Gdo`da Kullanılan Mikroorganizmalar

1. GDO’da Kullanılan Mikroorganizmalar
1.1. Tarihi
Yüksek verimlilikte kaliteli ürünler elde etmek için, bitki ve hayvan türleri üzerinde
ıslâh çalışmaları, eskiden beri yapılmaktadır. Klâsik ıslah çalışmalarından elde edilen
verimlilik artışı, artan dünya nüfusunun temel gıda ihtiyaçlarının karşılanmasına
yetmemektedir. Ayrıca elde edilen gıdaların tüketicilere ulaştırılmasında karşılaşılan
zorluklar, gıdaların bozulmasına yol açmaktadır. İlim adamları bu problemleri çözebilmek
için yeni arayışlar içine girmiştir. 1960’lı yıllardan itibaren biyo-teknoloji ve gen
mühendisliği sahasındaki araştırmacılar, canlıların genetik yapısında değişiklikler yapmayı
mümkün kılan gizli mekanizmaları keşfetmeye başlamışlardır. Günümüzde biyoteknoloji;
sağlık sektöründe tanı, tedavi ve aşı tarım sektöründe ise transgenik bitkiler, veteriner tanı,
veteriner aşı ve ilaçlama alanlarında uygulama sürdürürken genetiği değiştirilmiş
organizmaları yoğun olarak kullanmaktadır.
1.2. Gen ve transgenik organizma
Genler, organizma özelliklerinin kodlandığı şifreli bilgilerdir. Bir canlı türüne başka
bir canlı türünden gen aktarılması veya mevcut genetik yapıya müdahale edilmesi yoluyla,
yeni genetik özellikler kazandırılması tekniğine "gen veya rekombinant DNA teknolojisi"
denmektedir. Gen teknolojisi kullanılarak yeni özellikler kazandırılmış organizmalara da
"genetik yapıları değiştirilmiş organizmalar (GDO)" veya “transgenik organizmalar” adı
verilmektedir. Bu canlılardan elde edilen ürünler ise, transgenik gıdalar olarak adlandırılır.
Bakterilere insan DNA'sının belli bölgesinin ilave edilmesiyle rekombinant insan
insülini ürettirilmektedir. Yine Endüstride kullanımına en tipik örnek ise örümcek ağı
üretimidir. Örümcek ağı, çok dayanıklı bir madde olup çelikten 5 kat daha kuvvetli ve esnek
bir maddedir. Ancak önemli bir nokta var: Mesela ipekböceğinin ipeğini ürettirip ipekten
kıyafetler giyebiliyoruz, fakat örümcekler yırtıcı olduğundan, birbirlerini yedikleri için,
bunların ipeği elde edilemiyor ve böyle dayanıklı bir maddeye sahip olamıyoruz. Dolayısıyla
örümcek ağı üretilmesiyle ilgili çalışmalar yapılmıştır. Amerika Birleşik Devletlerinde
moleküler biyologlarca örümcek ağı üretiminden sorumlu genler keçi genomuna entegre
ediliyor. Daha sonra keçilerin sütlerinde suda eriyebilir proteinler üretiliyor. Elde edilen süt
dehidre edilip, kurutulup, belli işlemlerden geçirilip fiber şeklinde iplikçikler elde edilip
dokunuyor ve dokunabilir kumaş haline getiriliyor. Bunun önemi nedir? Yaklaşık olarak 200
tane transgenik hayvanınız varsa, bir çelik yelek yapabiliyorsunuz, yani vücut zırhı
yapabiliyorsunuz. Bu yeni çelik yelek petrol kökenli fiberden yüzde 25 daha hafif, çelikten 5
Sayfa | 1
kat dayanıklı yapılabiliyor. Bu ürün askeriyede, tenis raketlerinde, mikro dikişlerde, hatta
uçaklarda, hafif olduğundan dolayı ve çok daha dayanıklı olduğundan kullanılabilecek bir
hammadde olarak kullanılabiliyor. Diğer bir kullanım alanı ise dünyada ve ülkemizde bir
süredir kullanılan domuzdan kalp kapakçığı nakli. İnsan genlerini domuza aktarmak suretiyle
insan proteinlerini bulunduran domuz kalpleri elde edilmiş. Ancak buradaki en önemli
sakıncalardan bir tanesi, kalbin nakli sırasında, nakledildikten sonra, domuzlara ait bazı
retroviral ajanların ya da DNA'ya adapte bazı virüslerin insan vücudunda yeni bir hastalık
meydana getirip getirmeyeceğiyle ilgili, bu konuda çalışmalar devam ediyor.
1.3. Genetik yapı ne için değiştirilir
Günümüzde bitki, hayvan ve mikroorganizmalarla çeşitli transgenik organizmalar
geliştirilmiştir. GDO ile genellikle, yeni geliştirilmiş mikroorganizmaların eldesi, tarımsal
ürünlerde verim artırılması, ürünlerin raf ömrünün uzatılması, çiğ ürünlerde besin unsurlarının
ve bileşenlerinin geliştirilmesi, bitki ve hayvanlarda hastalıklara direncin artırılması gibi
avantajların sağlanması hedeflenmektedir. Ayrıca GDO'lar veya transgenik organizmalar
insan sağlığı gibi uygulama alanlarında da kullanılmaya başladılar. Ancak klonlama kavramı
ile GDO birbirinden ayrı anlamlar içerip karıştırılmaması gerekir. Klonlamada var olan yapı
yani genetik şifre aynen korunurken GDO'da yabancı bir genin dışarıdan dahil olması var.
Gen bilgilerini değiştirerek hücrelere yeni proteinleri üretmeleri öğretilebilir.
1982’de insülinle başlayan gelişme günümüzde yüzün üzerindedir. Dünya’da 325 milyonun
üstüne hasta bu ilaçlardan yararlandı. Farklı türlerde hastalıkların biyoteknoloji ile genetik
düzenleme yapılarak tedavisi hedeflenmektedir. Canlılığın biyolojik mekanizmalarının
moleküler düzeyde anlaşılabilmesi için, yüzlerce transgenik veya geni iptal edilmiş fare türü
geliştirildi. Yeni kuşak ilaç ve aşıların üretimi için onlarca farklı bakteri, maya, hayvan
hücresi geliştirildi. Akıllı tohumların üretimi için yüzlerce model bitki türleri geliştirildi,
bunlardan 10 kadarı ticari ürün olarak izin aldı.
1.4. Öncü kuruluşlar ve GDO
Dünya Sağlık Örgütü gıda üretimi ve işlenmesinde modern biyoteknolojinin güvenli
kullanımı ve uygulanmasına büyük önem vermektedir. Codex Gıda Heyeti gıdalar konusunda
uluslararası standartların oluşturulması için kurulmuş devletlerarası bir organizasyondur.
Heyetin temel amacı tüketici sağlığının korumak ve gıda ticaretinde doğru ve adil
uygulamaları garanti etmektir. Dünya Sağlık Örgütü ve yan organizasyonu Birleşmiş
Milletler, Gıda ve Tarım örgütü (FAO), Codex sistemi içerisinde
Sayfa | 2
yer alan Codex
Biyoteknoloji ile Üretilen Gıdalar Çalışma Kolu, Codex Gıda Etiketleme komisyonu ve
Codex Analiz Metotları ve Örneklendirme Komisyonu ile bu doğrultuda çalışmaktadır.
Topraklarda oluşan nitelik bozulması, verimsizleşme, erozyon vb. nedenler yoluyla
toprağın kötüleşmesi arazi "degradasyonu" olarak tanımlanmaktadır. Uluslararası Toprak
Referans ve Enformasyon Merkezi (ISRIC) küresel toprak degradasyonu değerlendirmeleri
projesi (GLASOD) çerçevesinde, yeryüzü karasallarının % 15'inin insan aktivitesi sonucu
çesitli düzeylerde tahrip olduğunu ortaya koymaktadır. Tarım sistemi, gerek uygulama alanı
olarak ve gerekse kullandığı girdiler bakımından doğal sistemleri önemli düzeyde etkileme
gücüne sahip yaygın bir sektördür. Toprak, su ve biyolojik zenginlikler gibi tarımla doğrudan
ilişkili doğal kaynaklar, bu sektöre alan, girdi ve çeşitlilik bakımından olanak sağlarken,
tarımsal faaliyetlerden önemli düzeyde etkilenerek verimlilik, kalite ve tür zenginliği
bakımlarından değişim gösterirler. Tarım, arazi kullanım şekli, arazi bölünmeleri ve doğal
habitatların tahribine neden olarak biyolojik çeşitlilik üzerine önemli etkiler yapar. Doğal
habitatların ürün yetiştirme amacı ile ve çayır tesisi için değişimi bitki sosyolojisini ve bu
alanlarda birlikte faaliyet gösteren faunayı etkilerken diğer taraftan egzotik hastalıkların
yayılmasını veya zararlı kontrolü için kullanılan pestisitlerin (tarımsal zararlı mücadele
ilaçları) ve kimyasal gübrelerin dengesiz kullanımı nedeni ile toprak kalitesini ve ekolojisini
olumsuz etkilerken hedef alınmayan diğer canlı türlerinin olumsuz etkilenmesine dair tarım ve
çevre literatüründe zengin bir araştırma birikimi bulunmaktadır. Tarımsal amaçlı toprak
işleme, drenaj, zararlı mücadelesi ve geniş alanların belirli bir tür tarım bitkisi ile kaplanması
beraberinde bir çok ekolojik sorunu birlikte getirerek yabani türlerin kaybına neden
olmaktadır. Özellikle çağımızda geniş habitatların yerli bitki desenleri birkaç genetiği
değiştirilmiş bitki türü ile yer değiştirerek biyolojik çeşitlilikte geniş bir etkileşime neden
olmaktadır. Artan toprak erozyonu, kimyasal madde yoğunlaşmaları, korumacı olmayan tarım
tekniklerin zararlı etkileri eskiden o bölgede mevcut olan çayır kuşları, tozlayıcı böcekler ve
toprak faunasının ortadan kalkmasına etken olmaktadır. Habitat kayıpları yanında biyolojik
çeşitliliğin en fazla zarar görmesine etken faktörlerden bir diğeri aşırı tarımsal üretim yolu ile
toprak sömürülmesidir. Bu iki etken benzer şekilde biyolojik çeşitlilik üzerine paralel etkilere
sahiptir.
Gübre, ilaç v.b yoğun girdilerin kullanılması sayesinde tarımsal üretimde belirli bir
süre sağlanan yüksek düzeyde verim artışının, telafisi mümkün olmayan biyolojik çeşitlilik
kaybına yol açtığı ortadadır. Yabancı otlarla yürütülen kimyasal mücadele sırasında, kültür
bitkilerinin kullanılan kimyasallardan zarar görmesini önlemek için, herbisite tolerans
Sayfa | 3
gösterebilecek yetenekte GDO'lar geliştirilmekte ve en yaygın şekilde bunların ekimi
yapılmaktadır. Bu şekilde, mısır, çeltik, tütün, kolza, buğday gibi çeşitlerinin tarım bitkileri
başta DDT olmak üzere bazı ot öldürücü ilaçlara tolerans göstermesi sağlanabilmektedir.
Avrupa Birliği'nde ticari olarak yetiştirilen bir yağ bitkisi olan kolza ve mısır genetik olarak
değiştirilmiş olup güçlü bir yabancı ot öldürücü ilaca karsı dayanıklıdırlar. Bu özellik
nedeniyle herbisit (ot öldürücü) uygulanmış bir alanda diğer bitkiler ölürken bu yeni tür
bitkilere bir şey olmamaktadır. Birçok bitkisel ürün günümüzde böceklere zehir etkisi
oluşturan genleri kapsar şekilde geliştirilmekte ve ticari olarak pazarlanmaktadır. Bacillus
thurigiensis isimli bir toprak bakterisinden alınan genlerin mısır, patates gibi transgenik
bitkilere aktarımı yoluyla bu bitkilere zarar veren lepidoptera larvaları (kelebek türleri)
bitkiler tarafından üretilen Bt-toksin yardımı ile öldürülmektedir. Biyoteknoloji firmaları bu
tür
bitkilerin
insektisit
gereksinimini
azaltacağı
için
çevreye
yararlı
olacağını
belirtmektedirler.
Gen aktarımı yoluyla tarım bitkilerinin gelişmeyi sınırlayıcı çevresel faktörlere (stres
faktörleri) toleransının genişletilmesine çalışılmaktadır. Bu kapsamda, yaygın gen aktarımlı
karnıbahar mozaik virüsü 35S 'ten aktarılan bir genle oksijen radikallerine karşı dayanıklı
tütün bitkisinin üretilebilmekte, ekmek mayasından aktarılan bir genle kuraklığa dayanıklı gen
aktarımlı bitkilerin elde edilebilmekte, bira mayası bakterisinden aktarılan genle tuza
toleranslı domates, kavun ve arpa çeşitlerinin geliştirilebilmekte ve Pseudopleuronectes
americanus balığından alınan antifiriz proteinin kodlanmasından sorumlu genle dona
dayanıklı domates ve tütün bitkilerinin üretilebilmektedir. Toprak varlığının sınırlı olması ve
çevresel stres faktörlerinin giderek artması nedeniyle, artan dünya nüfusunun, yakın bir
gelecekte yeterli düzeyde beslenemeyeceği endişesi giderek yaygınlaşmaktadır. Bu
nedenlerle, hem verim kapasitesi yüksek ve marjinal koşullarda büyüyebilen ve hem de kalite
etmenlerince zengin yeni bitki genotiplerinin geliştirilmesine global anlamda büyük bir
gereksinme bulunmaktadır. Bu bağlamda, "gıda güvencesi (food security)" konusu artık
dünya gündeminin öncelikli konularından biri durumuna gelmiştir. Yüzyıllardır sürdürülen
bitki ıslahı artık yeterli olmayınca insanoğlu bitkilerde moleküler ıslah yoluna gitmeyi zorunlu
kılmıştır. GDO' ların bitkisel ve hayvansal üretimde ve diğer alanlarda kullanılmasının
sağlayabileceği pratik faydaların yanında, doğal sistemlerde yol açabileceği olumsuz etkiler
büyük endişe yaratmaktadır. GDO' ların neden olabileceği olumsuz etkilerin kaynağını, sözü
edilen ürünlerin çevreye salımı durumunda kontrolsüz tozlaşma, gen kaçışı ve yabani
hibritleşmeden doğabilecek riskler oluşturmaktadır. Bu durum, herhangi bir özellikle ilgili
Sayfa | 4
olarak modifiye edilen "yabani genin" diğer canlılara ve başka türlere geçme olasılığını
doğurmaktadır. Böyle bir durumda biyolojik çeşitliliğin uzun vadede telafisi mümkün
olmayan etkiler altında kalması kaçınılmaz hale gelmektedir. Dünya'da çok sayıda araştırma
sonucunda, GDO' ların çevre, dolayısıyla biyolojik çeşitlilik üzerinde bazı olumsuz etkilerinin
olduğu ortaya konulmuştur. Bunlar, GDO' ların özelliklerinin gen kaçışı, yabani tozlaşma,
yapay gen transferi ve melezleşmeye bağlı doğal sisteme bulaşması ve birikmesi, zararlılarda
dayanıklılığın artmasına bağlı olarak "süper yabani türlerin" ortaya çıkması, bitkilerde
dayanıklılığın gerilemesi, hedef olmayan türler ile yararlı böcek türlerinin zarar görmesi,
GDO genlerinin toprak ve su ekosisteme geçmesi, tek tipleşme şeklinde özetlenebilir.
1.5. T.C Anayasasında GDO
Türkiye Cumhuriyeti kanunları GDO ile ilgili düzenlemelere yer vermektedir. Bu
düzenleme tarım kanunu başlığı altında 18/4/2006 tarihinde yürürlüğe girmiştir.
MADDE 1 – Bu Kanunun amacı; tarım sektörünün ve kırsal alanın, kalkınma plân
ve stratejileri doğrultusunda geliştirilmesi ve desteklenmesi için gerekli politikaların tespit
edilmesi ve düzenlemeleri yapılmasıdır.
MADDE 2 – Bu Kanun, tarım politikalarının amaç, kapsam ve konularının
belirlenmesi; tarımsal destekleme politikalarının amaç ve ilkeleriyle temel destekleme
programlarının tanımlanması; bu programların yürütülmesine ilişkin piyasa düzenlemeleri,
finansman ve idarî yapılanmanın tespit edilmesi; tarım sektöründe uygulanacak öncelikli
araştırma ve geliştirme programlarıyla ilgili kanuni ve idari düzenlemelerin yapılması ve tüm
bunlarla ilgili uygulama usül ve esasları kapsar.
1.6.Olumsuz etkileri
GDO'ların ekosistem üzerindeki en yaygın olumsuz etkisini, polenlerinin yayılması
ya da tozlaşma etkisiyle genlerinin çeşitli şekillerde çevreye bulaşması riski oluşturmaktadır.
Genetiği değiştirilmiş tarımsal çeşitler ile bunların yakın akrabaları arasında doğal tozlaşma
yollarıyla melez çeşitler ortaya çıkabilmektedir. Paul Arriola ve Norman Ellstrand isimli
araştırmacılar, yaptıkları deneysel çalışma ile genetiği modifiye edilerek herbisite dirençli
hale getirilmiş kaba darısından (Sorghum bicolor) bu türün yakın akrabası olan Halep darısına
(S. Halepense), melezleşme sonucu gen kaçışının gerçekleştiğini göstermişlerdir (Freeman ve
Herron, 2002: 423). Bu durum, genetiği değiştirilmiş çeşitlerin özelliklerinin tozlaşma sonucu
kolaylıkla yakın akrabalarına bulaşabileceğini göstermektedir.
Sayfa | 5
İlaçlara ve tarım zararlılarına karşı dayanıklı hale getirilen GDO'ların özelliklerinin
diğer organizmalara geçme tehlikesinin bulunması, ekosistemdeki yararlı türlerin de zarar
görebileceğini gündeme getirmektedir. Tarlalardaki yabancı bitkiler değişik türde böcek, kus
ve memeliler için besin ve habitat özelliğindedirler. Çiftlik arazileri, kültür bitkileri yanında
çok değişik türler halinde değişik bitki ve bunları habitat (yaşam ortamı) olarak kullanan
mikroorganizma ve böcekleri kapsamakta ve bu özellikleri ile doğal yasamın sürdürülmesi
bakımından yaşamsal bir rol oynamaktadırlar. Şayet tarlalardaki tüm yabancı bitkiler
herbisitler yoluyla ortadan tümüyle kaldırılırsa birçok böcek ve kus türü yasama olanağı
bulamayabilir. Esasına bakılacak olursa biz insanların yabancı bitki veya yabancı ot olarak
tanımladığı kavram tamamen tarımsal literatüre uygun bir tanım olup yetiştirilmeye çalışılan
bir ürünün yetişme ortamında gelişen başka bir tür "yabancı" olarak tanımlanmaktadır. Yine
tarımsal arazi sınırlarında yaşamakta olan yaban türleri de tarımsal alanlarda yapılan
işlemlerden etkilenmektedirler. Zira Bt geni içeren bu tür transgenik bitkiler üzerindeki
asalakları yiyen bu yararlı böcekler ortadan kalkabilirler. Son araştırmalar monarch kelebeği
gibi polen dağılımında etken olan güzel kelebek türlerinin (hedef alınmayan canlıların)
transgenik bitki türlerinin (örneğin Bt-mısır)polenleri ile beslenmesi durumunda öldüklerini
göstermektedir. Bu nedenle Bt-ürünleri yararlı böcek populasyonları üzerine zararlı olmanın
yanı sıra bu böceklerle beslenen kus ve memeli türleri için besin zincirinin çökmesi nedeni ile
etkili olabileceklerdir. Bu çerçevede, Bt mısır polenleriyle beslenen kral kelebeği larvalarının
zarar gördüğü orta konulmuştur. Transgenik uygulamalara yönelik yaygın bir örnek roundap
ticari ismiyle piyasada satılan bir yabancı ot öldürücü olan glyphosate (herbisit) ve bu ilaca
dirençli soya fasulyesi kullanımı ile bakteriyal toksin geni içeren(Bacillus thurigensis ) ve
zararlı böceklere karşı dirençli "kılınan" Bt-mısır ve Bt-pamuktan bahsedilebilir. Geniş alanda
mevcut tarlaların glyphsate ile spreylenerek ilaçlanması sonucunda mühendislik ürünü olan
ilaca dirençli soya bitkilerinin dışındaki her tür bitki ortadan kaldırılmaktadır. Yerel ve
bölgesel biyoçeşitliliğin tekrar dengelenmesi yıllar alacağı, fakat bazı bilgisayar
modellemelerine göre de bitki ve hayvan populasyonlarının azalacağı öngörülmektedir. Bt
toksini hasattan sonra toprak parçacıklarına bağlanarak dirençli olmakta ve toprak
mikroorganizma populasyonlarını değiştirebilmektedir. Ancak bu gibi çalışmaların varlığına
rağmen Bt'nin çeşitlilik üzerine olan uzun erimli etkileri bilinmemektedir.
Yakın bir zamanda İrlanda'da yapılan uzun süreli bir araştırma sonucunda GD
patatesle beslenen farelerin bağışıklık sistemlerinin zarar gördüğü ve 34. nesilden itibaren
üreme fonksiyonlarının bozulduğu belirlenmiştir.
Sayfa | 6
2. Gen Transfer Teknikleri
2.1.Pronüklear mikroenjeksiyon yöntemi
Yöntem yabancı genetik materyalin bir hücreli aşamadaki embriyoların pronukleuslarına
direk olarak aktarılması olarak tanımlanmaktadır. Pronuklear mikroenjeksiyonla genin
aktarımında, genler genoma birkaç ile yüzlerce kopya arasında değişen sayıda rastgele
bölgelerden integre olmaktadır. Aktarılmış olan gen anneden yavruya aktarılarak
jenerasyonlar arası geçiş özelliği gösterebilmektedir. Yöntem ilk kez fareler üzerinde
çalışılmıştır. Alınan başarılı sonuçlar sonrasında koyun, sığır gibi çiftlik hayvanlarının
kullanıldığı çalışmalar yapıldığı bildirilmiştir.
Mikroenjeksiyon yönteminde transfer edilecek genin iki temel bölgeden oluşacak şekilde
hazırlanması gerektiği bildirilmektedir. İlk bölge protein kodlayan diziler olan exon ve protein
kodlamayan diziler olan intronlardan oluşur ve transkripsiyonel ünite olarak adlandırılır.
İkinci bölge promotor, enhancer, reporter olarak adlandırılan genin ekspresyonunu
kontrol eden düzenleyici elementlerin bulunduğu bölgedir. Promotor bölgeler transgenin
ekspresyon göstereceği bölgeleri ve zamanı belirleyen düzenleyici diziler olarak
tanımlanmaktadır. Enhancer bölgeler bulunduğu genin transkripsiyonunu arttıran dizilerdir.
Protein kodlayan diziler reporter olarak adlandırılır ve translasyon başlama kodunu, transgen
sonlandırma kodonu ile kozak dizisi olarak adlandırılan özel dizilerden oluşurlar.
Mikroenjeksiyon
zamanının
ve
uygulanacak
bölgenin
seçiminin
önemi
vurgulanmaktadır. Mikroenjeksiyon aşamasında dişi ve erkek pronukleusu görünür halde olan
bir hucreli aşamadaki embriyolar seçilmektedir.
Mikroenjeksiyonun dişiye göre ortalama iki kat büyüklükteki erkek pronukleusa 1-2
pikolitre olacak şekilde yapıldığı ve pronukleusun iki katı büyüklüğe ulaşmasının
mikroenjeksiyonun başarılı bir şekilde gerçekleştirildiği yönünde en önemli gösterge olduğu
bildirilmektedir. Aktarım başarısını etkileyen önemli diğer parametrenin mikroenjekte edilen
genin konsantrasyonu olduğu ve yüksek konsantrasyondaki genetik materyalin embriyoların
ölümüne sebep olduğu vurgulanmaktadır. Ortam ısısının da işlemin başarısını etkileyen
önemli bir diğer parametre olduğu bildirilmektedir. Pronuklear mikroenjeksiyon yönteminin
başarısında uygulamayı yapan araştırmacının deneyimli olmasının da önemli etkisinin olduğu
bildirilmektedir. Mikroenjeksiyon başarısı kadar, mikroenjekte embriyoların taşıyıcı dişilere
aktarımının da yöntemin başarısı üzerinde önemli etkisi vardır.
Pronuklear mikroenjeksiyon teknolojisinin, hayvan uygulamalarındaki başarısı
yöntemin insan embriyolarına gen aktarımı içinde uygulanabilir bir yöntem olduğu yönündeki
düşünceleri kuvvetlendirmiştir.
Sayfa | 7
2.2.Viral vektörlerle gen transferi tekniği
Hayvanlarda embriyonal dönemde, okaryotik viral vektörler aracılığı ile gen transferi
uygulamalarının yapılabildiği ve aktarılan genlerin genomik yapıya katılarak expresyonlarının
sağlandığı bildirilmektedir. DNA ve RNA karakterinde genetik materyal taşıyan viruslar
içerisinde en çok tercih edilen viral vektör RNA karakterli bir virüs olan retrovirustur.
2.3.Retroviral gen aktarımı
Retroviral gen aktarımı, erken gelişim dönemindeki embriyoların (8-16 hücre), aktarımı
yapılmak istenen gen bölgesini taşıyan rekombinant retroviral vektörler ile enfekte edilmesi
prensibine dayalı bir gen transfer yöntemdir.
Retrovirusler, yüksek integrayon kapasiteleri ve taşıdıkları genetik materyalin hedef
genoma tek kopya olarak integrasyon başarısının yüksek olması özellikleri nedeniyle ideal
taşıyıcılardır. Aktarımlar sırasında tek kopyanın genoma integrasyonunun mozaizim görülme
olasılığını ortaya çıkardığı bildirilmektedir.
Retroviral gen transferi yöntemi kullanılarak, sığır, koyun, tavuk, balık ve laboratuar
hayvanlarında başarılı gen transferi çalışmalarının yapıldığı bildirilmiştir. Genetik materyal
olarak RNA taşıyan rekombinant retroviruslerin hedefe aktarımı ile virüsün yapısında bulunan
viral ters trinskriptaz enziminin aktifleştiği ve RNA formundaki genetik materyalin DNA’ya
çevrilerek genoma integrasyonun gerçekleştiği bildirilmektedir.
Retroviral gen aktarım metodunda karşılaşılan en büyük problem virüsün fiziksel
hacminin getirdiği fiziksel kısıtlama sebebi ile yalnızca sınırlı büyüklükteki genetik materalin
aktarılabilmesidir. Transgenin büyüklüğünün 7 kb ile sınırlı olması nedeni ile bu aktarım
yöntemi
ile
ancak
küçük
gen
konstraktlarının
aktarımının
gerçekleştirilebileceği
bildirilmektedir.
Transfer edilmesi istenen geni taşıyan retrovirusların hazırlanmasının teknolojik
laboratuar gerektirmesi ve yöntemin maliyetinin yüksek olması yöntemin kullanımını
kısıtlayan dezavantajlardır. Bildirilen bütün dezavantajlarına rağmen retroviral gen aktarım
teknolojisi ile farklı türler arasındaki genetik materyalin aktarımı çalışmalardan elde edilen
başarılı sonuçlar, yöntemin ne kadar önemli olduğunu ortaya koymaktadır.
2.4.Embriyonik kök hücre yöntemi
Embriyonik kok hücreler blastosist aşamasındaki embriyoların iç hücre kitlesindeki
hücrelerden köken alan hücrelerdir. İç hücre kitlesi hücreleri pluripotent özellik gösteren uç
germ yaprağı olan endoderm, mezoderm ve ektodermden köken alan çoklu hücre tiplerine
Sayfa | 8
dönüşebilme yeteneğine sahip hücrelerdir. Ancak plasenta ve destekleyici dokuları oluşturma
yetenekleri yoktur. Bir başka deyişle ekstra embriyonik yapıları oluşturamazlar. Bu nedenle
pluripotent özellikteki bir embriyonik kok hücre birçok vücut hücresine (yaklaşık 220 çeşit
vücut hücresi) dönüşebilme yeteneğine sahip olmasına rağmen tam bir organizma oluşumu
gerçekleştiremez. Embriyonik kok hücreler, ilk kez Evans ve Kaufman adlı araştırıcılar
tarafından 1981yılında fare embriyolarından elde edilmiştir. Fare embriyonik kök hücrelerinin
elde edilmelerini takip eden yıllarda embriyo kaynaklı kok hücre terimi kullanılmaya
başlanmış ancak bu terim zamanla embriyonik kok hücre olarak değişmiş ve yerleşmiştir.
Embriyonik kök hücre yolu ile gen aktarımı; elektroporasyon veya transfeksiyon yolu
ile gen aktarımı yapılmış kok hücrelerin morula ya da blastula aşamasındaki bir başka
embriyoya aktarılması olarak tanımlanmaktadır.
Doğacak yavruların iki farklı embriyodan köken aldıkları için kimerik oldukları
bildirilmiştir. Her iki hücre grubunun oranı kimeralar arasında veya bir kimeranın dokuları
arasında farklılık göstermektedir. Embriyonik kök hücre ile gen aktarımının avantajlarından
biri, genetik manipülasyon sonuçlarının hücreler embriyoya verilmeden önce in-vitro olarak,
gerek farklılaşmamış hucrelerde gerekse farklılaşma esnasında izlenebilmesidir. Onemli bir
diğer avantajı ise istenen genin hedeflenmesi ile homolog rekombinasyonun şekillendirilmesi,
böylece hayvanın kendi geni ile onun homologu olan başka bir genin yer değiştirmesi
sağlanarak genetiği modifiye hayvanların geliştirilebilmesidir. Bu hayvan modelleri in-vivo
olarak karışık gelişim sisteminde hedef genlerin fonksiyonlarının çalışılmasına imkan sağlar.
2.5. Spermatozoa hücreleri aracılığı ile gen transferi
Spermatozoa hücreleri kullanılarak gen transferi yapılabileceğini bildirilen ilk calışma 1971
yılında Brackett ve ark. tarafından farelerde yapılmıştır. Sonraki yıllarda spermatozoa
hücreleri ile gen aktarımı yöntemi sığır, koyun, keçi, domuz gibi birçok çiftlik hayvanında
uygulanmış ve başarılı sonuçlar alınmıştır. Spermatozoaların yabancı bir geni yapısına katma
yeteneğinin yüksek olduğu ancak bunun mekanizması ile ilgi kesin bir bilgi bulunmadığı
bildirilmektedir.
Yöntemin uygulanışında transferi düşünülen gen spermatozoalar ile birlikte birkaç saat
inkube edilir. İnkubasyon sonunda gen transferi gerçekleşmiş olan spermatozoalar ile in-vitro
fertilizasyon işlemi yapılarak transgenin yumurtanın içerisine girmesi sağlanır. Spermatozoa
aracılığıyla gen transferi, yöntemin doğallığı nedeniyle en olumlu gen transfer tekniklerinden
biri olduğu düşünülmektedir. Özellikle domuzlar kullanılarak yapılan çalışmalarda oldukça
yüksek bir başarı elde edilmişken aynı başarıya sığırlarda ulaşılamamıştır.
Sayfa | 9
Bunun yanında kolay uygulanabilmesi ve ucuz olması yöntemin önemli avantajlarıdır.
Ancak, üreme alanı dışında bu hücrelerin varlığını sürdürebilme suresinin çok kısa olması ise
spermatozoa hücreleri ile gen transfer uygulamasının dezavantajı olarak bildirilmektedir.
2.6.Klonlama teknolojisi ile gen transferi
Klonlama teknolojisi ile gen transferinde kullanılan en temel teknik nukleer transferdir.
Nükleer transfer, verici anneden alınan dollenmemiş yumurtanın cekirdeğinin cıkarılması ve
kopyalanmak istenen başka bir organizmadan alınan hucrenin cekirdeğinin bu ici boşaltılmış
yumurtaya aktarılması yolu ile tüm organizmayı kopyalama prensibine dayalı bir tekniktir.
Nükleer transfer yapılan yumurtalar elektrofuzyon ve aktivasyon işlemlerinden sonra
in-vitro kültür ortamlarında kültüre alınırlar. Yöntemin uygulama anında hücrelerin hücre
döngüsünün hangi evresinde bulunduğunun nükleer transfer başarısını etkileyen en önemli
parametre olduğu bildirilmektedir.
2.7.Elektroporasyon
Hayvan hücrelerine yabancı DNA’nın transferinde kullanılan ve başarılı olduğu bildirilen
bir metodudur. Sözu edilen bu yöntemde hücre membranının geçirgen özelliğinden
yararlanılır.
Döllenmiş yumurtaya elektrik akımı verilerek membranda oluşan geçici porlardan DNA’
nın aktarımı sağlanmaktadır. Elektroporasyon yönteminin büyük tecrübeye ve manuplasyon
becerisine
sahip
olmaksızın
uygulanabilmesinin
tekniğin
önemli
avantajı
olduğu
bildirilmektedir.
3. Bitkilere Aktarılan Genlerin Özellikleri
3.1. Herbisite dayanıklı genlerin özellikleri
Herbisit türü olan glufosinate (Basta®) ile gerçekleştirilmiştir. Glufosinate’in sentetik
anoloğu bir bakteri türü olan Streptomyces hygroscopicus tarafından sentezlenmektedir. Aynı
bakteri, bu herbisite dayanıklılık genini de taşımakatdır. Yapılan çalışmalarda bakteriden bu
gen izole edilerek herbisite hassas bitkilere aktarılmıştır. Bu şekildemısır ve şekerpancarı
bitkileri herbisite toleranslı olarak elde edilmiştir.
Selektif bir herbisit olan metribuzin (Sencor®), soya, patates ve domates alanlarında
dikotiledon ve monokotiledon yabancı otların kontrolünde çıkış öncesi (pre-emergence)
uygulanmaktadır. Selektif özellikte olmasına rağmen yanlış uygulama sonucu çıkış sonrası
kullanımına ve bunun sonucu fitotoksite problemlerine rastlanmaktadır. Ayrıca, 450 g/ha
dozunda kullanılma zorunluluğu, aksi takdirde kültür bitkisine zarar verme riski sebebiyle
bazen optimum yabancı ot kontrolü sağlanamamaktadır. Hatta bazı kültür bitkilerine 15 g/ha
Sayfa | 10
dozunda bile fitotoksik olabilmektedir. Metribuzin, kontrol ettiği yabancı otlarda elektron
transportuna etki ederek fotosentezi engellemektedir. Bu herbisitin çıkış sonrası uygulanması
neticesinde bazı domates varyeteleri arasında herbisite toleranslılık bakımından çok büyük
farklılıklar belirlenmiştir. Bazı domates varyeteleri 100 g/ha dozuna bile hassasiyet
gösterirken, bazıları 6000 g/ha dozuna toleranslı bulunmuştur. Domatesin metribuzin
(Sencor®)’ e toleranslı olmasından sorumlu enzimin (MBZ N-glucosyl transferase) geninin
izole edilerek hassas bitkilere aktarılmasına çalışılmıştır.
Herbisitlere dayanıklı olarak geliştirilen diğer bazı bitki türleri ve elde ediliş
yöntemleri Çizelge 1’de verilmiştir.
Herbisit
Bromoxynil
Glufosinate
Glyphosate
Sulfonylureas
2.4 D
*Gen transformasyonu,
Bitki Türü
Tütün
Pamuk
Yonca
Arpa
Mısır
Yulaf
Pirinç
Şeker pancarı
Ayçiçeği
Buğday
Pamuk
Soya
Tütün
Kanola
Şeker pancarı
Pamuk
Tütün
Agrobacterium tumafaciens
Yöntem*
AT
AT
AT
PB
PB
PB
PB
AT
AT
PB
AT
AT
AT
AT
AT
AT
AT
bakterisi (AT), partikül
bombardımanı (PB) yöntemi kullanılarak gerçekleştirilmiştir.
Bitkilere 2,4-D detoksifikasyonunu mümkün kılan bakteri orijinli monooksigenaz
enzimi sentezlettirilerek bu herbisite dayanıklı tütün ve pamuk bitkileri geliştirilmiştir (Lyon
ve ark., 1989).
Mutant ALS genleri kullanılarak sulfonilurea tipi herbisitlere dayanıklı transgenik bitkiler,
psbA geni (Triazine dayanıklı yabancı otlardan ve siyanobakterilerden izole edilen) tütüne
aktarılarak triazine dayanıklı transgenik bitkiler,
Mutant aroA geni tütün ve domatese aktarılarak Glifosata dayanıklı transgenik bitkiler,
Memelilerde P450 monooksigenaz enziminin sentezinden sorumlu genin (ilaçları
metabolize eden) tütüne aktarılması ile herbiside dayanıklı transgenik bitkiler,
Sayfa | 11
Hedef molekülün yapısı aktarılan sentetik RNA/DNA mol.leri ile değiştirilerek
İmmidazolin bazlı herbisitlere dayanıklı tr mısır bitkileri geliştirilmiştir.
3.2.Böceklere dayanıklı genlerin özellikleri
En çok duyduğumuz diğer genetik modifiye bitki şekli; böcek dirençli transgenik bitki
geliştirmek. Bunun için kullanılabilecek birçok farklı yöntem var. Bugün bunlardan sadece bir
tanesi ticari olarak kullanılıyor. Bacillus thuringiensis (BT) delta endotoksinleri. Bilindiği
gibi, aslında bu Bacillus thuringiensis endotoksinleri, uzun süreden beri biyopestisit olarak da
kullanılabilmekte burada yapılan, bu toksik proteini üreten geni bitkilere koymak ve bitkilerde
direkt toksik proteini üretmek. Yani bu bakteri, toksik sporlar üretmekte, bu toksik sporlar
formülasyon haline getirilip doğaya püskürtülmekte ve biyolojik kontrol ajanı olarak
kullanılmaktadır. Burada yapılan, bu toksik proteini üreten geni bitkilere entegre etmek ve
bitkilerde direkt toksik proteini üretmek.
Transgenik bitkinin zararlıya daha dayanıklı olduğu görülüyor.
Entomopatojen bakteri türü olan Bacillus thuringiensis (Bt) kullanılmaktadır. Bt, gram
pozitif ve endospor oluşturma özelliğinde bir bakteridir. Endosporun oluşturulması sırasında
bakteri kristal görünümlü bir toksin (endotoksin) sentezler (Lal ve Lal, 1993). Geçmiş yıllarda
Bt’nin farklı böcek türlerinden değişik ırkları izole edilmiş, ticari preparat haline getirilmiş ve
zararlı böceklerin kontrolü için kullanılmaya başlanmıştır. Bt preparatlarının biyoinsektisit
olarak pratikte kullanılmasını sınırlayan bazı sebepler vardır. Bunlardan en önemlisi, Bt
preparatlarının uygulama sonrası çevresel etkenler (sıcaklık, UV ışınları) nedeniyle
kalıcılığının düşük olmasıdır. Bu tip problemler sebebiyle Bt endotoksin geni klonlanarak
Sayfa | 12
bitkilere aktarılmaya başlanmış ve Bt genini içeren ilk transgenik bitki (tütün), 1987 yılında
Agrobacterium tumafaciens T-DNA’sının vektör olarak kullanılmasıyla Belçika’daki bir
biyoteknoloji şirketi tarafından elde edilmiştir.
Böceklere dayanıklı bitkilerin elde edilmesinde diğer bazı stratejilerden de
yararlanılmaya çalışılmaktadır. Örneğin bitkilerin bazıları böceklere toksik maddeler
içeririler. Bunlar; proteaz inhibitörleri, lektinler, kolesterol oksidaz, lipoksigenazlardır. Bu
grup proteinler bitkiler arasında yaygındır ve Bt toksinleri gibi böceklerin sindirim sistemine
zararlıdırlar. Özellikle Lepidoptera, Coleoptera ve Orthoptera takımlarındaki böceklere
etkilidirler. Böcek tarafından zarar görmüş bitki dokusu etrafında, fizyolojik değişimler
sonucunda protein yapısında maddeler birikmeye başlamaktadır. Solanaceae ve Leguminosae
familyalarındaki proteinaz inhibitörleri bunlara örnek olarak verilebilir (Lindsey ve Jones,
1992). Son yıllarda bu proteinleri kodlayan genlerin bitkilere aktarılmasına çalışılmaktadır.
3.3. Virüslere dayanıklı genlerin özellikleri
Klasik ıslah çalışmaları sonucunda elde edilen virüse dayanıklı bitkiler zamanla
virüsün genomik yapısında meydana gelen değişimler sebebiyle etkisiz hale gelebilmektedir.
Örneğin Domates mozayik virüsü’ne dayanıklılık ile ilgili gen (Tm-2), virüsün transport
proteininde iki aminoasidin yer değiştirmesi sonucu dayanıklı bitkilerde etkisini kaybetmiştir.
Aynı anda birden fazla virüs türüne dayanıklı bitkilerin elde edilmesi mümkün hale
getirilmiştir. Domates lekeli solgunluk virüsü ve Şalgam mozayik virüsü genomlarına ait
nükleotid dizilerini birlikte içeren kimerik bir gen bölgesi kullanılarak her iki virüse birden
dayanıklılık özelliğine sahip bitkiler elde edilmiştir (Jan ve ark., 2000). Ayrıca, Domates
mottle virüsü ve Domates sarı yaprak kıvırcıklık virüsü gibi birden fazla Geminivirüs için
dayanıklı bitkilerin elde edilmesi yönünde çalışmalar devam etmektedir (Moffat, 2001).
Sayfa | 13
KAYNAKLAR
1. Genetik Yapısı Degistirilmis Organizmalar (GDO) ve Tespit Yöntemleri
OKUMUS Levent MERCAN
Ahmet
Ondokuz Mayıs Üniversitesi, Ziraat Fakültesi,
Zootekni Bölümü, Biyometri- Genetik Anabilim Dalı
2. Gen Transfer Teknolojileri Korhan ARSLAN 1, Bilal AKYUZ 2
1 Erciyes Üniversitesi Veteriner Fakültesi, Genetik Anabilim Dalı, Kayseri-TÜRKİYE
2 Erciyes Üniversitesi Veteriner Fakültesi, Zootekni Anabilim Dalı, Kayseri-TÜRKİYE
3. Genetik Yapısı Değiştirilmiş Bitkiler ve Bitki Koruma Amaçlı Kullanımı Miray ARLI
SÖKMEN Ondokuz Mayıs Üniversitesi Ziraat Fakültesi Bitki Koruma Bölümü,
Samsun
4. Herbisitlere Dayanıklı Transgenik Bitkiler
Gizem Hacumuto Yıldız Teknik
Üniversitesi Biyoloji Bölümü
5. Herbisitlere Dayanıklı Transgenik Bitkilerin Geliştirilmesi
ÖZGE ÇELİK Haliç Üniversitesi Moleküler Biyoloji ve Genetik Bölümü
Sayfa | 14