C H A P T E R

PowerPoint® Lecture by:

Melissa Rowland-Goldsmith

Chapman University

Biyoteknolojiye

Giriş

1

Aslı Sade Memişoğlu

© 2013 Pearson Education, Inc.

İçerik

• 1.1 Biyoteknoloji nedir?

• 1.2 Biyoteknolojinin türleri

• 1.3 21. yy’da biyolojik zorluklar

• 1.4 Biyoteknoloji işgücü

© 2013 Pearson Education, Inc.

1.1 Biyoteknoloji nedir?

• Biyoteknoloji – canlı organizmaları veya

onların ürünlerini insanlık yararına

kullanarak, bir ürün elde etmek veya

problemi çözmektir

• Tarihsel örnekler

– Fermentasyon

– Bitki/hayvan ıslahı = yapay seçilim

– Antibiyotik kullanımı

© 2013 Pearson Education, Inc.

• Biyoteknoloji örnek – Yapay seçilim

• Casper balığı kanser hücrelerinin göç etme özelliklerini çalışmak için normal zebra balığına göre çok daha kullanışlıdır. Sizce neden?

Normal zebra balığı "Casper" zebra balığı –

yapay seçilimle üretilmiş

1.1 Biyoteknoloji nedir?

(a) (b)

© 2013 Pearson Education, Inc.

1.1 Biyoteknoloji nedir?

• Bu ağaca

dayanarak,

sadece biyoloji

çalışarak biyotek

endüstrisinde

başarılı olabilir

misiniz?

UYGULAMALAR

İlaç/Sağlık

Biyofarma

Gen tedavisi

Gen susturma denemeleri

Fermentasyon teknolojisi

Düzenleme/Onay/denetim

ABD gıda ve ilaç kurumu

Çevre Koruma Derneği

ABD Tarım Dairesi

İş güvenliği ve sağlık kurumu

Tespit

Adli tıp

DNA parmak izi

Hastalık DNA tespiti

Tür üyelerinin tespiti

Tarım biyoteknolojisi

Trangenik ürünler

Tohumların DNA takibi

Transgenik hayvanlar

Çevre ve Su

Tarım

Biyoremediasyon

Transgenik değişimler

Biyoekstraksyon

İlaç geliştirme

Biyoinformatik

Yüksek girdili tarama

Hücre kültürü ve insan deneyleri

Biyoloji ve biyoinformatik

analizler yoluyla Genetik

Mühendisliği

İnsan, hayvan,

bitki fizyolojisi

Matematik

Genetik

İmmünolojiİstatistik

Moleküler ve

hücre biyolojisi

Fizik

Biyokimya

Mikrobiyoloji

Bilgisayar bilimi

Kimya

mühendisliği

© 2013 Pearson Education, Inc.

1.1 Biyoteknoloji nedir?

• Modern Örnekler

– Gen klonlama

– Genetik mühendisliği

– Rekombinant DNA teknolojisi

– İnsan genom projesi

© 2013 Pearson Education, Inc.

1.1 Biyoteknoloji nedir?

• Rekombinant DNA teknolojisi, biyoteknolojiyi bir

endüstriye dönüştürmüştür

• Uygulama örnekleri

– Hastalığa dayanıklı bitki geliştirilmesi

– Daha verimli tarım ürünleri geliştirme

– «altın pirinç» besin değeri mühendislikle artırılmış

– Çevre kirliliğine yol açan maddeleri parçalayan

genetiği değiştirilmiş bakteriler

• Hayal kuralım?

• Aşağıdaki 2 kromozom üzerinde çeşitli hastalıklara yol açan gen bölgeleri belirtilmiştir

– Aşağıdaki adresten tüm kromozomlarda bilinen bu tip bölgeler incelenebilir

• http://ghr.nlm.nih.gov/chromosome

© 2013 Pearson Education, Inc.

1.1 Biyoteknoloji nedir?

© 2013 Pearson Education, Inc.

1.1 Biyoteknoloji nedir?

• Çoğu ilaç insanları etkileyen hastalıklarla mücadele

için geliştirilmektedir – Neden?

• En fazla ilaç adayı hangi hastalık için geliştirilmiştir?

– Neden?

© 2013 Pearson Education, Inc.

1.1 Biyoteknoloji nedir?

• İstenilen proteini üretmek için genetiği

değiştirilmiş hücreler kullanılır

İlgili gen

Bakteri veya

memeli

hücresine

aktar

Hücreler kültür

kaplarında büyütülür

Fermentasyon ünitesinde

büyütülen hücreler ilgili

proteini üretir

İlgili geni içeren

hücreler

fermentasyon

ünitesinde

büyütülür

İlgili

rekombinant

protein,

hücrelerden

biyokimyasal

tekniklerle

ayrıştırılır

© 2013 Pearson Education, Inc.

1.1 Biyoteknoloji nedir?

• Modern

biyoteknoloji

ürünleri

– Gen klonlama ile

üretilen proteinlere

rekombinant

protein denir

Gen klonlama ile üretilen proteinler

Ürün Kullanım alanı

Pıhtılaşma faktörü VIII Hemofili tedavisi

Epidermal büyüme faktörü Bağışıklık sistemi problemlerinde

antikor üretimini sağlar

Büyüme hormonu İnsanlarda hipofiz eksikliklerinde

ve boy kısalığında, ineklerde süt

üretimini artırmak için

İnsülin Diyabet tedavisi

İnterferon Kanser ve virüs enfeksiyonlarında

İnterlökin Kanser tedavisi ve antikor üretimi

Monoklonal antikorlar Artrit ve kanser dahil çeşitli

hastalıkların tanı ve tedavisinde

Doku Kalp krizi ve felç tedavis

iplazminojen aktifleştirici

© 2013 Pearson Education, Inc.

1.2 Biyoteknoloji türleri

• Mikrobiyal Biyoteknoloji

• Tarım Biyoteknolojisi

• Hayvan Biyoteknolojisi

• Adli Biyoteknoloji

• Biyoremediasyon

• Su Biyoteknolojisi

• Tıbbi Biyoteknoloji

• Düzenleyici Biyoteknoloji

© 2013 Pearson Education, Inc.

1.2 Biyoteknoloji türleri

• Mikrobiyal Biyoteknoloji– Maya ve

bakteri gibi mikroorganizmaların

değiştirilmesi

– Daha iyi enzimler üretmek

– Endüstriyel atıkların temizlenmesi için daha

verimli arıtma sistemleri

– İnsan sağlığında kullanılan önemli proteinleri

büyük miktarlarda üretmek ve klonlamak

© 2013 Pearson Education, Inc.

1.2 Biyoteknoloji türleri

• Tarım biyoteknolojisi

– 2050’de 9.1 milyar kişinin beslenmesi

gerekeceği tahmin ediliyor! Bu durum gıda

üretiminin %70 artırılmasını gerektirir!

– Neler yapılabilir?

© 2013 Pearson Education, Inc.

1.2 Biyoteknoloji türleri

• Tarım biyoteknolojisi

– Daha çevre dostu ve verimli genetiği

değiştirilmiş bitkiler

– Hastalık ve böceklere dayanıklılık

– Yüksek protein ve vitamin içerikli besinler

– Bitki ürünü olarak geliştirilip büyütülebilen

ilaçlar

– Bu geliştirilmiş bitkiler üretim maliyetlerinin

düşmesi ve artan nüfusu beslemeye yardım

eder

© 2013 Pearson Education, Inc.

1.2 Biyoteknoloji türleri

• Sizce bu bitkilerin geliştirilmesi,

biyoyakıt amaçlı kullanılacak tarım

ürünleri için yeterli tarım alanı

açılmasını da sağlayabilir mi?

© 2013 Pearson Education, Inc.

1.2 Biyoteknoloji türleri

• Hayvan biyoteknolojisi

– Hayvanlar tıp açısından değeri olan proteinlerin kaynağı olarak kullanılır.

• Antikorlar

• Transgenik hayvanlar

– Hayvanlar temel araştırmalarda önemli modellerdir

• Gen susturma deneyleri

• İlaç ve gen tedavilerinin tasarım ve denenmesi

– Hayvan klonlama• Transplant organlar için kaynak

© 2013 Pearson Education, Inc.

1.2 Biyoteknoloji türleri

• Hayvan biyoteknolojisi

– transgenik hayvan: kendi genomu dışında

dışarıdan gen nakledilmiş hayvan.

– İnsanlarda kullanılmak üzere yüksek miktarda

tedavi amaçlı protein üretimi

• Dişi transgenik hayvanlar bu proteinleri sütlerinde

üretmek üzere tasarlanmıştır

• Ör: pıhtılaşma proteini üreten insan genleri dişi

keçilere nakledilerek bu proteinleri sütlerinde

üretirler

© 2013 Pearson Education, Inc.

1.2 Biyoteknoloji türleri

• Hayvan biyoteknolojisi

– Gen susturma:

• Hayvanda bir genin ifadesi engellenir ve bunun

sonucunda oluşan değişiklikler gözlemlenir

• Araştırmacılar bu sayede genin işlevi ile ilgili bilgi

edinir

• Fare ve sıçanla insanların genetik benzerliği

sayesinde bu hayvanlarda yapılan çalışmalar,

insan genleri ile ilgili bilgi verir

• Bir farede hangi geni susturmak isterdik?

© 2013 Pearson Education, Inc.

1.2 Biyoteknoloji türleri

• Adli biyoteknoloji

– DNA parmakizi

• Bir kişinin şüpheli listesine dahil edilmesi veya

elenmesi

• Babalık vakaları

• İnsan kalıntılarının tespiti

• Soyu tükenme tehlikesi olan türler

• Hastalık yayılmasının takibi ve doğrulanması

© 2013 Pearson Education, Inc.

• Adli biyoteknoloji

• Bu jeldeki DNA

sonuçlarına dayanarak

şüpheli kişi suçlu mudur?

• https://www.youtube.com/

watch?v=vtxb6Tr8Y3s

• https://www.youtube.com/

watch?v=3G7EnhA-OWk

1.2 Biyoteknoloji türleri

Şüphelin

in

ka

nı Şüphelin

in

kıy

afe

tle

rin

de

n

alın

an

ka

n

Ku

rba

nın

ka

nı

Kot Gömlek

© 2013 Pearson Education, Inc.

1.2 Biyoteknoloji türleri

• Biyoremediasyon

– Çeşitli doğal ve insan yapımı maddenin

ayrıştırılması ve parçalanması için

biyoteknolojinin kullanılması

• Özellikle çevre kirliliğine yol açan maddeler

– Ör: Ham petrolün içeriğini ayrıştıran

bakterilerin büyütülmesi

• 1989 Alaska’da Exxon Valdez petrol dökülmesi

• 2010 Deep Water Horizon dökülmesi petrolü

ayrıştıran organizma ve enzimlerin araştırılmasını

tetikledi

© 2013 Pearson Education, Inc.

• Biyoremediasyon – Döküle petrolü temizleyecek

olan bakterilerin büyümesini tetikleyen besinlerin

eklenmesi

1.2 Biyoteknoloji türleri

© 2013 Pearson Education, Inc.

1.2 Biyoteknoloji türleri

• Su biyoteknolojisi– Aquakültür – Besin kaynağı olarak kullanılmak üzere

yüzgeçli veya kabuklu balıkların kontrollü büyütülmesi• İnsanlarca tüketilen balıkların %50’si

– Genetik mühendislik• Hastalığa dirençli midyeler

• Somon ve diğer yüzgeçli balıkları enfekte eden virüslere karşı aşılar

• Büyüme hormonu üreten transgenik somon

http://www.webmd.com/food-recipes/news/20100922/genetically-engineered-salmon-faq

– Biyo arama: insan yararına zengin ve değerli gen, protein ve metabolik süreçlerin bulunması

• Deniz planktonu ve salyangozlarının zengin anti kanser molekül kaynağı olduğu ortaya çıkarıldı

© 2013 Pearson Education, Inc.

• Su biyoteknolojisi

• Neden fazla büyüme hormonu üreten somon?

• Bunun ne gibi yararları olabilir?

transgenik

normal

1.2 Biyoteknoloji türleri

© 2013 Pearson Education, Inc.

1.2 Biyoteknoloji türleri

• Tıbbi biyoteknoloji

– Tıp ile ilgili her alana dahildir

• Önleyici tıp

• Sağlık ve hastalık tanısı

• Hastalıkların tedavisi

– İnsan genom projesinden gelen yeni bilgiler

• Gen tedavisi

– Kök hücre teknolojisi

© 2013 Pearson Education, Inc.

1.2 Biyoteknoloji türleri

• Kök hücre – Labda büyütülür ve belirli kimyasallar ile muamele edilerek nakil yapılacak doku tiplerine gelişmeleri sağlanır

• Günümüzde kullanım: deri nakli, kan kök hücreleri, kornea (yeni)

• Araştırma aşamasında: Diyabet ve omurilik yaralanmalarında kullanılmakta

• Başka hangi hastalıklarda kullanılabilir?

© 2013 Pearson Education, Inc.

1.2 Biyoteknoloji türleri

• Tıbbi biyoteknoloji

– Genler ve DNA tüm haberlerde çıkar

© 2013 Pearson Education, Inc.

1.2 Biyoteknoloji türleri

• Düzenleyici biyoteknoloji

– Kalite güvencesi

• Bir ürünün kalitesini düzenleyen tüm işlemler

– Kalite kontrol

• İstikrarlı ürün standartlarını sağlamak için yapılan lab testleri ve

izleme süreçleri.

– Bu sayede biyoteknoloji ürünlerinin saflık ve

performans açısından katı standartları

sağladığından emin olunur.

© 2013 Pearson Education, Inc.

1.3 21. yy zorlukları

• Önümüzdeki yıllarda tıbbi biyoteknoloji

hayatlarımızı nasıl değiştirecek?

1. İnsan genom projesi

• İnsan genleri ve bunları kontrol eden faktörlerin

araştırılması

2. İnsan proteomu

• Bir insan hücresinde belirli bir zamanda üretilen

tüm protein ağı

© 2013 Pearson Education, Inc.

1.3 21. yy zorlukları

3. Tek nükleotit polimorfizmleri (SNPs)

• Bireyler arasında farklılık gösteren DNA dizilerinde

bir bazlık değişimler (mutasyonlar)

• Bu değişimler bazı hastalıkların sebebidir (orak

hücre anemisi)

• Ayrıca SNPler artrit, felç, kalp hastalıkları, diyabet,

davranış veya duygu bozuklukları gibi durumlarda

rol alan genlerin belirlenmesinde yararlı

olmaktadır.

© 2013 Pearson Education, Inc.

1.3 21. yy zorlukları

• SNP ve meme kanseri örneği

• BRCA1 ve BRCA2 genlerinde meme kanserini

artıran SNPlerin tespiti, bu mutasyonlara sahip

kişilere özel tedaviler geliştirilmesini sağladı

• Ailesinde bu mutasyona sahip ve meme

kanseri teşhisi konmuş kişiler için nasıl bir

yarar sağlayabilir?

© 2013 Pearson Education, Inc.

1.3 21. yy zorlukları

4. Farmakogenomik kişselleştirilmiş tedavi• Hastanın genetik profiline göre ilaç tedavisi

belirlemek– Mikroarray analizi yapılır ve mutasyona uğramış genlere

göre tedavi belirlenir

5. Metabolomik• Hücre metabolizması sırasında üretilen

moleküllerin bir fotoğrafı– Glukoz, kolesterol, ATP, ve sinyal molekülleri

– Bu sayede hastalık durumu ile fizyolojik adaptasyon ayırt edilebilir

© 2013 Pearson Education, Inc.

1.3 21. yy zorlukları

6. Nanoteknoloji

• Çok küçük

boyutlardaki yapıları

içeren uygulamalar

• Hücrelere ilaç

taşıyabilen küçük

sistemler

İlaç içeren

lipid nano

parçacığı

© 2013 Pearson Education, Inc.

1.3 21. yy zorlukları

• Gen tedavisi teknolojisi

– Hasarlı genleri normal kopyalarıyla

değiştirmek veya onarmak

• Güvenli ve etkili olabilmesi için halen bazı engeller

bulunmakta:

– Normal gen vücudun tüm hücrelerine nasıl ulaştırılır?

– İnsanlarda ekstra verilen bu genlerin uzun vadeli etkileri

nelerdir?

– Genler vücuda verildikten sonra doğru proteinin

üretildiğinden emin olmak için ne yapılmalı?

© 2013 Pearson Education, Inc.

1.3 21. yy zorlukları

• Kök hücre teknolojisi– Kök hücreler farklı hücre tiplerine dönüşebilen

olgunlaşmamış hücrelerdir

– Çoğu kök hücre embriyodan elde edilir (EKH) fakat bir embriyonun ölümünü içerdiği için tartışmalıdır

– Bazı kök hücreler yetişkinlerden elde edilir

• Neden embriyo kök hücreleri tercih edilmektedir?

• EKHler tüm hücre tiplerine farklılaşabilir

© 2013 Pearson Education, Inc.

1.3 21. yyda biyoteknoloji

EKH

Pekçok hücre tipine

farklılaşabilir

Karaciğer

Deri

Alyuvar

akyuvar

Nöron

Kemik

KAs

Hasarlı dokuyla değişmesi için nakil

© 2013 Pearson Education, Inc.

1.3 21. yy zorlukları

7. Rejeneratif tıp• Genetik hastalıkları tedavi etmek için hastanın kök

hücrelerinin genetik olarak değiştirilmesi

• Gelecekte bilim adamları…

1. Genetik hastalığı olan bir kişiden kök hücre alabilecek

2. Gen tedavisi yöntemleriyle bu hücrelerin genomunu değiştirecek

3. Hücreleri tekrar hastaya vererek genetik hastalığı tedavi etmesini sağlayabilecek

© 2013 Pearson Education, Inc.

• Biyoteknoloji küresel bir endüstridir

– Dnya çapında $63 milyar gelir getirmekte

– $40 milyar ABD’de biyolojik ilaçların satışı

– ABD’de biyoteknoloji şirketleri

1.4 Biyoteknoloji iş gücü

© 2013 Pearson Education, Inc.

1.4 Biyoteknoloji iş gücü

• Bir ilaç firması ile biyotek firması

arasındaki farklar

– İlaç firmaları ilaç geliştirir (kimyasal olarak

sentezler veya saflaştırır)

– İlaç firmaları bir ürünü elde etmek için canlı

organizma kullanmaz

– Biyotek firması ilaç üretecekse canlı

organizma kullanır

– Biyotek firması aynı zamanda başka ürünler

de üretir

© 2013 Pearson Education, Inc.

1.4 Biyoteknoloji iş gücü

• Biyoteknoloji iş imkanları

– ARGE: Klinik öncesi, keşif araştırma, biyoinformatik, lab güvenliği

– Operasyon: süreç/ürün geliştirme,üretim

– Kalite kontrol

– Klinik araştırma

– Maliye ve yönetim