczny, A., & Ausubel, F. M. (1993). Eş baskın ekotipe özgü PCR tabanlı belirteçler kullanarak Arabidopsis mutasyonlarını haritalamak için bir prosedür. Bitki dergisi : hücre ve moleküler biyoloji için, 4(2), 403–410. https://doi.org/10.1046/j.1365-313x.1993.04020403.x
3. Restriction Fragment Length Polymorphism (RFLP):RFLP, homolog DNA dizilerindeki farklılıkları belirlemek için kullanılan klasik bir moleküler biyoloji tekniğidir. DNA, belirli restriksiyon enzimleri ile kesilir ve elde edilen DNA parçaları jel elektroforezi ile analiz edilir. RFLP, genetik haritalama, adli tıp, filogenetik analiz ve genetik hastalıkların teşhisi gibi alanlarda yaygın olarak kullanılır. Ancak, zaman alıcı bir yöntem olup büyük miktarda DNA örneği gerektirir. PCR ile birleştirildiğinde daha hızlı analiz imkanı sunan PCR-RFLP yöntemi geliştirilebilirBotstein, D., White, R., Skolnick, M.H., & Davis, R.W. (1980). Restriksiyon fragman uzunluk polimorfizmleri kullanılarak insanda bir genetik bağlantı haritasının oluşturulması. Amerikan insan genetiği dergisi, 32 3, 314-31 .

CRISPR/Cas9 ve Genetik

2020'de Nobel Kimya ödülü alan Emmanuelle Charpentier ve Jennifer A. Doudna, tarafından icat edilen genetik düzenleme teknolojisi CRİSPR/Cas9, Kümelenmiş Düzenli Aralıklı Kısa Palindromik Tekrar Dizileri (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) isminin kısaltılmışıdır. 2005 yılında CRISPR genleri üzerine çalışan 3 farklı grubun araştırmaları ve keşfi ile kanıtlandı.
Araştırmalar sonucu keşfedilen şey, CRISPR kümelerinde bulunan aralık genlerinin, o canlıyı enfekte eden bazı virüsler ile aynı dizilime sahip olduğuydu. Bir virüs DNA'sı ile aynı dizilime sahip aralık genine sahip olmak, o virüse karşı bir direnç oluşturuyordu.aktif bir Cas9, DNA'yı yüksek hassaslıkta ve doğrulukta kesebilmeleri için gereken tek şey o DNA'nın dizisini kesebilecek bir makastı. Bundan hareketle DNA'nın bu baz dizisine denk gelen RNA molekülü oluşturuldu ve bu RNA molekülü Cas9 proteini ile birleştirilerek bir kompleks yapıldı.

CRİSPR/Cas9: Cas9 isimli DNA kesebilen bir enzim ve Guide RNA denilen Cas9 enziminin kesilinmesini istediği yere götüren bir "rehber RNA"dan oluşur. Bu teknoloji sayesinde insanlık DNA'sı değiştirilebilen insanlar yaratabilir.

Biyoteknolojinin Etik ve Hukuki Boyutu
Biyoteknoloji, sağlık, tarım, çevre ve sanayi alanlarında büyük ilerlemeler sağlarken, etik ve hukuki açıdan çeşitli tartışmaları da beraberinde getirmektedir. 
1. Genetik Mühendisliği ve Etik Tartışmalar:Genetik mühendisliği, insan sağlığına fayda sağlamak amacıyla kullanılabileceği gibi, genetik ayrımcılık ve biyoterörizm gibi etik kaygılara da yol açabilirMurray T. H. (1991). Ethical issues in human genome research. FASEB journal : official publication of the Federation of American Societies for Experimental Biology, 5(1), 55–60. https://doi.org/10.1096/fasebj.5.1.1825074
2. Biyoteknoloji ve Hukuki Düzenlemeler:Biyoteknolojik inovasyonların hızla gelişmesi, mevcut hukuki çerçevelerin yetersiz kalmasına neden olmaktadır. ABD'de Gıda ve İlaç Dairesi (FDA) ve Avrupa'da Avrupa Gıda Güvenliği Otoritesi (EFSA), biyoteknolojik ürünlerin güvenliği konusunda sıkı düzenlemeler getirmiştir National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine, National Academy of Medicine, National Academy of Sciences, & Committee on Human Gene Editing: Scientific, Medical, and Ethical Considerations. (2017). Human Genome Editing: Science, Ethics, and Governance. National Academies Press (US). fakat uluslararası düzeyde gen düzenleme ve biyoteknolojik patentleme konusunda farklı yasal yaklaşımlar bulunmaktadır Jasanoff, S. ve Hurlbut, J. B. (2018). Gen düzenleme için küresel bir gözlemevi. Doğa, 555(7697), 435–437. https://doi.org/10.1038/d41586-018-03270-w
3. Biyogüvenlik ve Çevresel Etkiler:Genetiği değiştirilmiş organizmalar (GDO) ve biyosentetik ürünler, ekosistem dengesini bozabileceği gerekçesiyle bazı ülkelerde yasaklanmıştır. Cartagena Biyogüvenlik Protokolü, biyoteknolojik ürünlerin çevresel etkilerini değerlendirmeye yönelik uluslararası bir çerçeve sunmaktadır Sendashonga, C., Hill, R., & Petrini, A. (2005). Biyogüvenliğe ilişkin Cartagena Protokolü: Biyolojik Çeşitlilik Sözleşmesi ile Dünya Hayvan Sağlığı Örgütü arasındaki etkileşim. Revue scientifique et technique (Uluslararası Epizootik Ofisi), 24(1), 19–30.
4. Geleceğe Yönelik Hukuki ve Etik Zorluklar:Biyoteknolojideki hızlı ilerlemeler, yeni etik ve hukuki sorunları da beraberinde getirmektedir. Özellikle yapay zeka destekli biyoteknolojik uygulamalar, biyolojik verilerin mahremiyeti ve genetik bilginin kötüye kullanımı gibi konularda yeni düzenlemelere ihtiyaç duymaktadır Sturgis, P., Cooper, H., & Fife-Schaw, C. (2005). Biyoteknolojiye yönelik tutumlar: daha iyi bilgilendirilmiş bir halkın görüşlerini tahmin etmek. Yeni genetik ve toplum, 24(1), 31–56. https://doi.org/10.1080/14636770500037693.

 Açık kaynaklı biyoteknoloji 
Açık kaynaklı biyoteknoloji açık kaynaklı fikirlerin geliştirildiği ve desteklendiği kurumlar, açık kaynaklı yazılımlar ve açık kaynaklı veritabanları ve veri paylaşım formatlarından oluşmaktadır.

 Ayrıca bakınız 
Avrupa Biyoteknoloji Derneği

 Kaynakça