Biyolojideki Teknolojik Biyolojideki Teknolojik G li l G li l Gelişmeler Gelişmeler ve Önceliklerimiz ve Önceliklerimiz ve Önceliklerimiz ve Önceliklerimiz Doç. Dr. Tijen TALAS-OĞRAŞ TÜBİTAK - Marmara Araştırma Merkezi TÜBİTAK Marmara Araştırma Merkezi Gen Mühendisliği ve Biyoteknoloji Enstitüsü 11 Temmuz 2011 11 Temmuz 2011
55
Embed
Biyolojideki Teknolojik Gli lGelişmeler veÖnceliklerimizve ...maycalistaylari.comu.edu.tr/lise1/sunumlar/konferans/Tijen_Ogras_Biyoloji.pdf · Ürün Kullanım Insülin Diyabet
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Biyolojideki Teknolojik Biyolojideki Teknolojik G li lG li lGelişmeler Gelişmeler
ve Önceliklerimizve Önceliklerimizve Önceliklerimizve Önceliklerimiz
Doç. Dr. Tijen TALAS-OĞRAŞTÜBİTAK - Marmara Araştırma MerkeziTÜBİTAK Marmara Araştırma Merkezi
Gen Mühendisliği ve Biyoteknoloji Enstitüsü11 Temmuz 201111 Temmuz 2011
Biyoloji: canlı sistemler ile yapılan bilimsel çalışmalar
Biyoteknoloji: ürün oluşumu için biyolojik sistemlerin kullanıldığı teknolojik uygulamalar (Ekmek, yoğurt, peynir yapımı)j yg ( , y ğ , p y y p )
Genetik mühendisliği: canlıların kalıtsal özelliklerinin değiştirilerek yeni işlevler kazandırılmasına yönelik araştırmalar yapandeğiştirilerek, yeni işlevler kazandırılmasına yönelik araştırmalar yapan bilim alanıdır. Genlerin bir organizmadan alınıp diğerine aktarımını gerçekleştiren bir teknolojidirteknolojidir.
Genetik mühendisliği, biyoteknolojinin bir alt dalı değil, ayrı bir teknolojidir.
Moleküler Biyoloji: Canlılardaki olayları moleküler düzeydeMoleküler Biyoloji: Canlılardaki olayları moleküler düzeyde inceleyen biyoloji dalı.
Yöntemleri: hibritleme rekombinant DNA hücre doku kültürü geneYöntemleri: hibritleme, rekombinant DNA, hücre, doku kültürü, gene aktarımı …
Moleküler biyolojideki çalışma alanları
Genom araştırmaları Tedavi edici ürün Bitki biyoteknolojisi Entegre üretim üretimi programları
Yapısal biyoloji Endüstriyel biyoloji Sistem biyoloji Görüntüleme
İ İ İ İYAŞAM BİLİMLERİNDE GELİŞMELER
1953DNA’nın keşfi; James Watson, Francis Crick moleküler biyoloji ve genetik araştırmalarda patlamaş p
1966 Genetik kodun şifresi çözüldü (M.Nirenberg, H. Mathaei, S. Ochoa)
1978İnsan insulin proteininin sentetik formunun bakteride üretimi gerçekleşti.Rekombinant insülin üretimi (Genentech Inc.)
1990İlk t d i i lİlk gen tedavisi uygulaması
6
19941994 Genetik olarak değiştirilmiş domates ABD’de satışa çıkarıldı
19971997Klonlama; erişkin hücreden aynı genetik yapıya sahip yeni bir canlı oluşturuldu
Bir inekten birbirlerinin aynı 8 buzağı klonlandı (Kinki Üniv Japonya)
2009İlk Türk buzağı klonu
7
2009İlk Türk buzağı klonu; Boz ırk inek klonu, EfeTÜBİTAK MAM GMBE- İstanbul ve Uludağ Üniversiteleri.TÜBİTAK MAM GMBE İstanbul ve Uludağ Üniversiteleri.
Efe (18 aylık)
8
2000Altın pirinç “Golden rice” ; yüksek miktarda vitamin A içeren GDO pirinç üretildi.
2001 İİnsan genom projesi tamamlandı.
9
İnsan Genom Projesiİnsan genomunun ayrıntılı analizi
Genom: Bir canlının sahip olduğu genetik bilgilerin tümü
İnsan Genom Projesi
Genom: Bir canlının sahip olduğu genetik bilgilerin tümü DNA (=genetik bilgi), organizmanın yaşamı boyunca tüm yapı ve aktivitelerini belirler.
Projenin amaçlarından bazıları:
•İnsan genomunda bulunan genleri•İnsan genomunda bulunan genleri,DNA’yı oluşturan yaklaşık 3 milyar baz çiftinindizisini belirlemek.Eld dil bil i i i b k l d kl•Elde edilen bilginin veri bankalarında saklanması
•Genler ve fonksiyonları arasındaki bağlantılarınbulunması•Genlerin kromozomlarda nasıl bir bütün halindeçalıştıklarının belirlenmesi•Genetik hastalıkların temelinin belirlenmesi
İnsan genom projesi: •İnsan kromozomu (23 çift=3 milyar kadar baz çifti)
•30,000 kodlayıcı gen (genomun %2-5 ‘i) , y g (g )
•İlk tahminler 100.000 civarında idi
•Genomun %1.1 - % 1.4 ‘ü proteinleri kodluyor
•İnsanların DNA yapılarının %99, 9’u ortaktır
DNA (Deoksiribonükleik asit); karbon, hidrojen, oksijen, azot, fosfat atomlarından oluşan ve hücrenin bütün hayati fonksiyonlarında rol alan bir moleküldür. 3 milyar baz çifti, 1 metre uzunluğunda polimer.y ç ğ p
Yaşamın şifresi:DNA (deoksiribonükleik asit)
DNA molekülünün bir bölümü olan her bir ‘gen’ insan vücüdundaki belli bir özelliği kontrol eder.
DNA kromozom içinde sıkıca paketlenmiştir:DNA kromozom içinde sıkıca paketlenmiştir:
DNA’nın agaroz jelde görüntülenmesi:
DNA ParmakiziDNA Parmakizi
C l l d b l DNACanlılarda bulunan DNA ve gen sayısı
OrganizmaGenom
Büyüklüğü Mb Gen sayısıOrganizma Büyüklüğü Mb(Megabaz)*
Tarımda biyoteknolojinin kullanımıy j•Bitki ve hayvanların yeni çeşitlerinin oluşturulması•Bitki ve hayvanların yaşamsal işlevlerinin geliştirilmesi•Doğal biyolojik işlemlerden ürün üretilmesi•Doğal biyolojik işlemlerden ürün üretilmesi•Gıdaların çeşit ve kalitesini iyileştirilmesi
Yaşam bilimlerinde hedeflenen çalışmalar:
•Yeni hayvan ve bitki türlerinin ortaya çıkarılması•Yeni hayvan ve bitki türlerinin ortaya çıkarılması
•Genlerin kataloglanması, gen bankaları
•İlaçların ucuz ve etkili üretimi
•Uzun yaşam (genlerin kontrol altına alınması, değiştirilmesi
Biyoteknoloji ürünlerinin kullanımında çekinceler
• Belirsizlik
Y i f l d ki l t hlik l• Yeni yaşam formalarındaki olası tehlikeler
• Organizmanın doğal hali ile korunma çabası
• Sağlıksız besin kullanım riski
• Etiketlemelerdeki eksikler
• Bilgi eksikliği
• Etik• Etik
Genetik mühendisliği niçin önemli?
• Farklı moleküllerin canlı sistemlerde (biyoreaktörlerde) üretimi,
• Transgenik (GDO) bitki, hayvan ve mikroorganizma oluşturulması(hastalıklara dayanıklı bitkiler, sütünde tedavi molekülü üreten inekler, metal yiyen bakteriler )metal yiyen bakteriler…),
• Özel bir genin birçok kopyası çıkarılması,
• Genlerin işlev ve düzenlenmesi ile ilgili araştırmalar(hastalıkların mekanizmasının incelenmesi)
Gen klonlama: genlerin (DNA molekülü) canlıdan
izolasyonu, DNA üzerinde laboratuvar ortamında
işlemler, başka bir canlıya aktarılması
Rekombinant DNA teknolojisi; özel enzimler ile
DNA’ i t il böl i i k ili k l k ilDNA’nın istenilen bölgesinin kesilip çıkarılması ve kesilen
parçanın “vektör” adı verilen taşıyıcı moleküllere (plazmit)
eklenmesi işlemlerini içerir.
Daha sonra plazmit bakteri içine yerleştirilerek
rekombinant DNA’nın normal hücresel aktivitesine devamrekombinant DNA nın normal hücresel aktivitesine devam
etmesi sağlanır.
Bazı KlonlarBazı Klonlar
Genetik mühendisliği:Genler ile taşınan DNA bilgisinin farklı bir hücreye/organizmaya aktarım işlemidiraktarım işlemidir.
N d kt l ?Neden gen aktarımı yapılır?
• Bir kimyasal üretiminde• Organizmanın özelliklerinin değiştirilmesi• Tarımsal ilaç kullanımında azalma•Bitki ve hayvanların özelliklerinin geliştirilmesi ve•Bitki ve hayvanların özelliklerinin geliştirilmesi ve yeni formlarının kullanımı• Doğal biyolojik işlemler ile ürün eldesi• Yiyeceklerin kalite ve çeşidinin artırılması• Yiyeceklerin kalite ve çeşidinin artırılması•Uygun olmayan iklim ve toprak koşullarında bile ürün alınabilme
Genetiği değiştirilmiş organizmalar:
R k bi t DNA lRekombinant DNA oluşumu:
Klasik bitki ıslahıVerici Ticari çeşit Yeni çeşit
(birçok gen aktarıldı)
İstenen genİstenen genX =
(çaprazlama)
Bitki Biyoteknolojisiİ t Ti i it Y i itİstenen gen Ticari çeşit Yeni çeşit
(gen aktarımı)=
(gen aktarımı)Desired gene
Modern cornTeosinte
Bitkilerde genetik mühendisliğiBitkilerde genetik mühendisliği
BakteriBitki hücresi
Bakteri DNA’sı Gen
Bitki hücresi
T fTransformasyon• Agrobacterium• Biyolistik• Elektroporasyon
39
Hücre bölünmesiTransgenik bitkip y
Yenilebilir aşılar
P t j t i i t bi t ik bitki• Patojen proteini taşıyan bir transgenik bitki
• İğne ile yapılan aşıların etkisinde
• Hedef bitkiler; patates muz ve domates• Hedef bitkiler; patates, muz ve domates
İnsanların yiyebileceği bitkiler veya meyveleri
• Vücut patojen proteinine karşı antior üretir• Vücut, patojen proteinine karşı antior üretir
DNA mikroenjeksiyonu ile transgenik fare eldesiDNA mikroenjeksiyonu ile transgenik fare eldesi
Aktivasyon
bl t i t
klon
blastosist
Mezbahadan elde edilen ovaryumlardan oositlerinoositlerin aspirasyonu
MI oosit (yumurta hücresi))
16‐18 saat kültür
MII oosit
Oositin enüklasyonu
EKH ler bütün dokuların oluşumuna iştirak eder
Pigmentli fareden Kimerik farelerEKH
Kimerik fareler
EKH lerin blastosiste
j k ienjeksiyonu
Döllere geçiş Arat S. Tr.J of Biol 2000
Biyoreaktör hayvan eldesi:y y
İnsan genom projesi -Improvements in medicine: improved diagnosis of disease.-Microbial research: new energy sources, bio fuels.
İnsan genom projesi
-DNA forensics: identifying potential suspects at a crime scene.-Agriculture: more nutritious produce.-Evolution and human migration: studyEvolution and human migration: study migration of different population groups based on female genetic inheritance.- Risk assessment: reduce the likelihood of heritable mutationsheritable mutations.
Mikroorganizmalar tarafından üretilen endüstriyel
Mikrobiyal Hücreler;
Mikroorganizmalar tarafından üretilen endüstriyel ürünler
Mikrobiyal Hücreler;- Maya hücreleri endüstriyel olarak büyük ölçekte üretilerek amaca göre yaşveya kuru formda kullanılmaktadır.
- Rhizobium ve Bradyrhizobium bakterileri legüminoz bitki tohumlarına inokule edilir.
- Laktik asit bakterileri starter kültür olarak fermente süt ve sosis için kullanılır.
Enzimler;- Nişasta parçalayıcı enzimler (amilazlar) - Protein parçalayıcı enzimler (proteazlar, rennin) - Yağları parçalayıcı enzimler (lipazlar). - Glikozdan fruktoz tatlandırıcısının üretiminde kullanılan ve endüstriyel olarak büyük miktarlarda üretilen glikoz izomeraz enzimler,- Yarı-sentetik penisilinlerin endüstriyel olarak yapımında kullanılan penisilin
il i idiaçilaz enzimidir.
48
Mikrobiyal biyoteknoloji ürünleri:• yeni primer ve sekonder metabolitler • immunomodulatörler• biyoaktif peptidler• proteinler ve enzimler • enzim inhibitörleri
• özel şekerler• organik asitler • biyomanyetiklerbiyomanyetikler • biyopigmentler• biyolezzetlendiriciler
49 49
Mikrobiyal EnzimleryPeynir, bira ve ekmek yapımında kullanılmaktadır
Günümüzde enzimlerin kullanıldığı endüstriyel alanlar oldukça çeşitlenmiş ve mikroorganizmalar kullanılarak her yıl üretilen saf enzimlerin miktarları 500 ton gibi değerlere ulaşmıştır.
2000 yılında endüstriyel enzimler için pazardaki toplam değer yaklaşık 2 milyar dolardır ve büyüme hızı yılda % 5-10’dur.