TÜBİTAK-BİDEB Y.İ.B.O. ÖĞRETMENLERİ (FEN VE TEKNOLOJİ, FİZİK, KİMYA, BİYOLOJİ VE MATEMATİK) PROJE DANIŞMANLIĞI EĞİTİMİ ÇALIŞMA PROGRAMI ÇALIŞTAY 2009–2 23–30 HAZİRAN 2009 Proje Adı BİYOTEKNOLOJİ VE GENETİK MÜHENDİSLİĞİ İLE İLGİLİ BAZI KAVRAMLARIN ANLAŞILMA DÜZEYİ Proje Grubu ADAPTASYON Proje Grubu Üyeleri Hacer YİĞİT Yavuz ÇİÇEK İbrahim EKER Proje Danışmanları Prof. Dr. Yavuz BEYATLI Prof. Dr. Nusret AYYILDIZ PROJE RAPORU 23-30 Haziran 2009 TÜSSİDE-GEBZE İÇİNDEKİLER ÖZET …………………………………………………………………...……………… 3 PROJENİN AMACI …………………………………………………………………… 3 GİRİŞ…………………………………………………………………………………… 3 YÖNTEM………………………………………………………………………………. 5 SONUÇLAR VE TARTIŞMA…………………………………………………………10 TEŞEKKÜR……………………………………………………………………………19 KAYNAKLAR…………………………………………………………………………19 2 BİYOTEKNOLOJİ VE GENETİK MÜHENDİSLİĞİ İLE İLGİLİ BAZI KAVRAMLARIN ANLAŞILMA DÜZEYİ ÖZET Biyoteknoloji ve Genetik Mühendisliği ile ilgili Gen, Nanoteknoloji, DNA, Klonlama, Kök Hücre, Genetiği Değiştirilmiş Organizma, Mutasyon ve Dominant Gen kavramlarının anlaşılma düzeyleri, fen ve teknoloji öğretmenleri ile diğer meslek gruplarından kişilere anketle sorularak belirlenmeye çalışıldı. Anket sorularına öğretmenlerin verdiği cevapların doğruluk oranı, nanoteknoloji terimi için %50, diğer terimler için ise %90 ile %100 arasında; diğer meslek gruplarının doğruluk oranı ise %33 ile %73 arasında değiştiği tespit edildi. Doğruluk oranı en düşük olan terim, her iki grup için de nanoteknoloji olarak belirlendi. PROJENİN AMACI 21. yüzyılda en çok sözü edilecek ve gündelik hayatımızda en fazla karşılaşacağımız bilim alanı biyoteknoloji ve genetik mühendisliği olacaktır. Bu nedenle konuyu öğreten ve öğrenenlerin bilinçlendirilmesi, bu bilim alanı ile ilgili ve sıkça kullanılan terimleri doğru anlaması ile mümkün olacaktır. Projede bu bilim dallarına ait bazı kavramların ne derecede anlaşıldığını araştırarak; toplumun bilinçlendirilmesi ve bu kavramların doğru anlaşılmasını sağlamak amaçlanmıştır. GİRİŞ Biyoloji canlıları inceleyen bir bilim dalıdır. Günümüzde, biyoloji biliminin alt dallarından olan biyoteknoloji ve genetik mühendisliği giderek önem kazanmıştır. Biyoteknoloji ve genetik mühendisliği alanlarında yapılacak çalışmalar Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Kurumu’nun öncelikli araştırma alanları içerisinde de yer almaktadır. Yazılı - görsel basında ve eğitim programlarında bu kavramlar sıklıkla kullanılmaktadır. 3 Biyoteknoloji; hücre ve doku kültürü, moleküler biyoloji, mikrobiyoloji, genetik, fizyoloji ve biyokimya gibi doğa bilimleri yanında mühendislik ve bilgisayar mühendisliğinden yararlanarak, rekombinant DNA teknolojisiyle bitki, hayvan ve mikroorganizmaları geliştirmek, doğal olarak var olmayan veya ihtiyacımız kadar üretilemeyen yeni ve az bulunan maddeleri elde etmek için kullanılan teknolojilerin tümüdür [1]. Genetik mühendisliği ise canlıların kalıtsal özelliklerinin değiştirilerek, onlara yeni işlevler kazandırılmasına yönelik araştırmalar yapan bilim alanıdır. Bu uygulamalarla uğraşan bilim insanlarına "genetik mühendisi" denir. Genetik mühendisleri, genlerin yalıtılması, çoğaltılması, farklı canlıların genlerinin birleştirilmesi ya da genlerin bir canlıdan başka bir canlıya aktarılması gibi çalışmalarla uğraşırlar. Genetik mühendisliği için, rekombinant DNA teknolojisi, gen klonlaması, DNA klonlaması, genetik manipülasyon/modifikasyon veya gen ekleme birçok bilim insanınca eş anlamlı olarak kullanılabilmektedir [2]. İnsan soyu, bugünkü teknolojik ve bilimsel olgunluğa erişinceye kadar geçen sürede, kendi yaşamını iyileştirmek için pek çok araştırma ve çalışmalar yapmıştır. Çünkü dünyada zekâsını kullanarak somut işler yapma yeteneğine sahip tek canlı insandır. Dünden bugüne insanoğlu, bitki ve hayvanları ıslah etmiş; daha iyi meyve, daha çok süt, yumurta ve et elde etmek için onların kuşaklarını kültürel yöntemler kullanmak suretiyle iyileştirmeye çalışmış ve büyük ölçüde de başarılı olmuştur. Bir rastlantı sonucu bulunan kimera (aşı tekniği) ile iyi meyve veren bitkiden alınan bir kromozomun ya da bir parçanın, ayrı bitkiye aktarımı sayesinde daha verimli türler elde edilmiştir. İlk defa Mısır ve Meksika’da yapılan yapay tozlaşma ve hayvan çaprazlamaları gen teknolojisinin ilk aşaması olup, günümüzde yeni teknikler sayesinde hâlâ güncelliğini korumakta, biyoteknoloji ve gen mühendisliğinin önemi daha da artmaktadır. Önceleri birkaç araştırmayla başlayan biyoteknoloji, şimdi hızlı büyüyen bir sektör haline gelmektedir [3]. Uygulamalar arasında; • İnsan sağlığına yönelik olarak proteinlerin üretilmesi • Bazı hormon, antikor, vitamin ve antibiyotik üretilmesi 4 • Çok zor şartlara sahip çevrelerde (sıcak, kurak, tuzlu v.b.) yaşayan organizmaların enzimlerini ve biyomoleküllerini saflaştırarak bunların sanayide kullanılması • Yeni sebze ve meyve üretimi • İnsandaki zararlı genlerin uzaklaştırılması • Aşı, pestisit, tıbbi bitki üretimi bulunmaktadır [1]. Yukarıda belirtilen uygulama alanları ile güncel hayatımızda önemli bir yer tutan biyoteknoloji ve genetik mühendisliğinde sık kullanılan bazı terimler seçilerek, kavramların anlaşılması için bu proje planlanmıştır. YÖNTEM Biyoteknoloji ve genetik mühendisliği ile ilgili terimler, ilköğretim 6,7 ve 8. sınıflarda okutulan Fen ve Teknoloji ders kitapları da dikkate alınarak ve Biyoloji Terimler Sözlüğü [4] taranarak seçildi. Bu terimler ekteki anket formunda gösterilmiştir. Seçilmiş olan terimler hakkındaki düşünceler araştırılarak, anlama düzeylerini belirlemek üzere 30 Fen ve Teknoloji öğretmeni ile öğretmenler dışında, çeşitli eğitim düzeylerine sahip 30 kişiye aşağıda belirtilen sorular yöneltildi. Daha sonra araştırmaya katılanların düşünceleri tasnif edildi. Ankette 8 bilimsel kavram ile her kavrama ait 3 soru soruldu. Anket örneği aşağıdaki gibidir. BİYOTEKNOLOJİ VE GENETİK MÜHENDİSLİĞİ İLE İLGİLİ KAVRAMLAR ANKETİ Yaşınız: Mesleğiniz: Öğrenim Durumunuz: KAVRAMLAR SORULAR CEVAPLAR Gen nedir? Gen Nereden öğrendiniz? 5 Hangi bilim alanı ile ilgilidir? Nanoteknoloji nedir? Nanoteknoloji Nereden öğrendiniz? Hangi bilim alanı ile ilgilidir? DNA nedir? DNA Nereden öğrendiniz? Hangi bilim alanı ile ilgilidir? Klonlama nedir? Klonlama Nereden öğrendiniz? Hangi bilim alanı ile ilgilidir? Kök hücre nedir? Kök hücre Genetiği değiştirilmiş organizma Nereden öğrendiniz? Hangi bilim alanı ile ilgilidir? Genetiği değiştirilmiş organizma ne demektir? Nereden öğrendiniz? Hangi bilim alanı ile ilgilidir? Mutasyon nedir? Mutasyon Nereden öğrendiniz? Hangi bilim alanı ile ilgilidir? Dominant gen nedir? Dominant gen Nereden öğrendiniz? Hangi bilim alanı ile ilgilidir? Ankette belirtilen soruların cevapları bilimsel anlamları literatür bilgilerinden yararlanılarak Tablo 1’de gösterilmiştir. Tablo 1. Terimler ve açıklamaları. 6 Gen, bir kalıtım birimi. Genom dizisinde yeri tanımlanabilen, transkripsiyonu yapılan, düzenleyici ve/veya fonksiyonel bölgeleri olan bir bölgedir. Gen regülasyonu ve transkripsiyonunun karmaşıklıklarını içeren, yeni ve öz bir tanıma göre gen, "aynı sınıftan (protein veya RNA) işlevsel ürünler şifreleyen, potansiyel olarak birbiriyle örtüşen, genom dizilerinin birleşimidir". Gen, kalıtımın temel fiziksel ve işlevsel birimidir. Her gen, protein veya RNA molekülü gibi özel bir işlev taşıyan kromozomların belli bir noktasındaki nükleotid dizilerinden oluşur. Nanoteknoloji maddeyi atomik ve moleküler seviyede kontrol etme bilimidir. Genel olarak 100 nm ve daha küçük boyutta malzeme ve aygıt geliştirmekle ilgilidir. 1 nm, metrenin milyarda biridir. Nanoteknoloji birçok alanı kapsayan bir bilim dalıdır. Aygıt fiziği, malzeme bilimi, elektronik, kimya, biyoloji gibi dallardan bilim dallarından araştırmacılar, nanoteknoloji çalışmaları yapmaktadır. Deoksiribonükleik asit (DNA), tüm organizmalar ve bazı virüslerin canlılık işlevleri ve biyolojik gelişmeleri için gerekli olan genetik talimatları taşıyan bir nükleik asittir. Protein ve RNA gibi hücrenin diğer bileşenlerinin oluşturması için gerekli olan bilgileri içermesinden dolayı DNA bir kalıba benzetilir. Bu genetik bilgileri içeren DNA parçaları gen olarak adlandırılır. 7 Klonlama, bir organizmanın, hücrenin ya da hücrelerin bir atadan ya da stoktan eşeysiz olarak genetik anlamda kopyalanması. Klon ise; tek bir bireyden eşeysiz üreme yoluyla üretilmiş, genetik yapısı birbirinin tıpatıp aynı olan canlı topluluğuna karşılık gelen bir biyoloji terimidir. Kök hücreler vücudumuzda bütün dokuları ve organları oluşturan ana hücrelerdir. Henüz farklılaşmamış olan bu hücreler sınırsız bölünebilme ve kendini yenileme, organ ve dokulara dönüşebilme yeteneğine sahiptir. Bu özellikleri bakımından kök hücreler kanser, sinir sistemi hastalıkları (Alzheimer) ve hasarları, metabolik hastalıklar (diyabet), organ yetmezlikleri, romatizmal hastalıklar, kalp hastalıkları, kemik hastalıkları ve daha birçok alanda kullanıma sahiptirler. Günümüzde bu hastalıkların bazılarının tedavisinde organ veya doku nakilleri yapılmaktadır. 8 Genetiği Değiştirilmiş Organizmalar Genetik mühendisliğinin çeşitli teknikler kullanarak yaptığı müdahalelerle kalıtımsal değişikliğe uğrattığı organizmalar günümüzde, İngilizce'de GMO. (Genetically Modified Organism), Türkçe'de G.D.O. (Genetiği Değiştirilmiş Organizmalar) kısaltılmış adıyla ifade edilmektedir. Bu teknikler rekombinant DNA ya da "rekombinant DNA teknolojisi" olarak bilinirler. Rekombinant DNA teknolojisi sayesinde DNA molekülleri tüpte (In vitro), yani canlı organizmanın ya da hücrenin dışında, yeni bir tür yaratmak üzere bir molekül içinde bir araya getirilebilmektedir. Bu DNA da bir organizmaya aktarıldığında değiştirilmiş özellikleri ya da kendine özgü özellikleri olan bir canlının ortaya çıkmasını sağlamaktadır. Mutasyon, canlının genetik bilgisinde meydana gelen ve kuşaktan kuşağa aktarılan kalıtsal değişmelerdir. Bireyin, kalıtsal özelliklerinin ortaya çıkmasını sağlayan genetik şifre, herhangi bir nedenden dolayı (X ışını, radyasyon, ultraviyole, bazı ilaç ve kimyasallar, ani sıcaklık değişimleri vb. maddelerle) bozulabilir. Bu durumda DNA’nın sentezlediği protein veya enzim bozulur. Böylece canlının, proteinden dolayı yapısı, enzimlerinden dolayı metabolizması değişebilir. Bir gen mutasyona uğradıktan sonra kararlı hale gelir ve tekrar eski haline dönmek için herhangi bir eğilim göstermez. Mutasyonlar, kalıtsal materyalin normal kombinasyonunu değiştirmeyen, kalıtsal yapıda meydana gelen bütün değişikliklerdir. 9 Dominant gen, Heterozigot genotipte kendini gösteren genlere "baskın (dominant) gen" adı verilir. Baskın genleri göstermek için büyük harfler kullanılır. (AA veya GG), SONUÇLAR VE TARTIŞMA Biyoteknoloji ve genetik mühendisliği ile ilgili bazı kavramların anlaşılma düzeyi belirlemek üzere gen, nanoteknoloji, DNA, klonlama, kök hücre, genetiği değiştirilmiş organizma, mutasyon, dominant gen terimleri seçildi. Bu terimlerin anlamları Tablo 1’de verildi. Ankette sorulan soruların cevapları da bu çerçevede değerlendirilmiştir. Ankette sorulan sorular ve bu terimlere ilişkin cevaplar, aşağıda her bir terim için ayrı olarak değerlendirilmiştir. Ankette incelenen kavramların anlaşılırlık düzeyleri ile ilgili olarak verilen cevapların grafikle gösterimi aşağıda verilmiştir. (Şekil 1-16). Gen Nedir? GEN (Fen ve Tekn. Öğrt) 7% D Y 93% Şekil 1. Gen kavramının Fen ve Teknoloji öğretmeleri tarafından anlaşılma durumu Gen kavramının öğretmenlerin %93’ü tarafından doğru anlaşıldığı belirlenmiştir. 10 GEN (Çeşitli Meslek Grupları) 20% 40% D Y F.Y 40% Şekil 2. Genin çeşitli meslek grupları tarafından anlaşılma durumu. Bu grafiğe göre; ankete katılanların %40’nın doğru, %40’nın ise yanlış öğrendiği ve % 20’sinin konu hakkında bilgisi olmadığı anlaşılmıştır. Nanoteknoloji Nedir? NANOTEKNOLOJİ(Fen ve Tek. Öğrt.) 7% D Y 43% 50% F.Y Şekil 3. Nanoteknoloji kavramının Fen ve Teknoloji öğretmeleri tarafından anlaşılması Nanoteknoloji kavramının öğretmenlerin yarısı tarafından (%50) anlaşıldığı, yarısı tarafından (%50) anlaşılmadığı veya kavram hakkında bilgisi olmadığı sonucuna varılmıştır. 11 NANOTEKNOLOJİ(Çeşitli Meslek Grupları) 33% 37% D Y F.Y 30% Şekil 4. Nanoteknoloji kavramının çeşitli meslek grupları tarafından anlaşılma durumu. Nanoteknoloji kavramının çeşitli meslek grupları arasında %33 ‘ü tarafından anlaşıldığı %67 ‘si tarafından anlaşılmadığı sonucuna varılmıştır. DNA Nedir? DNA (Fen ve Tek. Öğrt.) 3% D Y 97% Şekil 5. DNA kavramının Fen ve Teknoloji öğretmeleri tarafından anlaşılma durumu DNA kavramının öğretmenlerin büyük çoğunluğu (% 97) tarafından anlaşıldığı sonucuna varılmıştır. 12 DNA (Çeşitli Meslek Grupları) 3% 43% D Y F.Y 54% Şekil 6. DNA kavramının çeşitli meslek grupları tarafından anlaşılma durumu. DNA kavramının çeşitli meslek grupları arasından %43 ‘ü tarafından anlaşıldığı %57 ‘si tarafından anlaşılmadığı sonucuna varılmıştır. Klonlama Nedir? KLONLAMA(Fen ve Tek. Öğrt.) 7% D Y 93% Şekil 7. Klonlama kavramının Fen ve Teknoloji öğretmeleri tarafından anlaşılması Klonlama kavramının öğretmenlerin büyük çoğunluğu (% 93) tarafından anlaşıldığı sonucuna varılmıştır. 13 KLONLAMA(Çeşitli Meslek Grupları) 10% 17% D Y F.Y 73% Şekil 8. Klonlama kavramının çeşitli meslek grupları tarafından anlaşılma durumu. Klonlama kavramının çeşitli meslek grupları arasından %73 ‘ü tarafından anlaşıldığı %27 ‘si tarafından anlaşılmadığı sonucuna varılmıştır. Kök Hücre Nedir? KÖK HÜCRE(Fen ve Tek. Öğrt) 7% 3% D Y F.Y 90% Şekil 9. Kök hücre kavramının Fen ve Teknoloji öğretmeleri tarafından anlaşılma durumu Kök hücre kavramının öğretmenlerin büyük çoğunluğu (% 90) tarafından anlaşıldığı sonucuna varılmıştır. 14 KÖK HÜCRE(Çeşitli Meslek Grupları) 33% 34% D Y F.Y 33% Şekil 10. Kök hücre kavramının çeşitli meslek grupları tarafından anlaşılma durumu. Kök hücre kavramının çeşitli meslek grupları arasından %34 ‘ü tarafından anlaşıldığı %66 ‘sı tarafından anlaşılmadığı sonucuna varılmıştır. Genetiği Değiştirilmiş Organizma Nedir? GENETİĞİ DEĞİŞTİRİLMİŞ ORGANİZMA(Fen ve Tek. Öğrt.) 10% D Y 90% Şekil 11. Genetiği değiştirilmiş organizma kavramının Fen ve Teknoloji öğretmeleri tarafından anlaşılma durumu Genetiği değiştirilmiş organizma kavramının öğretmenlerin büyük çoğunluğu (% 90) tarafından anlaşıldığı sonucuna varılmıştır. 15 GENETİĞİ DEĞİŞTİRİLMİŞ ORGANİZMA(Çeşitli Meslek Grupları) 17% D Y F.Y 23% 60% Şekil 12. Genetiği değiştirilmiş organizma kavramının çeşitli meslek grupları tarafından anlaşılma durumu. Genetiği değiştirilmiş organizma kavramının çeşitli meslek grupları arasından %60’ı tarafından anlaşıldığı %40’ı tarafından anlaşılmadığı sonucuna varılmıştır. Mutasyon Nedir? MUTASYON(Fen ve Tek. Öğrt) 0% D Y 100% Şekil 13. Mutasyon kavramının Fen ve Teknoloji öğretmeleri tarafından anlaşılma durumu Mutasyon kavramının öğretmenlerin tamamını tarafından(% 100) anlaşıldığı sonucuna varılmıştır. 16 MUTASYON(Çeşitli Meslek Gupları) 33% 40% D Y F.Y 27% Şekil 14. Mutasyon kavramının çeşitli meslek grupları tarafından anlaşılma durumu. Mutasyon kavramının çeşitli meslek grupları arasından %40’ı tarafından anlaşıldığı %60’ı tarafından anlaşılmadığı sonucuna varılmıştır. Dominant Gen Nedir? DOMİNANT GEN(Fen ve Tek. Öğrt) 0% D Y 100% Şekil 15. Dominant gen kavramının Fen ve Teknoloji öğretmeleri tarafından anlaşılma durumu Dominant gen kavramının öğretmenlerin tamamını tarafından(% 100) anlaşıldığı sonucuna varılmıştır. 17 DOMİNANT GEN(Çeşitli Meslek Grupları) 30% D Y F.Y 3% 67% Şekil 16. Dominant gen kavramının çeşitli meslek grupları tarafından anlaşılma durumu. Dominant gen kavramının çeşitli meslek grupları arasından %67’si tarafından anlaşıldığı, %33’ü tarafından anlaşılmadığı sonucuna varılmıştır. Yapılan anket sonucunda; kavramların öğretmenler tarafından doğru olarak anlaşılma düzeylerinin genel olarak %90 ile %100 arasında olduğu görüldü. Yalnızca “Nanoteknoloji” kavramının %50 oranla doğru anlaşıldığı tespit edildi. Aynı anket, diğer meslek gruplarından kişilere uygulandığında ise kavramların doğru olarak anlaşılma düzeyinin %33 ile %73 arasında değiştiği görüldü. Her iki grupta da en az anlaşılan kavramın “Nanoteknoloji” olduğu belirlendi. Bilinmeyen kavramların anlaşılma düzeylerinin artırılabilmesi için; erken dönemde görsel, işitsel ve diğer duyulara hitap edilecek şekilde eğitim öğretim tekniğinin kullanılması gerektiği sonucuna varıldı. Çocuk, öğrenci, yetişkin, öğretmen üzerinde çalışmalar yapan araştırmacılar [5,6] tüm yaş gruplarında alternatif düşünceler olduğunu ve bunların değişiminde dirençle karşılaşıldığını tespit etmişlerdir. Genellikle yaşça büyük insanların sahip oldukları kavram yanılgıları önceki alternatif düşüncelerinin ileri biçimleridir [7,8]. Dolayısıyla Fen ve teknoloji öğretmenleri dışındaki meslek gruplarının cevapları dikkate alındığında, kavram yanılgılarının en alt düzeyde olabilmesi için, bu konuyla 18 ilgili eğitimin ilk basamaklarında düşüncelerin ve anlamlarının doğru kavratılmasında daha fazla duyu organlarına hitap edilecek şekilde aktarılmasında fayda vardır. TEŞEKKÜR Bu çalıştayı düzenleyen Prof. Dr. Mehmet AY’a ve çalışma arkadaşlarına, proje çalışmalarımızda yardımlarını esirgemeyen Prof. Dr. Yavuz BEYATLI ve Prof. Dr Nusret AYYILDIZ’a teşekkür ederiz. KAYNAKLAR 1. Demirtaş. M., (2005), 2000’li Yılların Bilimi: Biyoteknoloji, http://www.egitimportali.com/koseyazisi.php?yazi_no=181 2. Temizkan, G., (2009), Genetik Mühendisliği http://tr.wikipedia.org/wiki/Genetik_m %C3%BChendisli%C4%9Fi#Kaynak.C3.A7a 3.(http://www.fenokulu.net/portal/Sayfa.php? Git=KonuKategorileri&Sayfa=KonuBaslikListesi&baslikid=48&KonuID=236) 4. Karol, S., Suludere, Z., Ayvalı, C., (2007), Biyoloji Terimleri Sözlüğü, TDK Yayınları Ankara, Nu 699, 1067 sayfa. 5. Arons, A. (1981). Thinking, reasoning and understanding in introductory physics courses. Physics Teacher, 166-172. 6. Champagne, A., Gunstone, R., Klopfer, L. (1983). Naive knowledge and science learning. Research in Science and Technological Education, 1 (2), 173-183. 7. Stepans, J., Beiswenger, R., Dyche, S. (1970). Misconceptions die hard. The Science Teacher, 37, 65-69. 8. Clough, E., Driver, R., Wood-Robinson, C. (1987). How do children’s scientific ideas change over time? School Science Review. 69, 255-267. Prof. Dr. Yavuz BEYATLI Prof. Dr. Nusret AYYILDIZ 19