Temel Biyolojik Bilimler Temel Biyolojik Bilimlermaycalistaylari.comu.edu.tr/calistay2009_2/2009-2/davetlikonusmacilar/m_konuk/B... · Bakteri Eschhherichia coli K12 4.64 4400 Mycobacterium

Prof Dr Muhsin KONUKProf Dr Muhsin KONUKAfyon Kocatepe Üniversitesi

Önemli Araştırma alanları

Temel Biyolojik BilimlerU l l Bi l jik Bili lUygulamalı Biyolojik Bilimler

GenetikG l lGenom çalışmalarıRekombinant DNA Teknolojisi ‐ Biyoteknoloji çalışmaları

Kök Hücre çalışmalarıKök Hücre çalışmalarıNanobiyoteknoloji çalışmalarıT k ik l ji l lToksikoloji çalışmaları

Temel Biyolojik BilimlerTemel Biyolojik Bilimler

Genelde flora ve fauna’yı belirleleme çalışmaları Genelde flora ve fauna yı belirleleme çalışmaları yapılmaktadırBitki fl ü i d t k i l l Bitki floramız üzerinde artık revizyon çalışmalarına başlanmış bulunmaktadır. Bu çalışmalardan çıkan sonuçlara göre takson sayımız da her geçen gün sonuçlara göre takson sayımız da her geçen gün artmaktadırMantar floramız henüz tam olarak bilinmemektedirMantar floramız henüz tam olarak bilinmemektedir…Belli başlı birkaç araştırıcı grubu bu çalışmaları yürütmektediryürütmektedirFauna çalışmalarında da kısmen revizyon çalışmalarına başlanmış bulunmaktadırçalışmalarına başlanmış bulunmaktadır

Temel Biyolojik Bilimler

Temel Biyolojik BilimlerTemel Biyolojik Bilimler Temel Biyolojik BilimlerTemel Biyolojik Bilimler

l i l jik ili lTemel Biyolojik BilimlerBugün itibariyle 13.000 civarında bitki taksonumuz bulunmaktadırBunlarım yaklaşık %30’u endemiktirÖzellikle endemik olan taksonlarımız bize ait hazinelerdirÖncelikle bu taksonların genomu belirlenmeli ve Öncelikle bu taksonların genomu belirlenmeli ve patent altına alınmalıdırThermopsis turcica (Eber sarısı) için böyle bir çalışma Thermopsis turcica (Eber sarısı) için böyle bir çalışma başlatılma aşamasındadır

l l i l jik bili lUygulamalı Biyolojik bilimler

Biyolojik sistemlerin moleküler dizaynını l anlama

Daha sonra da bunların kronik durumlarla Daha sonra da bunların kronik durumlarla olan ilişkilerini belirlemeAd t k i l b li l iAdaptasyon mekanizmalarının belirlenmesiÇevresel kirleticiler e karşı biyosensor Ç ş ybelirlemeKirleticilerin etkilerini ortaya koymaKirleticilerin etkilerini ortaya koyma

l l i l jik bili lUygulamalı Biyolojik bilimler

Genom projeleri ‐ İnsan genom projesiBiyoteknolojik çalışmalar ve rekombinant DNA teknolojisinin sağladığı imkanlar, DNA teknolojisinin sağladığı imkanlar, KopyalamaKök hü l lKök hücre çalışmalarıNanobiyolojik araştırmalary j ş

G P j l iGenom Projeleri

Şubat 2001’de insan genomunun taslak sekansıyayımlanmadan önce;y y ;

Saccharomyces cerevisiae,

Caenorhabditis elegans,C g ,

Drosophila melanogaster,

Arabidopsis thaliana vep

Plasmodium falciparum gibi organizmaların taslak sekanslarıyayımlanmıştır.

Ek olarak, E. coli ve Mycobacterium tuberculosis’i de içeren30’u aşkın mikroorganizmanın tam genom sekansları eldeedilmiştiredilmiştir.

GGenom G llikl bi k k ik Mb’d d hGenellikle birçok prokaryotik genom 5 Mb’dan dahaküçüktür.

Tipik bir prokaryotta genom tek bir dairesel DNAmolekülü şeklinde nükleotitte lokalize olmuşturş ş

Tüm ökaryotik nüklear genomların temel fizikselözellikleri benzer olmasına karşın genom boyutuözellikleri benzer olmasına karşın genom boyutuorganizmalar arasında farklılık göstermektedir.

b b b d k b l dBu genom boyutu 10 Mb gibi düşük boyutlardan100.000 Mb gibi oldukça büyük boyutlara

l bil kt diaralanabilmektedir.

Prokaryotik GenomProkaryotik GenomProkaryotik genom ökaryotik genomdan oldukça farklıdır.Prokaryotik genom ökaryotik genomlara göre daha küçüktürProkaryotik genom ökaryotik genomlara göre daha küçüktür.

Örneğin E. coli genomu sadece 4639 kb’dır,Maya genomunun 2/5’i büyüklüğündedirSadece 4405 gen içermektedir.

Prokaryotlar plazmid olarak adlandırılan bağımsız, dairesel veya doğrusal DNAmolekülü üzerinde bulunan ilave genlere sahiptir.Plazmidlerle taşınan genler antibiyotik direnci veya karbon kaynağı olarak toluen gibikompleks bileşikleri kullanabilme yeteneği gibi özellikleri kodlamaktadır; fakatplazmidlerin varlığı zorunlu değildir ve bir prokaryot plazmidi olmaksızın etkin olarakvar olabilmektedir.Prokaryotlar genom organizasyonunda belirgin farklılıklar göstermektedir,

Bazı prokaryotlar E. coli gibi bölünmemiş bir genoma sahipkenp y g ş g pBazıları oldukça kompleks bir genoma sahiptir.Örneğin Borrelia burgdorferi B31 853 gen taşıyan 911 kb’lık bir doğrusal kromozoma ve birlikte533 kb olan ve en az 430 geni içeren 17 ila 18 doğrusal ve dairesel moleküle sahiptir.533 43 g ç 7 ğ p

Ökaryotik Genom Anatomisi

Ökaryotik genom iki bileşene ayrılmaktadır:Ökaryotik genom iki bileşene ayrılmaktadır:

NüklNüklear genomMitokondriyal genom ve kloroplast genomu(f t t tik i l d )(fotosentetik organizmalarda)

Ökaryotik nüklear genomÖkaryotik nüklear genomNükl h bi i bi k i i i d b lNüklear genom her biri bir kromozom içerisinde bulunandoğrusal DNA moleküllerinden oluşmaktadır.

Tüm ökaryotlar en az iki kromozoma sahiptir veTüm ökaryotlar en az iki kromozoma sahiptir vekromozomlar her zaman doğrusaldır.

Bu seviyedeki farklılık organizmanın biyolojik özellikleri ileBu seviyedeki farklılık organizmanın biyolojik özellikleri ileilişkili olmayan kromozom sayısıdır.

Örneğin maya 16 kromozoma sahiptir ve meyve sineğininÖrneğin maya 16 kromozoma sahiptir ve meyve sineğininsahip olduğu kromozomdan dört kat daha fazladır.

Ayrıca kromozom sayısı genom boyutu ile ilişkili değildirAyrıca kromozom sayısı genom boyutu ile ilişkili değildir.Bazı semender türleri insan genomundan 30 kez dahabüyük genoma sahiptir; fakat kromozom sayısı

k k d dinsanınkinin yarısı kadardır.

Mitokondriyal ve kloroplast genom boyutlarıTür Organizma tipi Genom boyutu (kb)Tür Organizma tipi Genom boyutu (kb)

Mitokondriyal genom

Plasmodium falciparum Protozoa 6

Chlamydomonas reinhardtii Yeşil alg 16

Mus musculus Vertebrata (fare) 16

Homo sapiens Vertebrata (insan) 17p ( ) 7

Drosophila melanogaster Invertebrata (meyve sineği) 19

Chondrus crispus Kırmızı alg 26

A ill id l A fAspergillus nidulans Ascomycete fungus 33

Reclinomonas americana Protozoa 69

Saccharomyces cerevisiae Maya 75

Arabidopsis thaliana Çiçekli bitki 367

Cucumis melo Çiçekli bitki 2500

Kloroplast genomuKloroplast genomu

Pisum sativum Çiçekli bitki 120

Oryza sativa Çiçekli bitki 136

Nicotiana tabacum Çiçekli bitki 156

Chlamydomonas reinhardtii Yeşil alg 195

Ökaryotik genom boyutlarıTürler Genom boyutu (Mb)

Fungi + Maya

Saccharomyces cerevisiae 12.1

Aspergillus nidulans 25.4p g 5 4

Protozoa

Tetrahymena pyriformis 190

I bInvertebrata

Drosophila melanogaster 180

Bombyx mori (İpek böceği) 490

Locusta migratoria (Çekirge) 5000

Vertebrata

Homo sapiens 3200Homo sapiens 3200

Mus musculus (Fare) 3300

Bitkiler

Arabidopsis thaliana 125

Oryza sativa 430

Pisum sativum 4800Pisum sativum 4800

Triticum aestivum 16 000

Fritillaria assyriaca 120 000

Türler Genom boyutu (Mb) Yaklaşık gen sayısı

Taslak veya tam sekansları belirlenmiş organizmalara ait genom örnekleri

y ( ) ş g y

Ökaryotlar

Arabidopsis thaliana (bitki) 125 25.500

Caenorhabditis elegans (nematod) 97 19.000

Drosophila melanogaster (meyve sineği) 180 13.600

Homo sapiens (insan) 3200 20.000o o sap e s ( sa ) 3 00 0.000

Saccharomyces cerevisiae (maya) 12.1 5800

Bakteri

h h lEscherichia coli K12 4.64 4400

Mycobacterium tuberculosis H37Rv 4.41 4000

Mycoplasma genitalium 0.58 500y p g 5 5

Pseudomonas aeruginosa PA01 6.26 5700

Streptococcus pneumoniae 2.16 2300

Vib i h l El T N 6 6Vibrio cholerae El Tor N16961 4.03 4000

Yersinia pestis CO92 4.65 4100

Archaea

Archaeoglobus fulgidus 2.18 2500

Methanococcus jannaschii 1.66 1750

BİYOTEKNOLOJİ NEDİR?BİYOTEKNOLOJİ NEDİR?

Biyolojik araç sistem ve süreçlerin üretim ve hizmet Biyolojik araç, sistem ve süreçlerin üretim ve hizmet endüstrilerine uygulanmasıEndüstriyel uygulamalarda başarılı olabilmek için Bi ki Mik bi l ji Müh di lik bili l i i Biyokimya, Mikrobiyoloji ve Mühendislik bilimlerinin ortak kullanımı ile mikroorganizmaların, doku ve hücre kültürlerinin kapasitelerinin artırılmasıÇeşitli yararlı maddelerin üretilmesi için biyolojik özellikleri kullanan bir teknoloji olmasıBiyolojik araçlar tarafından üretilen materyallerin daha iyi Biyolojik araçlar tarafından üretilen materyallerin daha iyi ürün ve hizmet vermek üzere bilim ve mühendislik ilkelerinin uygulanmasıBiyoteknoloji sadece teknik ve süreçlerin toplamına verilen Biyoteknoloji sadece teknik ve süreçlerin toplamına verilen bir addır.Biyoteknoloji canlı organizmaları ve onların yapıtaşlarını y j g y p ştarım, gıda ve diğer endüstrilerde kullanan bir tekniktir.

Biyoteknolojinin başlıca uygulama alanlarıBiyoteknolojinin başlıca uygulama alanları

Biyosüreç TeknolojisiAlkollü içeceklerin üretimiAntibiyotik üretimiyMemeli hücre kültürleriYeni ürünlerin üretimi (Ör: Polisakkaritler)İlaç üretimiçOrganik çözücü üretimi (Ör:Aseton, butanol)Protein bakımından zenginleştirilmiş gıdaların üretimiÜretim kapasitesi artışı için fermentasyon tasarımı optimizasyonu

Enzim TeknolojisiÖzgün kimyasal reaksiyonlar için kullanımlarıEnzim immobilizasyonu (tutuklanması)Yarı sentetik penisilin üretimindeNişasta ve sellüloz hidrolizindeBiyolojik analizler için sensörlerin oluşturulmasında

Bi t k l ji i b l l l lBiyoteknolojinin başlıca uygulama alanları

Atık TeknolojisiAtıkların yeniden kullanılabilmesiyAtıklardan yeni ürünlerin üretilmesi (Ör: alkol)Çevre Teknolojisii lili i k lüKirliliğin kontrolü

Atık toksinlerin uzaklaştırılmasıDüşük dereceli madenlerden ve madencilik endüstrisi atıklarından

ll i i k lmetallerin geri kazanılmasıYenilenebilen Kaynaklar TeknolojisiKimyasal ham madde ve etanol metan ve hidrojen üretimi için Kimyasal ham madde ve etanol, metan ve hidrojen üretimi için lignosellülozik materyalin yenilenebilen enerji kaynağı olarak kullanılmasıBitki ve hayvan materyalinin tamamının kullanılmasıy y

k l b l l l lBiyoteknolojinin başlıca uygulama alanları

Ziraat ve HayvancılıkBesin değeri yüksek, hastalığa dirençli, strese toleranslı yüksek kalitede Besin değeri yüksek, hastalığa dirençli, strese toleranslı yüksek kalitede ve verimde genetik mühendisliği ile geliştirilmiş bitkilerin oluşturulması

Hayvancılıkta ürün artırımını sağlamakHayvancılıkta ürün artırımını sağlamak

SağlıkYeni ilaçların oluşturulmasıİlaçların sadece hastalıklı bölgeye ulaşmasının sağlanmasıHastalık tanılarının geliştirilmesiAşıların geliştirilmesiş g şİnsan genomunun anlaşılmasıGen tedavisi

Biyoteknoloji ile ilişkili sektörlerin sınıflandırılması

TerapötiklerHastalıkların kontrolünde ve tedavisinde kullanılan Hastalıkların kontrolünde ve tedavisinde kullanılan farmasötik ürünlerin üretimi Antibiyotik üretimiA i iAşı üretimiGen tedavisi ile ilgili ürünlerin üretimi

Tanı kitleriTanı kitleriGıda, çevre ve ziraatta kullanılan tanı ve saptama kitlerin üretemi

GıdaÇeşitli gıda ürünleri, koruyucular, içecekler ve çeşitli k tk dd l i i ü ti i katkı maddelerinin üretimi

ÇevreA Z l dd l i l h l dö ü ü ü ji Arıtım, Zararlı maddelerin yararlı hale dönüşümü, enerji üretimini sağlayan şirketler

Ki l ü ü lKimyasal ara ürünlerEnzimler, DNA, RNA, özgün kimyasalları üreten i k tlşirketler

TeçhizatTüm makine donanımı, biyoreaktörler, "software" ve biyoteknolojiyi destekleyen tüm tüketim maddelerini üreten şirketlerüreten şirketler

Biyoteknoloji konu olarak “multidisipliner” yani bağımsız pek multidisipliner yani bağımsız pek çok bilim dalını birarada barındırır. Eğer biyoteknoloji çalışması yapanları bir liste altında toplamak gerekirse p gBiyokimyacılar, Mikrobiyologlar,Genetikçiler, Moleküler biyologlar, Hücre biyologları Botanikçiler Ziraat biyologları, Botanikçiler, Ziraat mühendisleri, Virologlar, Analitik kimyacılar, Biyokimya mühendisleri, Kimya mühendisleri, Kontrol ymühendisleri, Elektronik mühendisleri ve Bilgisayar mühendisleri bu liste içerisinde sayılabilir sayılabilir. Ayrıca bu liste oluşturulan yeni bir tekniğin pazarlanmasında sorumlu olan ekonomistler, yöneticiler ve olan ekonomistler, yöneticiler ve finans işi ilgili olan elemanlar ve yeni bir ürünün patent alınımından sorumlu hukukcular da katılarak

i l til biligenişletilebilir.

Biyoteknolojinin Tarihsel Evrimi

İlk defa, 1919 yılında, Karl Ereky tarafından kullanılan Biyoteknoloji teriminin o zamanki tanımı, anlamı ve y j ,kapsamı, günümüze kadar gelişen modern tekniklerin bu alana uygulanması ile, önemli ölçüde değişikliklere uğramıştır uğramıştır. Karl Ereky, biyoteknolojiyi ‘Biyoteknolojik Sistemler Yardımıyla Hammaddelerin Yeni Ürünlere yDönüştürüldüğü işlemlerdir’ şeklinde tanımlamıştır.Bu tanım, o zamanki geleneksel biyoteknolojik

l l k b k idi Çü kü ll d uygulamalara çok benzemekte idi. Çünkü, o yıllarda biyoteknolojik sistemler herhangi bir değişikliğe uğratılmadan kullanılmaktaydı. Bunun başlıca nedeni, uğ a ada u a a ayd . u u baş ca ede ,teknolojinin gelişmemiş olmasıydı.

Son 25‐30 yıl, biyoteknolojik gelişmelerin altın çağı Son 25 30 yıl, biyoteknolojik gelişmelerin altın çağı olarak kabul edilmekte, biyoloji, kimya, fizik, biyokimya, mikrobiyoloji ve diğer bilim d ll d ki i b l l l b i l dallarındaki yeni buluşlarla bu yeni alan desteklenmiş ve insanoğlunun hayallerinin sınırladığı noktaya kadar adım adım sınırladığı noktaya kadar adım adım gerçekleşmiştir.

Ortaya konan her yeni buluş veya teknik, diğer bir uygulamaya, ileriye dönük olarak, büyük katkıda b l t l iti i ü ü ü l t bulunmuş, onun temel ve itici gücünü oluşturmuş ve yeni ufukların açılmasına ve yeni problemlerin ortaya çıkmasını yol açmıştır. o taya ç as yo aç şt .

Dünyada giderek artan sayıda ülke, biyoteknolojik y g y , y jaraştırmalarda ve buna bağlı olarak oluşturulan yeni ürünlerin kullanıma çıkarılmasında, bu yönden öncelik kazanarak biyoteknoloji pazarına yönden öncelik kazanarak biyoteknoloji pazarına hakim olmada birbirleriyle yarış haline girmiş bulunmaktadır.

Bu alanda büyük aktivite gösteren birçok büyük y g ç yfirma kurulmuş ve çok büyük yatırım yapılmıştır. Kısa bir gelecekte biyoteknolojik ürünlerin, aynen mikroelektronik malzemeler gibi gelişmiş mikroelektronik malzemeler gibi, gelişmiş ülkelerin ticarî bir silahı haline geleceği çok açıktır.

Biyoteknoloji tarihinde önemli bazı olaylar

MÖ 6000Mayalar ilk kez Sümerler tarafından bira yapımında kullanıldılarMayalar ilk kez Sümerler tarafından bira yapımında kullanıldılar

MÖ 4000MÖ 4000• Mısırlılar maya kullanarak

ekmek yapımını keşfettilerekmek yapımını keşfettiler

üzüm kültürü yapımı yapımı (Gürcistan)(Gürcistan),

1673 1673 Anton van Leeuwenhoek (1632 ‐ 1723),Protozoa ve bakterilerin fermentasyonda rol ve bakterilerin fermentasyonda rol oynayabileceğini açıklayan ilk bilim adamı

• 1856Louis Pasteur Louis Pasteur (1822 ‐1895)

mikroorganizmaların fermentasyondan sorumlu olduklarını kesin bir şekilde tanımladı

1928Alexander Fleming petri kaplarında bir parça küfle çevrelenmiş bölümde tüm bakterilerin öldüğünü keşfetti Böylece penisilin dönemi başladı Fakat 15 yıl keşfetti. Böylece penisilin dönemi başladı. Fakat 15 yıl sonra tıbbi kullanım için uygun duruma geldi.

1938 93Proteinler ve DNA çeşitli laboratuvarlarda çalışılmaya başlandı. “Moleküler biyoloji” terimi gündeme girdi.

1941 b h ldBir gen bir enzim hipotezi ortaya atıldı

1943943Rockefeller vakfı Meksika hükümeti ile işbirliği yaparak Meksika Tarım Programı başlatıldı. Bu yabancı

d l l ilk bi ki l h l l k yardımıyla yapılan ilk bitki ıslahı çalışması olarak biyoteknoloji tarihinde yerini aldı.

1953 1953 Kortizon büyük ölçekte üretilen ilk ürün

1953 19761953 – 1976DNA ile yapılan yaygın çalışmalar

1977 ‐ Günümüz:1977 Günümüz:Genetik Mühendisliği çalışmalarının başlaması. Genentech Genentech Inc tarafından somatostatinGenentech Genentech, Inc., tarafından somatostatin(insan büyüme hormonu) bakteriye klonlandı.

197819781978’de Herbert Boyer San Francisco California Üniversitesi laboratuvarında rekombinant insulin genini Üniversitesi laboratuvarında rekombinant insulin genini E. coli içerisine aktarmayı başardı.

1980 PATENT alınımına izin verilmesiABD ük k M hk i i t l i b kt i i i t t i ABD yüksek Mahkemesinin petrol yiyen bakteri için patent vermesi Kary Mullis ve arkadaşları tarafından PCR yönteminin keşfedilmesi.

1982G tik üh di liği il li ti il i i i li i b kt i t f d Genetik mühendisliği ile geliştirilmiş insan insulinin bakteri tarafından üretilmesi

1985Böcek bakteri ve viruslara dirençli bitkilerin toprakta yetiştirilmesi çalışmalarıBöcek, bakteri ve viruslara dirençli bitkilerin toprakta yetiştirilmesi çalışmaları

1986İlk rekombinant aşı (sarılık, Hepatit B)

19881988İlk genetiği değiştirilmiş hayvan olarak meme kanseri çalışmalarında kullanılan fare için patent alınması

19901990İlk başarılı gen terapi çalışmasının yapılması

1994İlk genetik mühendisliği ile geliştirilmiş domatesin dünya gıda örgütü tarafından İlk genetik mühendisliği ile geliştirilmiş domatesin dünya gıda örgütü tarafından kabulü

199699Biyosensörlerin kullanılması

1997 Doly’nin üretilmesi

1998Eb i ik kök hü ü ti iEbriyonik kök hücre üretimi

1999Deli dana hastalığı için hızlı ve hassas tanı sisteminin Deli dana hastalığı için hızlı ve hassas tanı sisteminin geliştirilmesi

2001…

Tarihsel evrime göre biyoteknoloji üç temel g y j çdöneme ayrılmaktadır. Bunlar da,

1) Geleneksel Biyoteknoloji: Karl Ereky’nin ) y j ytanımladığı biyoteknoloji kapsamında, biyolojik sistemler (genellikle bakteri, maya, mantar) hiçbir

difik ğ d k ll l k d modifikasyona uğramadan aynen kullanılmaktaydı. Aslında, bu tarihlere ait bilgi ve teknoloji de genetik düzeyde değişiklikler yapabilecek durumda değildi düzeyde değişiklikler yapabilecek durumda değildi. Yaklaşık 20 yıl kadar devam eden bu dönemde biyolojik sistemler, ekmek, peynir, alkol, çeşitli alkollü içkiler, p y ç ş çsirke, yoğurt gibi maddelerin üretilmesinde fazlaca kullanılmıştır. Bu nedenle de bu periyot, ‘Fermantasyon t k l ji i’ ğ l kl l b ö lik ü ti i teknolojisi’ ağırlıklı olup buna yönelik üretimi kapsamaktadır.

2) Ara Dönem: 1940‐1975 yılları arasını kapsayan bu dö d bi l jik i t l i dü t id k ll dönemde, biyolojik sistemlerin endüstride kullanım alanları genişletilmiş ve bazı küçük tekniklerin ilavesiyle de üretim geliştirilmiş ve artırılmıştır Bu ilavesiyle de üretim geliştirilmiş ve artırılmıştır. Bu ara periyot içerisinde antibiyotik, enzim, protein, karbonhidrat, organik asitler, alkol vb. maddeler karbonhidrat, organik asitler, alkol vb. maddeler fazlaca üretilmiştir. Bu dönemde, geleneksel biyoteknoloji gibi Bu dönemde, geleneksel biyoteknoloji gibi biyoteknolojik sistemler ve özellikle de bunların genomlarında köklü değişiklikler yapılmadığı için, g ğ ş y p ğ çbugünkü anlamda kullanılan biyoteknolojik uygulamaları pek kapsamamaktadır. Bu nedenlerle d b i bi i i i ibi f de, bu ara periyot ta birincisi gibi fermantasyon teknolojisine dayanmaktadır.

3) Modern Biyoteknoloji: Gelişmiş ve modern tekniklerin biyolojik 3) y j ş ş y jsistemlere uygulandığı bu dönem oldukça ileri bir karakter taşımaktadır.

Mutasyonlar veya Rekombinant DNA teknolojisi yardımıyla y y j y yoluşturulan yeni fenotipik karakter taşıyan Mutantlar veya Transgenik organizmalar, endüstride ve diğer alanlarda (mikrobiyoloji, biyoloji, biyokimya, insan ve hayvan sağlığı, hayvan ıslahı, ziraat, çevre vb.) çok fazla kullanılmaya başlanmıştırkullanılmaya başlanmıştır.

Bu gelişmelere paralel olarak, biyoteknolojinin tanımında da değişiklikler yapılmıştır 1982 yılında OECD’nin raporunda belirtilen tanıma değişiklikler yapılmıştır. 1982 yılında OECDnin raporunda belirtilen tanıma göre biyoteknoloji ‘Temel Bilimlerin ve Mühendislik İlkelerinin, Ham Maddelerin Biyolojik Araçlar Yardımı ile Ürünlere Dönüştürüldüğü Süreçlere Uygulandığı Bir Teknoloji’dir şeklindedir.ç yg ğ j ş

Bu tarif içine her ne kadar açık olarak belirtilmesede, genetik düzeydeki manipulasyonların da içinde bulunduğu ‘Moleküler Genetik ve y p y ç ğRekombinant DNA teknolojisi’ de yer almaktadır.

Modern BiyoteknolojiModern Biyoteknoloji

Bu teknikler yardımıyla organizmanın yaşamı için gerekli bütün bilgilerin toplandığı ve kodlandığı genom kitaplığının = bankalarının kurulması oluşan bankalardan arzu edilen genin izolasyonunun ve kurulması, oluşan bankalardan arzu edilen genin izolasyonunun ve nükleotid dizisinin saptanması ve bu dizilerde değişiklikler yapılması veya başka organizmalara aktarılması, gen regülasyonunun saptanması, hibrit hücreler elde edilmesi mümkündür.

Bu teknikler yardımıyla biyoteknolojik aşılar, proteinler, enzimler, antibiyotikler, hormonlar, sitokininler, monoklonal antikorlar, teşhis koruma ve tedavi araştırmalarında kullanılan di tik dd l i ki ll ü til i diagnostik maddelerin ve kimyasalların üretilmesi gerçekleştirilmektedir.

Bu yöntemler ile, doğal koşulları altında ancak yüz binlerce yıl içinde meydana gelebilecek mutasyonları in vitro olarak kısa sürede içinde meydana gelebilecek mutasyonları, in vitro olarak kısa sürede oluşturmak mümkün olmaktadır.

Neden böyle bir teknoloji (Rekombinant DNA

Teknolojisi) gelişimine ihtiyaç duyulmuştur?Teknolojisi) gelişimine ihtiyaç duyulmuştur?

1) Genellikle bazı belli tipteki hücreleri büyük ölçekte üretmek ü tü Ö ği li hü l i i ö llikl i k kl l l güçtür. Örneğin memeli hücrelerini özellikle insan kaynaklı olanları

üretmek oldukça zordur. Üremeleri yavaştır. Mikroorganizmaları üretebilmek için kullanılan basit yöntemler bu tip hücreler için kullanılamaz.kullanılamaz.

2) Doğal kaynakların kullanımı sınırlıdır.

3) Doğal kaynaklardan izole edilen bir ürünün kontaminasyon riski taşıması ör: Serumdan izole edilen bazı faktörlerin (faktör XII) hemofili hastaları için kullanılması bu faktörün izolasyonu sırasında hemofili hastaları için kullanılması bu faktörün izolasyonu sırasında sarılık veya AIDS gibi bazı hastalık etkenleri ile kontamine olması olasılığını ortaya çıkarır.

4) Maliyet

Bu teknolojinin doğmasına bir başka nedende tamamen yeni bir ürünün üretilme isteğidir. y ğ

Örneğin endüstride biyokatalizör olarak kullanılan enzimler sınırlı özelliklere sahiptir.

Bu özellikler özel spesifite, katalitik aktivite ve stabilitedir.

En imi kodla an gende apılan modifikas onlarla Enzimi kodlayan gende yapılan modifikasyonlarla enzimin yapısı ve diğer özellikleri avantaj yönünde değiştirilerek konak organizmaya sokulur ve yeni bir süper ğ ş g y y penzim elde edilebilir.

Ekonomik açıdan önemli bitkilerin de genomlarının değiştirilmesi biyoteknolojinin diğer bir önemli konusudur değiştirilmesi biyoteknolojinin diğer bir önemli konusudur.

Tahıllara atmosferden azotun fikse edilmesi özelliğinin kazandırılması sadece gübre kullanılmamasını sağlayan maliyet azalmasının yanısıra,

gübre kullanımı ile kirlenen tarladan yağmur suları ile gübre kullanımı ile kirlenen tarladan yağmur suları ile doğal su kaynaklarının kirlenmesi de önlenebilir.

A k l d b i l b l l t Ancak uzun yılardan beri yapılan bu çalışmalar azot fiksasyonunun regülasyon mekanizmasında çok sayıda genin etkili olması nedeniyle azot fiksasyonunun tahıllar

f d l h ü b l tarafından yapılması henüz başarılamamıştır.

Bundan başka tohumlardaki depo proteinlerinin Bundan başka tohumlardaki depo proteinlerinin miktarları artırılabilir veya herbisitlere dirençli bitkiler geliştirilebilir. Ayrıca çeşitli hastalıklara dirençli, donmaya dayanıklı raf ömrü uzatılmış bitkiler de geliştirilebilirdayanıklı, raf ömrü uzatılmış bitkiler de geliştirilebilir.

Biyoteknolojinin Üretim SüreciBiyoteknolojinin Üretim SüreciTicari değere sahip bir ürünün Ham

maddeğ pmikroorganizmalar kullanarak yapılan üretimi sırasında endüstriyel biyoteknoloji süreci genellikle 3 temel aşamaya ayrılır

madde

genellikle 3 temel aşamaya ayrılır.“Upstream processing”: Hedef mikroorganizma için besin kaynağı olarak kullanılabilecek ham

“Upstream processing”:

maddenin hazırlanmasıFermentasyon ve transformasyon: Büyük bir reaktör (100 litreden büyük) içinde antibiyotik amino

Fermentasyon ve biyodönüşüm

büyük) içinde antibiyotik, amino asit, enzim gibi arzu edilen ürünün oluşumu (biyodönüşüm) ile sonuçlanan hedef mikroorganizmanın çoğalması

Downstream processing

mikroorganizmanın çoğalması“Downstream processing”: Arzu edilen ürünün hücre kütlesinden veya besi ortamından ayrılarak fl t l

Saf ürün

saflaştırılması

Mikroorganizmalarla yapılan biyoteknolojiksüreçlerin çoğu genel olarak;süreçlerin çoğu genel olarak;

Süreç Müh.Substrat + Mikroorganizma ÜRÜN Substrat + Mikroorganizma ÜRÜN

şeklinde özetlenebilirşeklinde özetlenebilir.

Sü üh di liği ü i i l l i (f ) Süreç mühendisliği üretim işlemleri (fermentasyon) ve bu işlemler sonucunda oluşan ürünün geri kazanılması ile ilgili yöntemlerin saptanması kazanılması ile ilgili yöntemlerin saptanması, geliştirilmesi ve optimize edilmesini içeren çalışmaları kapsarçalışmaları kapsar.

Ürün hücre biyoması, hücrenin bir metaboliti ya d b l li i f da başlangıç materyalinin transformasyonu sonucu oluşan bir madde olabilir. Bazı durumlarda üretimde canlı organizma yerine üretimde canlı organizma yerine mikroorganizmaların ürettikleri enzimler kullanılabilir. Bu durumda;

SüreçMühendisliği

Ü ÜSubstrat + Enzim ÜRÜN

kli d bi itlik ö k dşeklinde bir eşitlik söz konusudur.

Süreç geliştirilmesinden önce arzu edilen ürünün saptanması gerekir saptanması gerekir. Genelde yabani suşlar bu ürünü az oluşturduklarından ürün saptama yöntemleri duyarlı olmalıdır ürün saptama yöntemleri duyarlı olmalıdır. Süreç geliştirilmesinde çeşitli yöntemler kullanılabilir. Fakat üretimde amaç yalnız bir veya birkaç yöntemi Fakat üretimde amaç yalnız bir veya birkaç yöntemi kullanmaktır.

Üretim için gerekli olan substrat, toplam imalat fiyatının yaklaşık %50 sini kapsadığından mümkünse besiyeri ucuz ham madde içermeli fakat kapsadığından mümkünse besiyeri ucuz ham madde içermeli fakat üretimin artırılması için gerekli olan spesifik katkı maddeleri unutulmamalıdır. Fermentasyon sonucunda oluşan ürünün yüksek

i d i k l diğ bi ö li verimde geri kazanılması diğer bir önemli konudur. Eğer ürün hücre biyokütlesi (biomass) ise oluşan Eğer ürün hücre biyokütlesi (biomass) ise oluşan hücreler sürekli toplanır ve fermentasyon devam eder. Ürün hücre içinde kalabileceği gibi salgılama yeteneğinde olan hücreler tarafından da üreme t l bili ortamına salınabilir.

Hücrenin parçalanması, ekstraksiyon ve saflaştırma işlemleri sonucunda minimum kayıp saflaştırma işlemleri sonucunda minimum kayıp ile ürünün geri kazanılması sağlanır.

Biyoteknolojik süreçlerin en son aşaması elde edilen ürünün kalite kontrolü yapıldıktan sonra kontrolü yapıldıktan sonra paketlenmesi ve tüketiciye bozulmadan

l dsunulmasıdır.

Biyolojik SistemlerBiyolojik Sistemler

ArcheaBakteriBakteriMantarBöcekBöcekBitkiMemeli hücre hatlarıMemeli hücre hatlarıBöcek, bitki ve memeliviruslarıviruslarıÇok hücreli organizmalar (bitki, balık, fare ve evcil hayvanlarhayvanlar

Archea

Archea’larla yapılan çalışmalar çok yenidir.Bu organizmalar ekstrem şartlarda yaşarlar.g ş y şÖzellikle tuzluluk açısından çok dirençlidirler.Modern tarımın bir sonucu olan aşırı tuzluluğa karşı Modern tarımın bir sonucu olan aşırı tuzluluğa karşı, bu organizmalara ait tuz direnç genlerinin kültür bitkilerine aktarılması kaçınılmaz görünmektedirbitkilerine aktarılması kaçınılmaz görünmektedir

Diğer Prokaryotlarğ yBakteriler ve Cyanobacteria (eskiden mavi‐yeşil algler olarak

)adlandırılıyordu) Bakteriler, toprak, hava, su, hayvan ve bitki yüzeylerinde bulunurlar.

Bazıları hastalık etkeni olmakla beraber çoğu zararsız ve organik atıkların geri dönüşümü sırasındaki yararlı etkileri ve birçok faydalı ürünü üretmeleri dönüşümü sırasındaki yararlı etkileri ve birçok faydalı ürünü üretmeleri nedeniyle biyoteknolojide oldukça önemli bir yere sahiptirler.

1884 Christian Gram tarafından bulunan Gram boyama yöntemi ile bakteriler kabaca iki büyük boyama yöntemi ile bakteriler kabaca iki büyük gruba ayırabiliriz. Bakteriler iki farklı hücre duvarı yapısına sahiptir ve buna göre farklı şekilde yapısına sahiptir ve buna göre farklı şekilde boyanma özelliği gösterirler.

Gram (+) Gram (-)

B k i f l jil iBakteri morfolojileriAynı genusa ait bazı türler endüstriyel açıdan faydalı ö llikl hi k b l i l i i l d özelliklere sahipken bazıları insanlar için zararlıdır. Örneğin Bacillus türleri toprakta yaşarlar ve aerop veya fakültatif anaerop metabolizmaya sahiptirler. a ü a a ae op e abo aya sa p e .B. subtilis endüstride kullanılan amilaz enziminin kaynağıdır. B. thruringiensis ise birçok bitki zararlısı böceğin patojenidir. Ve bu nedenle böceklere dirençli bitkilerin oluşturulmasında genetik mühendisliğinin önemli çalışma oluşturulmasında genetik mühendisliğinin önemli çalışma konularından birini oluşturur. B.athracis ise insanlara patojen etkiye sahiptir ve şarbon p j y p şhastalığının nedenidir.

Escherichia coli

Genetiği, moleküler biyolojisi, biyokimyası, fi l ji i l fizyolojisi ve genel biyolojisi son 50 yılda yapılan çalışmalardan toplanan bilgilerle son toplanan bilgilerle son derece iyi bilinen bir organizmadır.Gram ( ) patojen Gram (‐), patojen olmayan, çomak şeklinde, hareketli bir organizmadır.D ğ l l k i Doğal olarak insan barsağında bulunur, normal olarak toprak veya suda bulunmazsuda bulunmaz.

Ç k b it b i Çok basit besi ortamlarında kolaylıkla bölünerek çoğalabilirGenerasyon süresi 37ºC’da logaritmik fazda yaklaşık 22 dakikadır.22 dakikadır.Aerobik ve anaerobik olarak üreyebilir ( k bi t h t l(rekombinant –heterolog‐protein üretiminde aerobik üreme)Oksijen, üretimde en önemli sınırlayıcı faktördür. faktördür.

Peynir mayasından insülin y ymolekülüne kadar bir çok ürünün elde edilmesinde kullanılmıştırkullanılmıştır.

E. coli harici Prokaryotik Sistemler

Acremonium chrysogenumBacillus brevisBasillus subtilis, Basillus thuringiensisCorynebacterium glutamicumErwinia herbicolaPeudomonas sppRhizobium spp Rhizobium spp Streptomyces sppTrichoderma reseiXanthomonas campestrisZymomonas mobilis

E li h i i P k ik Si lE. coli harici Prokaryotik Sistemler

Bu organizmalar iki grub altında toplanabilirÖÖzel bir fonksiyona sahip bir gen için konak olma

Ör: termofillerden izole edilen ve PCR teknolojisinde kullanılan ısıya dirençli DNA polimeraz enziminin E.coli’de klonlanması ve ısıya dirençli DNA polimeraz enziminin E.colide klonlanması ve üretimin gerçekleşmesi

Belirli işleri çok daha etkin yapabilmek için genetik mühendisliği il li ti ilile geliştirilmeÖr: Endüstriyel açıdan önemli amino asitlerin çok fazla üretilmesi için Corynebacterium glutamicum’un çeşitli türlerinin ç y g ç şgeliştirilmesi

Cyanobacteria (mavi yeşil bakteriler)Cyanobacteria (mavi‐yeşil bakteriler)

Ör: Anabaena cylindris Ör: Anabaena cylindris, Nostok muskorum, Spirulina platensis

Mavi‐yeşil bakteriler a yeş a e eprokaryotlar sınıfına dahil olup fotosentez özelliğine sahiptir. İlk kez varlıkları fosillerde İlk kez varlıkları fosillerde saptanmıştır. Dünya oluşumunda belki de ilk canlı organizmalardır. T l l l Tatlı ve tuzlu suların yüzeylerinde bulunurlar. Karada ise ışığın ve nemin olduğu çamur ve kaya, tahta ğ ç yveya bazı canlı organizmaların yüzeylerinde bulunabilirler.Koyu yeşilimsi‐mavi Anabaena flamentleriKoyu yeşilimsi mavi pigmentlerinden dolayı bu isimle adlandırılırlar.

Cyanobakterilerin yapısıCyanobakterilerin yapısı

Hücre duvarı yapı ve fonksiyon bakımından Gram( ) bakterilere benzerGram(‐) bakterilere benzer.Fotosentetiktirler. Klorofil ve karotenoid pigmentler “lamella” adı verilen hücre ü i b d yüzeyi membranında, fikosiyanin ve fikoeritrin gibi pigmentlerde fikobilisomlarda bulunur.Fikobilisomlar tlakoid memmran yüzeyinde bulunurlar

Fikosiyanin Yeşil ışığı absoblar (615‐620A).

Allofikosiyanin Turuncu ışığı absorblar (650‐670A)670A)

Fikoeritrin Yeşil ışığı absorblar (495‐570Fikoeritrin Yeşil ışığı absorblar (495 570

C b k il iCyanobakterilerin yapısıAZOT FİKSASYONU: Sadece birkaç AZOT FİKSASYONU: Sadece birkaç organizma atmosferik azotu amonyağa redüklemek yoluyla a.a. ve proteinleri üretmek üzere

ik itl dö ü tü ül bili organik asitlere dönüştürülebilir. Azot fikse edebilen bakteriler gibi mavi‐yeşil bakterilerde böyle bir yeteneğe sahiptir. y ğ pHücreler nitrogenaz enzimi ile bu reaksiyonu gerçekleştirirler. Bu enzim oksijen ile inaktive olur. Bu nedenle azot fikse eden hücrelerin nedenle azot fikse eden hücrelerin içindeki koşullar anaerobik olmalıdır. Anabaena gibi bazı mavi‐yeşil b kt l t fik d bakterler azot fiksasyonundan sorumlu heterosit adı verilen özel kalın duvarlı hücrelere sahiptirler.

Heterositler hücre duvarlarında bulunan özel bir por aracılığı ile vejatatif hücrelere bağlanırlar. Bu porlar ışık mikroskobu ile görülebilirlermikroskobu ile görülebilirler.Anabaena flamentleri şeker ve oksijen üreten fotosentetik hücrelerden oluşmuştur.

Birçok flamentli mavi‐yeşil bakteri akinet veya

d b ly ş yspor diyebileceğimiz olumsuz koşullarda devamlılıktan sorumlu olan hücreler oluştururlar olan hücreler oluştururlar. Bu hücreler heterosit hücreye yakın olan vejatatif hücreler

f d l ltarafından oluşturulur. Hücre boyutunda artış olur ve büyük miktarlarda besin depolanır Gas besin depolanır. Gas vakuolleri kaybolur. Bunun sonucunda akinetler suyun dibinde ll l l kl yıllarca canlılıklarını

koruyabilirler. Koşullar uygun olduğunda tekrar hızla bölünerek çoğalırlarhızla bölünerek çoğalırlar.

Mavi‐yeşil bakterilerin biyoteknolojik önemi

M‐Y bakteriler fotosentez yetenekleri, yüksek protein içerikleri ve basit besiyerlerinde hızlı protein içerikleri ve basit besiyerlerinde hızlı çoğalmaları nedeniyle besin kaynağı olarak kullanım alanına sahiptir.Tek hücre proteini (THP) p p ( )elde edilmesinde en çok denenen günümüzde insan ve hayvanların beslenmesinde geniş uygulama alanı olan mavi‐yeşil bakteriler, diğer mikroorganizmalardan farklı olarak yeterli ikt d k b di k it b li li d d miktarda karbondioksit, belirli derecede

aydınlatma, geniş üretim ortamı gibi özel koşullara gereksinim gösterirlergereksinim gösterirler.

lSpirulana

Sprilulina platensis: Afrika ve ü A ik ’d ki ğ öll d güney Amerika’da ki sığ göllerde

doğal olarak bulunur. Binlerce yıldan beri yöredeki insanlar t f d t l b l l tarafından toplanan bu algler kurutulduktan sonra besin kaynağı olarak çoğunlukla sos şeklinde veya çorba içinde şeklinde veya çorba içinde kullanılmaktadır. Nostoc ise Peru ve Güney doğu A ‘d b i dd i l k Asya ‘da besin maddesi olarak kullanılan bir diğer M‐Y bakteridir.

GÜBRE OLARAK: Mavi‐yeşil bakterilerint fik ö lliği t d ktazot fiksasyon özelliği saptandıktan sonra

kurutulmuş Tolypthrix tenuis pirinçtarlasına serpildiğinde azot fiksasyonunda veverimde artış gözlenmiştir. M‐Y bakterilerinHi di d i i l l d üb l kHindistan da pirinç tarlalarında gübre olarakkullanımıyla toprağın havalandırılmasısonucunda su geçişi ve toprağın sıcaklığınındaha homojen olması sağlanmaktadır. Azotf k b k lfiksasyonu için M‐Y bakterilerinRhizobium’ların yerini almasının bazıavantajları vardır. Mavi‐Yeşil bakterilerhavadaki azotu amonyuma redüklerkenyfotosentez metabolik yolunu kullanırlar. Yanibir bitki ile simbiyotik bir yaşam ve enerjikaynağı olarak herhangi bir organik molekülilavesi gerekmez. Tarımda azot fikse eden M‐gY bakteriler organik gübre olarakkullanılabilir. Çin, Hindistan, Filipinler gibipirinç tüketimi fazla olan bölgelerde büyükoranlarda ürerler. Pirincin büyümeoranlarda ürerler. Pirincin büyümesezonunun başında eğer suya M‐Ybakterilerin başlangıç kültürleri ekilirsepirinç veriminde %15‐20 oranında artışolduğu bildirilmektedirolduğu bildirilmektedir.

Mavi‐yeşil bakterilerin biyoteknolojik önemi

Araştırmalar Mavi‐Yeşil bakterilerin güneş enerjisi dönüşüm sisteminde yer alması için devam etmektedir. Anabaena cylindrica heterocystleri vejatatif hücrelerde fotosentez yoluyla oluşturdukları oksijeni dışarı verirler. Azot yokluğunda ise heterositlerde

k l l d l k l f d l k d nitrogenaz enzimi katalizörlüğünde elektronlar H+ iyonuna transfer edilerek Hidrojen gazı açığa çıkarırlar. Oksijen ve Hidrojen her ikisi de endüstride ihtiyaç duyulan gazlardır.

BİYOLOJİK OLARAK AKTİF MOLEKÜLLERİN ÜRETİMİ:Mavi‐Yeşil bakteriler antibiyotiklerin ve diğer biyolojik olarak aktif moleküllerin ticari boyutlardaki üretimi için büyük bir potansiyel oluştururlar. Çünkü Mavi‐Yeşil bakteriler heterotroftur Bu özellikleri de onların fermentasyon koşullarında üretilmelerine olanak heterotroftur. Bu özellikleri de onların fermentasyon koşullarında üretilmelerine olanak sağlar. Henüz araştırma aşamasında olan Anacystis nidulans ile yapılan rekombinant DNA teknolojisi çalışmalarıyla nadir bileşiklerin üretiminde kullanımları amaçlanmaktadır.

Sonuç olarak :Sonuç olarak :Fermentör koşullarında üreyebilirler, uzun süreli fizyolojik stabiliteye, basit besin gereksinimine, köpük oluşturmama özelliğine sahiptirler. Diğer alglerden farklı olarak azot fiksasyonu yapabilme farklılığına sahiptirler. Optimum sıcaklık 35oC dir. Karanlıkta y y p ğ p p 35veya gün ışığında heterotrofik olarak ürerler.

MMayaMayalar;Tek hücreli Tek hücreli ÖkaryotikTomurcuklanarak ve/veya bölünerek / yeşeysiz

farklı eşey tipine sahip hücreleriyle eşeyli olarak çoğalabilirlerfarklı eşey tipine sahip hücreleriyle eşeyli olarak çoğalabilirler

Mayaların tanımlanması maya biyoteknolojisi için oldukça önemlidir. önemlidir.

Örneğin endüstriyel süreçlerde yabani ve kültüre edilmiş ğ y ç y şmayalar arasındaki farkı gösterebilmek esastır.

Bi ü i i d ü ü d i l Bira üretiminde üründe istenmeyen aroma oluşumuna neden olan yabani ırkın karışması veya ekmek mayası üretiminde şeker transport yeteneği daha fazla olan ş p y ğCandida utilis mayasının karışması ekmek mayası üretiminde kullanılan Saccharomyces cerevisiaemayasının üremesini engelleyecektir mayasının üremesini engelleyecektir

M l d fi l jik Maya genuslarının ayrımında fizyolojik testlerle birlikte morfolojik testler de kullanılır. Günümüzde 700 civarında maya türü Günümüzde 700 civarında maya türü tanımlanmıştır. Fakat bu sayı maya çeşitliliğinde sadece çok küçük bir bölümü temsil etmektedir.ç çTanımlanmamış maya genus ve tür sayısı çok daha fazladır çok daha fazladır.

Maya biyologları için maya çeşitliliğini tanımlamak kadar diğer önemli bir nokta özellikle biyoteknolojik öneme sahip türleri belirleyip saklamak ve koruyabilmektir. Moleküler biyoloji tekniklerinin yaklaşımıyla türler daha hızlı ve kolay bir şekilde karakterize y şedilebilmektedir. Günümüzde 6 mayanın genom projesi Günümüzde 6 mayanın genom projesi tamamlanmış ve işlevsel genomik çalışmaları ile genlerin işlevlerinin belirlenmesine devam genlerin işlevlerinin belirlenmesine devam edilmektedir.

Maya hücreleri klorofil Maya hücreleri klorofil içermez ve zorunlu olarak kemoorganotrofiktirler.Ü k i i ik Üremek için organik karbona gerek duyarlar. Karbon metabolizmaları

Öçok çeşitlidir. Örneğin basit şekerleri, polioller, organik ve yağ asitleri g y ğalifatik alkoller, hidrokarbonlar ve çeşitli heterosiklik ve polimerik pbileşikleri karbon kaynağı olarak kullanabilirler. Bu özellikleri nedeniyle Bu özellikleri nedeniyle farklı habitatlar için özelleşmiş türler kolaylıkla saptanabilirkolaylıkla saptanabilir.

M l k h Mayalar toprak, hava ve sudan izole edilebilirler. Bazı mayalar ekstrem yortamlarda örneğin ozmofilik mayalar şeker bakımından zengin bakımından zengin ortamlarda yaşayabilirler. Bu tür mayalar genellikle gıda bozucu olarak bilinir. Bunun dışında fırsatçı patojen olarak bazı maya patojen olarak bazı maya türleride örneğin Candida albicans pek çok i f k i d l d infeksiyondan sorumludur.

Mayalar insanlar için;k ik ekonomik, sosyal ve ğl k d ld k ö li ki sağlık açısından oldukça önemli en eski

evcilleştirilmiş organizmalardır. Alkollü içeçeklerin üretiminde ekmek yapımında Alkollü içeçeklerin üretiminde, ekmek yapımında hamurun kabarması için binlerce yıl öncesinden beri kullanılmaktadırlar. Gerçekte bira yapımı ç y pbelkide dünyanın ilk biyoteknolojisini temsil etmektedir.

Günümüzde mayalar geleneksel gıda f d d k i li fermentasyonunun dışında çok çeşitli alanlarda da kullanılmaktadır.Özellikle genetik mühendisliğiyle geliştirilmiş mayalar hastalıkların geliştirilmiş mayalar hastalıkların önlenmesinde ve tedavisinde kullanılan pek

k f ötik j ü til i d çok farmasötik ajanın üretilmesinde yaygın bir şekilde kullanılmaktadır.

Biyoteknolojik Öneme Sahip Bazı Mayalar

Axula adeninivorans Nitrat ve aminleri asimile eder 45 C Axula adeninivorans Nitrat ve aminleri asimile eder, 45 C üzerinde üreyebilir, pek çok hidrolaz salgılayabilir.

Candida türleri

g y

C.albicans hidrokarbonlardan aminopenisillanik asit ve B6 vitamin üretimi, C.boidinii NAD, FAD metil ketonlar ve sitrik asit üretimi, C.famata riboflavin, , f ,C.maltosa biyokütle proteini için yağ asiti ve alkan kullanımı, C.tropicalis triptofan, C.pelliculosa selülozik materyalden C.pelliculosa selülozik materyalden biyokütle proteini, C.utilis, pek çok ürün eldesi, ksilozda üreyebilme, klonlama teknolojisinde kullanım C shehatae ksiloz teknolojisinde kullanım, C.shehatae ksiloz fermentasyonu

Biyoteknolojik Öneme Sahip Bazı Mayalary j p y

Hansenula polymorpha Heterolog gen anlatımı için Hansenula polymorpha Heterolog gen anlatımı için kullanılabilen metilotrofik maya

Laktoz ve polyfruktosanı Kluyveromyces marxianus ve K. lactis

p yfermente eder. Doğal kakao fermentayonu. Pek çok enzim i i k k l bili kl l için kaynak olabilir, klonlama teknolojisinde kullanılabilir.Bitki lignoselülozik

Pachysolen tannophilus

Bitki lignoselülozik hidrolizatlarından kaynaklı pentoz şekerlerinin pentoz şekerlerinin fermentasyonu

Biyoteknolojik Öneme Sahip Bazı Mayalar

Phaffia rhodozyma ve Pichia türleri

Gıda boyası olan astaksantin pigment üretimi. p gP.guilliermondii riboflavin sentezi ve hidrokarbonlardan biomas protein eldesi biomas protein eldesi. P.methanolica etanol biosensörü olarak kullanılan lk l k id alkol oksidaz üretimi.P.pastoris metanolden biomas protein eldesi, b o as p o e e des ,heterolog gen anlatımı ve insan terapötik proteinlerini üretebilen metilotrofik maya

Rhodosporidium toruloidesüretebilen metilotrofik maya

Fenilketanüri tedavisinde Fenilketanüri tedavisinde kullanılan PAL enzim kaynağı

Biyoteknolojik Öneme Sahip Bazı Mayalary j p y

Saccharomyces türleri S.cerevisiae klasik gıda fermentasyonu. Bira şarap ekmek rom cin yapımı Bira, şarap, ekmek, rom, cin yapımı. Yakıt, alkol, gliserol, invertaz ve hayvan besini kaynağı.Rekombinant DNA bes ay ağ .Re o b a t DNteknolojisiyle sayısız protein üretimi.

Saccharomycopsis türleri S.fibuligera amilolitik maya.

Schizosaccharomyce pombe

Geleneksel Afrika alkollü bira yapımı. Şarapların deasidifikasyonu. Yüksek etanol ozmotik tolerans.. Biyokütle protein eldesi, heterolog gen anlatımı ve

t t tl i d k llmutagenez testlerinde kullanım.

Schwanniomyces türleri S.castellii ve S.occidentalisamilolitik mayalar. Nişastanın i üli i l i i ve inülinin etanole çevrimi ve

heterolog gen anlatımında kullanılabilirler

Trichosporon cutaneum

kullanılabilirler.

Fenol varlığına ilişkin bisensor p Fenol varlığına ilişkin bisensor olarak kullanılır.

Yarrowia lipolytica Lipid ve hidrokarbonlardan biomas protein eldesi. Sitrik

Zygosaccharomyces rouxii

pasit ve hücredışı enzim üretimi. Japon soya sosu karakteristik Zygosaccharomyces rouxii J p yaromasını vermede kullanılan halofilik ve ozmotolerant maya ü ütürü.

Endüstriyel mayaların çoğu özellikle fermente Endüstriyel mayaların çoğu özellikle fermente içeçeklerin üretiminde kullanılanlar genetik bakımından karmaşıktırlar ve stabil bir haploidi ş pgöstermezler.

Örneğin bira yapımında kullanılan Sacchoromyces türleri poliploid veya anöpliod y p p y p(diploid‐heptaploid) ırklardır. Bu nedenle geliştirilmelerinde eşeyli üreme özelliklerinden

l l yararlanılamaz.

Bunun yerine klasik bira tadını veren Bunun yerine klasik bira tadını veren organoleptik özellikleri iyi olan karakteristik fermentasyon yapan karakteristik fermentasyon yapan ırklardan doğal seçimle en iyi olan şeçilir.

Bunun dışında endüstriyel mayaların geliştirilmesinde şüphesiz genetik geliştirilmesinde şüphesiz genetik mühendisliğinin önemi oldukça fazladır.

Rekombinant DNA teknolojisi ile li i il k bi l geliştirilen rekombinant mayalar

tarafından üretilen biyolojik olarak aktif jrekombinanat proteinlerin veriminin arttırılmasında iki önemli yaklaşım arttırılmasında iki önemli yaklaşım vardır:

l kül tik t k ikl i k ll moleküler genetik tekniklerin kullanımı fermentasyon teknolojisi.

Gıda Tüzüğüne Uygun, G tik Ol k D ği ti il i M lGenetik Olarak Değiştirilmiş Mayalar

Maya TanımlamaEkmek Mayası Glukoz baskısından

kaçınmak ve hamurlaşmayı ö l k i i l önlemek için maltoz kullanım genleri değiştirilmiş

Bira Mayası

değiştirilmiş.

M l d k i l i k i Bira Mayası Maltodekstrinleri kısmi olarak parçalayan STA2

i i i l idi tgenini içeren plazmidi taşır.

Alkollü içeceklerin üretiminde mayalar

Alkollü içeçeklerin üretimi tarih olarak çok eskidir. Gü ü ü d f t k k ülk i Günümüzde maya fermentasyonu pek çok ülkenin ekonomisi için oldukça önemlidir.

Bira üretimi bilinen en eski biyoteknolojik süreçtir. Bira dışında şarap distillenmiş içecekler “cider”, “sake” ve çeşitli likörler

Bazı alkollü İçeceklerin Üretim Özetiç

Bira Viski Şarap Likör ve diğer içkiler

Hammadde Arpa, yardımcı

dd l

Arpa, buğday vb.

Üzüm Arpa, mısır, melas, üzüm vb.

maddeler

Ön uygulama

Malt oluşturma,

Malt oluşturma,

Parçalama,yumuşatma

Substrata bağlı olarak değişiruygu o uştu a,

ezmeo uştu a,

ezmeyu uşat a değ ş

Fermentasyon

S.cerevisiae, S.carlsbergen

S.cerevisiae S.cerevisiae S.cerevisiae, K.marxianusy

sis

Damıtma Hayır Evet Hayır Evet

Olgunlaşma Haftalarca Yıllarca Yıllarca Değişken

Son alkol 3 6 40 45 8 12 35 45Son alkol oranı (% v/v)

3-6 40-45 8-12 35-45

Biyoalkol üretimiEtanolün yenilenebilir kaynaklardan mayalar kullanarak üretilmesi tüm dünyanın ilgisini çeken konulardan biridir.İlk üretim 1930’larda başlamıştır fakat petrol fiyatları düşürülünce teknoloji bırakılmıştır.1970’deki petrol krizi ile birlikte yeniden gündeme 1970deki petrol krizi ile birlikte yeniden gündeme gelmiştir.Brazilya şeker kamışını ve melası substrat olarak kullanarak ü iği lü k l k ll k d B il ’d ürettiği petrolü yakıt amaçlı kullanmaktadır. Brazilya’da otomobillerin çoğu alkol veya alkol+benzin karışımı (gasohol) ile çalışmaktadır.

Genetik mühendisliği ile geliştirilmiş mayaların Genetik mühendisliği ile geliştirilmiş mayaların lignoselülozik (odunsu) atıkları substrat olarak kullanarak etanol üretmeleri yönünde yoğun kullanarak etanol üretmeleri yönünde yoğun çalışmalar yapılmaktadır. Etanol dışında mayaların ürettiği diğer biyoalkollerEtanol dışında mayaların ürettiği diğer biyoalkoller

gliserol ( alkollü içecekler için aroma katıcı, nitrogliserin türevli patlatıcılar yapımında) türevli patlatıcılar yapımında), ksilitol (şeker yerine diyabetik ürünlerin yapımında), sorbitol arabinitol (düşük şeker içerikli gıdaların sorbitol, arabinitol (düşük şeker içerikli gıdaların yapımında; ilaçların kaplanmasında yenilebilir kaplama maddesi olarak)maddesi olarak)

Lignoselülozik Materyallerden Etanol Üretimig y

Lignoselülozik Ön HidrolizLignoselülozik Materyal

Ön Hidroliz

HidrolizLignin

Pentozca ZenginFermentasyon

Heksozca Zengin Fermentasyon

Damıtma Etanol

Yakıt Amaçlı Etanol Üreten Mayalarda İstenen ÖzelliklerYakıt Amaçlı Etanol Üreten Mayalarda İstenen Özellikler

Genel Özellik ÖrneklerFermentasyon Hızlı fermentasyon, yüksek oranda etanol

üretimi. Yüksek etanol toleransı. Fermentas on için optimum üksek sıcaklık Fermentasyon için optimum yüksek sıcaklık ve düşük pH. Substratların etkin kullanımı. Küçük ölçekte fermentasyon metabolitleri. Küçük ölçekte fermentasyon metabolitleri. (Gliserol, esterler vb.)

Üreme Hızlı maya üretimi. Yüksek oranda canlılığı sürdürme. Çeşitli etkenlere karşı tolerans. (Yüksek şeker ve toksik kimyasallar) Genetik kararlılık. Bakteri kontaminasyonuna direnç. F t d ü ti i Fermentasyon sırasında en az ısı üretimi.

M bi kütl i tü li ü ü lMaya biyokütlesi türevli ürünler

Ekmek mayası olarak S.cerevisiae yılda milyonlarca ton üretimektedir ton üretimektedir. Bunun dışında;

hayvan yemlerine katkı olarak tek hücre proteini hayvan yemlerine katkı olarak tek hücre proteini şeklinde, biyosorbent olarak ağır metal temizliğinde,y ğ ğ ,gıda renklendirilmesinde pigmentli mayalar,insan ve hayvanlar için probiyotik olarak (büyüme y ç p y yfaktörü/biyofarmasötik amaçlı) maya biyokütlesi kullanılmaktadır.

Maya Biyokütlesinin Endüstriyel KullanımlarıM ay a Ürü n T ip i Ku llan ım Ö rn ek ler i

Sık ış t ırı lm ış Ek m ek M ay as ı /A ktifKu ru M ay a

M ay a Kre m i

Tek Hü cre P ro tein i

Ek me k,b ira ,ş arap v e d a mıt ma

Ek me k v e d a m ıt ma

Hay v an b es in i

Ü

Bü y ü me Fa ktö rü

Reaktan t may ala r

İn s an v e h ay v an p rob iy o tiğ i

Org an ik kimy ad a ku llan ılanb iy o katalis tler

Tü m Hü cre Ü rü n ler iB io s o rb en t may alar ı

M in eral may ala rı

Ko zm etik may a lar ı

A ğ ır metal ar ıt ım ı

Bes in s el iz e le men t kay n ağ ı

Der i s o lu n u m faktö rü

Bo y ar mad d e may ala rı

B iy o lo jik ko n tro l may ala rı

Kirlil ik ko n tro lü may a lar ı

G ıd a b o y alar ı

Ziraatte an tifu n g al a jan

B OD in d irg ey iciler il i i k llM ay a ö zü tleri

M ay a RNA tü rev le ri

Hü d

Bes in ku llan ım ı v em ikro b iy o lo jik b es iy er i

A ro ma ku v v etlen d ir ic iler i v efarmas ö tik ku llan ım

Yi k f ö tikÖ zü tlen miş Hü c reÜrü n ler i

Hü cre may a d u v arı

M ay a-B v ita m in i ko mp le ks leri

M a a en im ler i

Yiy ecek v e fa rmas ö tikku llan ım

Kap s ü ller v e b es in s el d es tektab le tleri

Yi ecek le rd e in erta eM ay a en zim ler i

Reko mb in an t may alar

Yiy ecek le rd e in v ertaz v elakta z ku llan ım ı

Terap ö tik p ro tein ler

S. cerevisae Dışındaki Maya Biyokütlesinin Biyoteknolojik KullanımıBiyoteknolojik Kullanımı

Maya Biyomas KullanımıKluyveromyces marxianus ve K.lactis

C tili

Hayvan besini. Laktaz kaynağı

C.utilisPhaffia rhodozymaS h b l dii

Tek Hücre ProteiniKaroten pigmenti

Saccharomyces boulardiiPichia pastoris ve H. Polymoroha

Bioterapötik ajanTHP ve metanolden rek proteinler

Yarrowia lipolytica ve C. paraffinicaAlkanlardan Tek Hücre Proteini

eldesi

Rhodotorula glutinis,Lipomyces lipofer,Cryptococcus curvatus ve

Ucuz karbon kaynaklarından Tek Hücre Yağı Eldesip f , yp

Candida türleriHücre Yağı Eldesi

Tüm Hücre Maya Kitlesinin Yeni Kulanım AlanlarıTüm Hücre Maya Kitlesinin Yeni Kulanım Alanları

Uygulama Yorumyg

Çiftlik Hayvanları Üreme

Yorum

Gevişgetirenlerde hayvan Ç yFaktörü

Gevişgetirenlerde hayvan büyümesini ve süt verimini arttırmak için işkembe böl i i bili d bölgesini stabilize eden S.cerevisiae kullanılır. Mayalar işkembede oksijensiz ortam işkembede oksijensiz ortam sağlayarak oksidadif hasarı engeller. İşkembedeki yararlı bakterilerin üremesini malik bakterilerin üremesini, malik asit gibi maddeleri üreterek sağlarlar.ğ

Biyoterapötik ajan S.cerevisia anti akne ajanı ve menstrüasyon öncesi ağrı id i i d S b il dii b gideriminde, S.boilardii bazı

ince barsak hastalıklarına karşı koruyucu ajan olarak ve anti koruyucu ajan olarak ve anti Candida ajanı olarak da kullanılır.

Kimyasal Reaktant Organik kimyacılar S.cerevisiae’yi bazı kimyasal maddelerin modifiye edilmesinde kullanırlar. Bu reaksi onların ba ıları

Besin pigmenti

reaksiyonların bazıları endüstride rutin kullanım alanı bulmuştur. Besin pigmenti bulmuştur.

Phaffia rhodozyma bazı deniz mahsüllerinde renklendirici olarak kullanılan pigmentler üretir.

Biyokontrol ajanıS.cerevisiae tahıl ürünlerinde fitoalleksin elisitörü olarak kullanılır. Birkaç maya türü ç yfungal meyve hastalıklarının biyokontrolünde kullanılır.

Bi di j l

Bazı mayalar endüstriyel atıklardan Ag, U, Co, Cu,Cd ibi ğ ll i i l Biyoremediyasyon ajanları gibi ağır metalleri temizler.

Organik atıklardan karbon ve nitrojenleri uzaklaştırır. H bi i ibi l k ikl i Herbisit gibi zararlı toksikleri etkisizleştirir.

BiyosensörS.cerevisiae ortam kirliliği test etmede biyosensör olarak kullanılabilir kullanılabilir.

Elektron üreten maya destekli Biyoelektriksel yakıt hücresi

yyakıt hücreleri ve maya temelli yarı iletkenler

Maya Kökenli Enzimlerin KullanımıSubstrat Enzim Uygulamalar

Nişasta atıklarının dönüşümüyle b l bNişasta ∝‐Amilaz,

glukoamilaz bioetanol ve biomas üretimi. Düşük karbohidratlı bira yapımı.

Sukroz İnvertazMaya invertazının tekstil endüstrisinde sukroz Sukroz İnvertaz endüstrisinde sukroz hidrolizinde kullanımı.Çikolata yapımında inert şeker eldesiy p ş

Kluyveromyces türleri, etanol ve

İnülin İnülinazKluyveromyces türleri, etanol ve yüksek fruktozlu şurupların eldesinde, polifruktan ve levanların hidrolizinde tkili i üli i k ğ detkili inülinaz enzim kaynağıdır.

Laktoz Laktaz Kluyveromyces türleri sütteki laktozun parçalanmasında ve günlük atıklardan etanol ve biyomas protein eldesinde etanol ve biyomas protein eldesinde kullanılan laktaz kaynağıdır.Laktaz yiyecek işlemede de kullnaılır. Kluyveromyces’teki ilgili genler Kluyveromyces teki ilgili genler S.cerevisiae’de klonlanmıştır.

Yağlar LipazHazım kolaylaştırıcı,tat modifiye edici eldesinde ve yağların esterifikasyonunda eldesinde ve yağların esterifikasyonunda trigliseritlerden serbest yağ asidi ve gliserol sağlanmasında lipazların k ll

Selüloz Yarı selüloz Selülaz vb.

kullanımı.

Sellobioz’un fermentesinde bazı Yarı selüloz Selülaz vb. Sellobioz un fermentesinde bazı mantarlar, ksilanların parçalanmasında bazı mayalar kullanılır. Kimi genler S cerevisiae’de klonlanmıştır ve S.cerevisiaede klonlanmıştır ve yenilenebilir biokütledenbioetanol üretiminde kullanılmaktadır.

Mayaların Biyomedikal Alanlarda Kullanımı

onkoloji, f k lfarmakoloji, toksikjoloji, viroloji insan genetik hastalıkları g

için model organizma olmaları çok önemlidir.

2001 Nobel Tıp ve Fizyoloji Ödülü

Maya hücre bölünmesinin kontrolu ve kanser

L l d H H t llLeland H. Hartwell

R. Timothy Hunt

Paul M. Nurse

Mayalara Klonlanmış Bazı Terapötik Protein Örnekleri

DNA K ğ Gen Ürünü ÖrnekleriDNA KaynağıProkaryotik

Gen Ürünü ÖrnekleriTetanoz toksin fragment C;

ViralHerpes, Hepatit, Onkogenik vb. bazı virüslerden yüzey antijeni ve enzim kodlayan genler

Protozoal

genler.Malarya antijeni

HayvanSülükten hirudin, engerekten ekhistatin, tavşan α‐globin,sığır ve fare interlökini vb.İ

İnsanİnsülin, paratiroid hormon, somatostatin, büyüme hormonu, işlevsel antijenler ve IgE faktörü, insülin benzeri büyüme faktörü, tümör ynekroz ve sinir büyüme faktörleri, interferonlar, hemoglobin, faktör VII ve XI, albumin, fibrinojen, Superoksit dismutaz, ∝‐amilaz, gastrik lipaz vb..

Maya genomik ve proteomik çalışmalarının tamamlanmasıyla pek çalışmalarının tamamlanmasıyla pek çok insan genetik hastalığının tanısının konması ve tedavisi yakın bir gelecekte konması ve tedavisi yakın bir gelecekte gerçekleşecektir. Çünkü bu organizmalar model olarak kullanılmaktadır.kullanılmaktadır.

ÖMaya Endüstrisinde “killer”(Öldürücü) Faktörler

Endüstriyel mayaların bazılarında virusa benzeyen çift iplikli RNA’lar tarafından sentezlenen toksik bir molekül (proteinaceous), bu moleküle sahip olmayan mayalar için öldürücü etki gösterir moleküle sahip olmayan mayalar için öldürücü etki gösterir. Bu faktörlerin varlığı özellikle biracılık endüstrisinde çok büyük sıkıntılara neden olmuştur. Öldürücü maya suşları bira oluşumunu tamamen durdurmakta ve Öldürücü maya suşları bira oluşumunu tamamen durdurmakta ve biraya kötü bir tat kazandırmaktadırlar. Fermentasyon sektöründe steril olmayan tip açık fermantasyon yapıldığı için arzu edilmeyen maya türleri sisteme girebilmekte yapıldığı için arzu edilmeyen maya türleri sisteme girebilmekte fermantasyon verimini ve ürün kalitesini bozmaktadır. Özellikle killer plazmid taşıyan maya türlerinin sisteme girmesi durumunda killer toksinine hassas başlangıç kültürü zarar görmekte, ş g ç gönemli ölçüde verim kaybına ve ürün kalitesinin düşmesine neden olabilmektedir.

Bu problemin en mantıklı çözümü ise Bu problemin en mantıklı çözümü ise yabancı organizmaların toksinlerine bağışıklık kazanmış bir maya türü bağışıklık kazanmış bir maya türü oluşturmaktır.

Arzu edilmeyen maya türleri tarafından l bil k bi k i ö l k olaşabilecek bir kontaminasyonu önlemek

amacıyla moleküler biyoloji teknikleri k ll l k k ll l d b k kkullanılarak killer plazmid içeren bir ekmek mayası kültürü gekiştirmek mümkündür.

KüflerKüfler hifli mantarlardır. Birçok organizma ve gıda maddesi ( ekmek, meyve, sebze.. vb) üzerinde oluşturdukları pamuk görüntüsündeki doku nedeniyle mayalardan çok daha önce keşfedilmişlerdir doku nedeniyle mayalardan çok daha önce keşfedilmişlerdir. Küfler, endüstride bir çok ürünün eldesinde, atıklardan değerli ürünlerin oluşturulmasında kullanılan farklılaşma göstermeyen ve klorofil içermeyen mikroorganizmalardır. Doğada ve toprakta yaygın klorofil içermeyen mikroorganizmalardır. Doğada ve toprakta yaygın olarak bulunan küflerden endüstriyel mikrobiyoloji alanında önem taşıyanlar mikroskobik olanlardır. Küflerin üredikleri ortama proteaz, lipaz, karbonanhidrazlar gibi litik p p genzimleri salgılamaları ve küflerin ürettikleri çeşitli metabolitlerin birçok alanda kullanılabilir olması bu organizmaların endüstrideki önemini oldukça artırmaktadır. A i h bitkil i i t j l tü l id Ayrıca insan, hayvan ve bitkiler için patojen olan türleride bulunmaktadır.

Küflerin BiyolojisiKüflerin Biyolojisi

Bir küf, protoplazma iplikleri veya uzantıları olan hiflerden ve olan hiflerden ve sporlardan oluşur. Hiflerin yaptığı yumağı y p ğ y ğmisel adı verilir. Hifler, bölmeli hifler ve bölmesiz hifler olarak bölmesiz hifler olarak ikiye ayrılır. Bölmeli hifler bölmeler ile hücrelere ayrılırlar ve her hücrede bir veya iki hücre çekirdeği bulunur hücre çekirdeği bulunur.

Bölmesiz hiflere sönositik hif adı da verilir.Bölme içermezler ve çok çekirdeklidirler Bölme içermezler ve çok çekirdeklidirler. Üreme hifleri genellikle koloninin yüzeyinde bulunan ve üreyen hücreleri veya sporları taşıyan bulunan ve üreyen hücreleri veya sporları taşıyan hiflerdir. Hifsel üreme ortamın besin koşulları ile yakından l l dilgilidir. Beslenme hifleri ise koloniye besin sağlayan hifl di B l hifl i i d hü i hiflerdir. Beslenme hifleri sayesinde hücrenin bulunduğu noktadan uzakta olan substratlara ulaşmaları sağlanır. ş ğ

Küflerin hücre duvarı glukan, kitosan ve kitin gibi farklı glukoz polimerlerinden yapılabilir. Birkaç örnekte hücre duvarının sadece kitinden oluştuğu bilinmektedir. Aynı zamanda hücre duvarı % 80 – 90 polisakkarit polimerleri de içerir. G i k l bü ük bi k i t i Geri kalan büyük bir kısmı ise protein ve lipidlerden oluşur. Hifl hü l i li i ik l Hifler uç hücrelerin gelişmesi sonucu apikal büyüme ile veya bölmeli hiflerde olduğu gibi apikal büyüme ve hifin herhangi bir bölümündeki apikal büyüme ve hifin herhangi bir bölümündeki hücrelerin bölünmesiyle gelişir ve uzarlar.

Küflerin yaşam çevrimiÇok hücreli küflerin yaşam çevrimi eşeyli veya eşeysiz sporlarla olabilir. Çeşitli cins ve türlerde farklı detaylara h l kl b b l ll kl b k dsahip olmakla beraber genel özellikleri bakımından

benzerlik gösterilir. Bazı eşeysiz sporlar, sporangiofor adı verilen özel bir hif Bazı eşeysiz sporlar, sporangiofor adı verilen özel bir hif uzantısının ucunda bulunan sporangium denilen kapalı bir yapı içinde oluşurlar. Bazıları ise konidiofor adı verilen özel hiflerden oluşarak Bazıları ise konidiofor adı verilen özel hiflerden oluşarak konidium adını alır. Diğer eşeysiz spor biçimi ise klamidospor’dur. Klamidospor genellikle vegetatif hücreden gelişir kalın duvarlıdır ve uygunsuz koşullara hücreden gelişir, kalın duvarlıdır ve uygunsuz koşullara dayanıklıdır. Eşeysiz üremede rüzgarla dağıla konidialar, miselyumun l d k d f l l d d lş y g ğ y

oluşturduğu konidioforların uçlarında meydana gelir. Konidiaların çimlenmesiyle vejatatif üreme devam eder.

Küflerde eşeyli üremeKüflerde eşeyli üreme Endüstriyel Önemi Olan Küflerin ySınıflandırılması

Ascomycetes : Mayalarda olduğu gibi sporlarını askus keseleri içerisinde oluştururlar. Bununla b b f l l l d k l k l kberaber filamentli mantarlarda askuslar kompleks bir yapı olan ascocarp içinde oluşurlar.

Basidiomycetes grubu küfleri eşeyli sporları basidia, basidiocarp içinde geliştirirler. Hücre çeperleri glukan ve kitinden oluşur. Agaricus tü l i i l i i dü t i l t tük ti i türleri insanlar için endüstriyel mantar tüketimine cevap vermek üzere üretilir.

Deuteromycotina: Bu Deuteromycotina: Bu gruptaki küflerde eşeyli üreme yoktur. Sadece ykonidia olarak bilinen eşeysiz üreme yapılarıyla ürerler. Hücre çeperleri glukan ve kitinden oluşur Bu gruba giren en oluşur. Bu gruba giren en önemli endüstriyel küfler Aspergillus vep gPenicillum’dur.

A. niger sitrik ve glukonik asit üretimde kullanılır.A oryzae pirinç ve soya ürünlerinin A. oryzae pirinç ve soya ürünlerinin fermentasyonunda ( besin endüstrisinde) , proteolitik ve amilolitik enzimlerin üretilmesinde proteolitik ve amilolitik enzimlerin üretilmesinde kullanılır. Bazı türleri ise bitkilere örneğin pamuğa patojen a tü e se b t e e ö eğ pa uğa patojeetkiye sahiptir. Fındık veya fıstık üzerinde üreyen A. flavus insan ve kümes hayvanlarında karaciğer kanserini indükleyen etkiye sahip B1 –mikotoksin’ini üretirler. Mitotoksinler genelde küçük molekül ağırlıklı, insan ve hayvanlara karşı toksik olan küflere ait

t b likl di metaboliklerdir.

E dü i l küfl d k ü i d l l P i ill Endüstriyel küflerden en çok üzerinde çalışılan Penicillum türleridir. Her çeşit organik materyal üzerinde üreyebilen sporları ç ş g y y phavada sporofit olarak bulunur. P. griseofulvum griseofulvin üretiminde kullanılır. Bu madde deri ve tırnaktaki mantar tedavisinde kullanılırmadde deri ve tırnaktaki mantar tedavisinde kullanılır.Griseofulvine duyarlı mantarlarda antibiyotik, mikrotubullerdeki tubulinin oluşumuyla ilgili proteine b ğl k i d k l l hif l bağlanarak mitozda kromozomların ayrılmasını ve hifsel üremeyi durdurur. Penicillum’un diğer türlerinin birçoğu besin endüstrisinde ğ ç ğönemlidir. Örneğin P. camemberti, P.roqueforti isimleriyle anılan peynirlerin yapılmasında kullanılır.

Zygomycetes: Sporocarp içerisinde aseksüel (eşeysiz), hareketsiz sporlara sahiptir. Hücre d k ( l k k d hduvarı kitosan ( glukozaminin çok az yada hiç asetillenmemiş polimeridir) ve kitinden oluşur.

B b dü t i l küfl i Bu grubun endüstriyel küfleri Mucor ve Rhizopus’ tur. Rhizopus migricans sitrik asit üretiminde kullanılır. Mucor ise daha önce anlatıldığı gibi peynir yapımında kullanılan p y y prennin üretimnde kullanılmaktadır. Mucor pussillus ve Mucor pussillus ve Mucor miehei’den izole edilen asit proteazlar süt proteini kazeindeki peptid bağını kazeindeki peptid bağını parçalayarak kazinin çökmesine neden olur.

Normal doğal koşullar altında mantarlar i l k l l E li ü i eşeysiz olarak çoğalırlar. Eşeyli üreme ise

sadece uygun şartlar altında nadiren olabilir. yg şKüflerin endüstriyel üretimi ise özel olarak tasarımı yapılmış sadece misel oluşumuna tasarımı yapılmış sadece misel oluşumuna izin veren yatay tanklarda yapılır.

Küflerin ürettiği endüstriyel ürünlerden bazıları

AntibiyotiklerSitrik asitÇeşitli peynirler ; Rokfor camembert brie Çeşitli peynirler ; Rokfor, camembert, brie peynirleri gibiSake (Japon içkisi) Sake (Japon içkisi) Soya fasulyesi sosu ve diğer bazı soslarÇeşitli enzimler ; Amilaz, Glukoaminaz, Sellulaz, Pektinaz, Proteaz, Mikrobiyal rennet gibi

ProtistlerProtistlerP i l ( ) i Protistler (protozoa) nemin bulunduğu yerlerde, tuzlu ve tatlı sularda ve toprakta bulunurlar.Simbiyotik ve parazit türlerinin y pyanı sıra serbest yaşayan türlerde bulunmaktadır. Bazıları ototrofik, diğer bazıları saprofit bir grup ise saprofit, bir grup ise heterotrofiktir. Besin maddelerinin sindirimi sitoplazmadaki besin vakuolleri i i d l k d içinde olmaktadır. Gaz değişimi hücre zarından difüzyon yoluyla olmaktadır. Hücre metabolizmasının sonucu Hücre metabolizmasının sonucu oluşan atıklar hücreden difüzyonla atılır.

Bi t k l jik ö l iBiyoteknolojik önemleri

Siliatların bir çoğu saprofittir, ve organik atıkların geri dönüşümünde oldukça büyük öneme sahiptir. P i Chl llParamecium ve Chlorella

Protistlerin bazı türleri vitamin Protistlerin bazı türleri vitamin özellik B12 ve E vitaminlerini üretir ve üreme ortamına salgılarlar.Sahip oldukları pigmentleri ise

dü t id bi k k ll l endüstride bir çok kullanım alanı mevcuttur. Ör: Karatenoidler yiyeceklerin renklendirilmesinde yumurta sarısının veya somon b l ğ i i l d balığının renginin artırılmasında yemlere katkı maddesi olarak ilave edilir. Chlorella ve DunaliellaChlorella ve DunaliellaPhytol (Fitol) bir başka potansiyel endüstriyel üründür. Vitamin A, β Karoten vit E ve K

i i ö ül dd l i l k sentezinin öncül maddeleri olarak kullanılabilir.

Protisler amino asit üretiminde de önemli bir role sahiptir Aminoasitler ise besin endüstrisinin en sahiptir. Aminoasitler ise besin endüstrisinin en önemli katkı maddelerinden birini oluşturur.Ayrıca çok önemli karbonhidrat kaynağıdırlar. Besin y ç y ğkaynağı olarak kullanılmalarının yanı sıra mikrobiyal transformasyonlar için örneğin etanol ve metan ü ti i i i k k l t lüretimi için kaynak oluştururlar.

Alglerin polisakkarit üretimi bir başka önemli üretim alanını oluşturur alanını oluşturur. Bazı alg‐ polisakkaritlerinin potansiyel anti‐ kanser aktivitesi olduğu da bilinmektedir.ğPolisakkaritler yoğunlaştırıcı ajanlar olarak kullanılır. Polisakkaritin ticari üretiminde Porphyridium cruentum fazla miktarda ekstrasellüler polisakkarit üretme özelliği ile kullanılır.

Diğ Ök ik Hü kül ü l iDiğer Ökaryotik Hücre kültürleri

Böcek, memeli ve bitki hücre kültürleri için ayrıntıda farklı ama temelde aynı yaklaşımlar ve yöntemler kullanılır.y y ş yÖncelikle küçük bir doku parçası organizmadan ayrılır.Hücreleri bir arada tutan hücre dışı matriksin enzimler k ll l k l l hü l b d kullanılarak parçalanmasıyla hücreler serbest duruma getirilir.Bitki hücreleri için hücre duvarını parçalamak için ek bir Bitki hücreleri için hücre duvarını parçalamak için ek bir enzim daha kullanılır.In vitro hücre bölünmesini engelleyen hücre dışı matriksten

kl hü l i i l ibi ikl i i l uzaklaşan hücreler amino asitler, antibiyotikler, vitaminler, tuzlar, glukoz ve üreme faktörleri içeren karmaşık bir besi yeri üzerine yerleştirilir. y ş

Bu koşullar altında hücreler kültür kabının yüzeyini tek tabaka şeklinde kablayıncaya kadar bölünürler tek tabaka şeklinde kablayıncaya kadar bölünürler. Bu noktada hücre bölünmesi hücre örnekleri toplanmadan seyreltilmeden ve yeni bir kültür toplanmadan, seyreltilmeden ve yeni bir kültür kabının içinde yeni bir kültür kabına aktarılmadıkça durur durur.

G llikl b l ( i ) h hü kül ü l i Genellikle başlangıç (primer) hayvan hücre kültürleri aktarılır ve 50‐100 generasyon hücreler bölünme yeteneğini kaybeymeden ve ölmeden korunabilir. Primer hücre kültürünün hücreleri orjinal hücre tipinin bazı özelliklerini korur.Bu nedenle çeşitli dokuların biyokimyasal özelliklerini Bu nedenle çeşitli dokuların biyokimyasal özelliklerini çalışmak mümkün olmaktadır.Sıklıkla primer hücre kültürlerinin pasajı sırasında hü l i b l hü kül ü ü d ğ l hücrelerin bazılarıhücre kültüründe çoğalmayı kolaylaştıran genetik değişiklikler geçirebilirAvantaj yönündeki bu seçiciliğe sahip hücreler in vitro j y ç ğ püreyerek belli hücre hatlarının oluşmasına neden olur. Kurulan hücre hatları küçük ölçekte virusları korumak ve klonlanmış DNA tarafından üretilen proteinin klonlanmış DNA tarafından üretilen proteinin saptanmasında, büyük ölçekte ise aşıların ve klonlanmış genlerin kodladığı proteinlerin üretiminde kullanılır.

M li Hü Kültü l iMemeli Hücre Kültürleri

Bazı memeli proteinlerinin yabancı bir organizma içerisinde üretilmesi mümkün değildir. içerisinde üretilmesi mümkün değildir. Diğer bilimsel ve ekonomik nedenlerle bu proteinlerin üretiminde Memeli Hücre

l l k ll l k d ÖpKültürleri kullanılmaktadır. Örneğin, Monoklonal antikorlar N d Çü kü kl l tik l Neden: Çünkü monoklonal antikorların transkripsiyon ve translasyon düzeylerindeki sentez ve regülasyonlar oldukça karmaşıktır. Bu tür se e e egü asyo a o du ça a aş . u üproteinler gelecekte tedavi ve analitik uygulamalardaki önemlerinden dolayı oldukça geniş çalışmalara konu olacaklardırgeniş çalışmalara konu olacaklardır.

Bitki D k V Hü Kültü l iBitki Doku Ve Hücre KültürleriBitki biyoteknolojinin en önemli çalışma konularının başında gelmektedir. Bitkiler besin kaynağı olmalarının yanısıra oldukça önemli hammaddelerden biridir. B il ’d b l % ’ b i k k d f t l ld Brezilya’da arabaların ∼%90’ı benzin ve şeker kamışından fermentasyonla elde edilmiş alkol karışımı (gasahol) ile çalışmaktadır. Bitkiler değerli ilaçların aktif maddelerini sağlamaları açısından da önemli kaynaklardır. yBöyle değerli maddelerin bitkilerden elde edilmesi ise ülkenin iklim koşullarına, politikasına ve pazarlama ekonomisine bağlıdır. Bu nedenle, bitki hücre kültürü bilimi (bazıları sanat olarak da ifade etmektedir) ortaya çıkmış ve geliştirilmiştir geliştirilmiştir. Bitki hücrelerinin kültüre edilebilmesi ve büyük ölçeklerde üretilmesi gerek biyokütle eldesi açısından gerekse arzu edilen değerli ürünün bu kültürlerden izole edilmesi bakımından üzerinde en fazla çalışılan konuların başında l kt di gelmektedir.

Bu değerli ürünlerin çoğu hücrenin durağan fazında üretilen sekonder metabolitlerdir. Bu teknoloji ilk doğuşunda değerli ürünlerin elde edilmesi için ekonomik değildi fakat teknolojinin gelişimi ile birlikte yüksek hacimde düşük ğ j g ş y şfiyatla ürün elde edebilmek mümkün olmuştur.

Şarap YapımıŞ p p

Ş ü ü ü d t b k d b l b i Şarap üzümün dış tabakasında bulunan yabani mayalar kullanılarak yıllar öncesinden beri yapılmaktadıryapılmaktadır.Farklı maya ırkları şarabın o bölgeye ait karakteristik tad ve aromasını vermek üzere o karakteristik tad ve aromasını vermek üzere o çoğrafik alan için özel olarak seçilir.Günümüzde çoğu modern şarap üreticileri kendi Günümüzde çoğu modern şarap üreticileri kendi özgün maya ırklarını özelliklerine göre seçimini yaparak kültürleyip saklarlar. y p y p

Şarap YapımıŞ p pToplanan üzümler şıra haline getirmek üzere parçalanır.Geleneksel olarak üzümler ön işlemden geçirilmez Sadece Geleneksel olarak üzümler ön işlemden geçirilmez. Sadece Kalifornia’da süfür dioksit etkisinde bırakılarak yabani mayalar öldürülür.Üzümün dış tabakasında bulunan yabani mayalar şıradaki şekerin fermentasyonunu sağlar.Saccharomyces cerevisiae var ellipsoideus Bu değişimi Saccharomyces cerevisiae var. ellipsoideus. Bu değişimi gerçekleştiren baskın olan mayadır.Fermentasyon günlerce sürer.Fermentasyon günlerce sürer.Kırmızı ve beyaz üzümlerden elde edilen şıralar kırmızı ve beyaz şarapları oluşturur.

Şarap YapımıŞ p pKırmızı şaraplar üzümün dış kabuğu ile birlikte fermente edilirfermente edilir.Şekerler etanol ve karbon dioksite dönüştürülürken etanol kabuktaki pigmentleri çözünür duruma getirir etanol kabuktaki pigmentleri çözünür duruma getirir ve kırmızı şarap oluşur.Beyaz şarap için dış kabuk uzaklaştırılırBeyaz şarap için dış kabuk uzaklaştırılır.

Şarap YapımıPek çok şarap özellikle kırmızı şaraplar ilk yılda malo‐laktikfermentasyon adı verilen ikinci bir fermentasyon daha geçirir.B ü ü ü d l lik iti ü ü ü idit i i lt k Bu süreç üzümde var olan malik asiti üzümün asiditesini azaltmak üzere laktik asit ve karbon dioksite dönüştürür. Bu fermentasyon Pediococcus, Leuconostoc ve Lactibacillus gibi çeşitli laktik asit bakterileri tarafından gerçekleştirilirlaktik asit bakterileri tarafından gerçekleştirilir.Şampanta tipi şaraplar ikinci bir fermentasyon geçirir.Şeker eklenir ve karbon dioksit karbonat üretip şarabı kabarcıklı yapar.T tl d i ü ü l t l d ö B t ti iTatlı şarap yapımında ise üzümler toplanmadan önce Botrytis cinereaküfü ile infekte edilir. Bu işlem su kaybına şeker içeriğinin artışına neden olur.B tü ü ü l d ld dil k d h t tl d l k Bu tür üzümlerden elde edilen şıra çok daha tatlıdır ve glukozu fermente eden fakat fruktozu bırakan glukofilik mayalar tarafından fermentasyona uğratılır.

iBira YapımıBira malt haline getirilmiş (çimlendirilmiş) arpadan yapılırMalt yapmak için arpa taneleri su içerisinde 2‐3 gün bekletilir daha

ü ülüsonra süzülür13‐17 ºC 10 gün bekletilir. Bu işlem depo nişastanın maltoza dönüşmesi için gerekli olan amilazın üretilmesiyle çimlenmeyi başlatır.S kl ğ ºC’ k l l i l d t dili Sıcaklığın 40‐70 ºC’ye çıkarılmasıyla enzimler denature edilir ve çimlenme durdurulur.Tanelerin kavyrulma sıcaklığına göre farklı renk ve tadda malt oluşur bunun sonucunda da farklı renk ve tadda bira oluşur bunun sonucunda da farklı renk ve tadda bira oluşur Taneler silindirler arasından geçirilerek parçalanır.62‐68 ºC de su eklenip 2 saat bekletilir. Bu işlem şekerin malttan ayrılırak çözülmesine yardımcı olur ayrılırak çözülmesine yardımcı olur Sıvı büyük bir kaba aktarılır (atık taneler hayvan yemi olarak satılır) ve biranı karakteristik tadını veren şerbetci otu (Humulus lupulus) eklenir

Az miktar şeker eklenerek birkaç saat kaynatılır şerbetçi Az miktar şeker eklenerek birkaç saat kaynatılır şerbetçi oyundan ayrıldıktan sonra fermentasyon için uygun sıcaklığa getirilirFermentasyon tankına Saccharomyces cerevisiae ve S. calsbergensis ilavesiyle fermentasyon başlatılır.20 ºC de 5 gün süren fermentasyon sonucunda (etanol ve 20 ºC de 5 gün süren fermentasyon sonucunda (etanol ve karbon dioksit oluşumu) mayalar uzaklaştırılır ve Marmamite olarak adlandırılan maya özütü olarak besin yendüstrisinde kullanılır.

Olgunlaşma sürecinden (haftalar b l ) bbazen aylar) sonra bira santrifüj edilirek

kl datıklardan uzaklaştırılır ve uygun

l l l dşişeleme işlemlerinden sonra satışa sunulur

Arpa taneleri

Malt oluşumu için taneleri ıslatma taneleri ıslatma

Ezme işlemiEzme işlemi

Ş b t i tŞerbetçi otu

Ekmek yapımıGünümüzde ekmek yapımında çeşitli tahıllardan elde edilen unlar kullanılmaktadır. İşlem un, su, tuz ve maya karışımını kapsar (bazen şeker ilavesi de gerekebilir)Undaki enzimler (amilazlar) nişastayı maltoza ve glukoza hidroliz ederler.Mayalar şekerleri etanol ve karbon dioksite dönüştürürlerMayalar şekerleri etanol ve karbon dioksite dönüştürürlerKarbon dioksit ekmeğin kabarmasını sağlarEkmeğin yapısını undaki proteinlerin özellikleri belirlerEkmeğin yapısını undaki proteinlerin özellikleri belirler.Genel olarak gluten olarak adlandırılan proteinlerin toplamı kaliteli ekmek için %10‐14 bisküvi yapımı için p ç 4 y p ç%10’dan az olmalıdır.

Ekmek Mayası ÜretimiyY ğ t YYoğurt Yapımı

Yoğurt yapımında süt,yarı süt tozu veya tamamen süt tozu kullanılabilir. Süt öncelikle patojen mikroorganizmalar için kontrol edilir. Süt 85‐95 ºC de 15‐30dk ısıtılır. Ön işlemleri ve ısıtılması tamamlanan ve 43‐45 ºC ye soğutulan süte %2‐3 oranında yoğurt bakterileri eklenir. Aynı ısıda yoğurtlaşma kaplarında bir süre beklenirAynı ısıda yoğurtlaşma kaplarında bir süre beklenir.Yoğurt bakterileri ortaklaşa olarak sütteki laktozu parçalarlar ve laktozdan laktik asit oluşturarak sütün ekşiliğini artırırlar ş ş ğasiditenin artmasıyla sütteki kalsiyum kazeinat kolloidal durumunu koruyamaz çözünerek jel haline geçer ki buna yoğurtlaşma denir yoğurtlaşma denir.

Yoğurt Yapımığ p

Kullanılan mikroorganizmalar:Fakültatif anaerop Lactobacillus hücreleri Gram(+) çomaktırlar. Kompleks üreme faktörlerine gereksinim duyarlar Asite karşı tolerans Kompleks üreme faktörlerine gereksinim duyarlar. Asite karşı tolerans gösterirler. Fermentasyon süresince düşen pH'ya karşı bakteriler üremeye devam ederler. Bu özellikleri onlara ortamda seçici olmalarını sağlar.Lactabacillus dışında laktik asit üretiminde kullanılan bir diğer cins Streptococcus'tur. Streptococcus Gram(+) ve kok morfolojisine sahiptir.Yoğurt yapımında her iki tip bakteride kullanılmaktadır. Lactabacillus

i l i l i l i ğ k B S proteinleri parçalayıp peptitleri açığa çıkarır. Bu sonuç Streptococcus thermophilus un üremesini indükler. Streptococcus ürerken methanoik asit üretir. Bu da Lactobacillus’un üremesini indüklemektedir. Her ikiside çok az oranda alkol üretmektedir ikiside çok az oranda alkol üretmektedir.

Yoğurt YapımıYoğurt Yapımı

Yoğurt istenen kıvamı kazanınca soğutularak ılık ortamda çalışan bakterilerin aktiviteleri önlenir . ortamda çalışan bakterilerin aktiviteleri önlenir . Bu işlem ne kadar çabuk olursa asitlik gelişmesi az olacaktır. Soğutma süresinde de asiditenin artması göz önüne alınarak inkübasyon süresi kısa t t l l dtutulmalıdır.Son yıllarda üretimi yapılan "Bio yoğurt" ise daha tatlı ve kremsi tatdadır Üretiminde bu iki grup tatlı ve kremsi tatdadır. Üretiminde bu iki grup bakteriye ilaveten L. acidophilus da oluşan asidik tadı uzaklaştırmak için kullanılır.


Probiyotik yoğurt: Probiyotik kültürler bağırsak yüzeyine tutunarak çoğalır ve bağırsak florasının yüzeyine tutunarak çoğalır ve bağırsak florasının dengelenmesine yardımcı olur. Lactobacillus johnsonliprobiyotik özelliklerinden dolayı yoğurt yapımında probiyotik özelliklerinden dolayı yoğurt yapımında kullanılmaktadır.


Laktik asit ayrıca ilk mikrobiyal ürün olarak üretilen organik asitlerden biridir. üretilen organik asitlerden biridir. Ekşi ve kokusuz bir maddedir. Su, alkol ve eterle kolaylıkla karışabilir. Su, alkol ve eterle kolaylıkla karışabilir. Kloroformda çözünmez. Erime noktası düşüktür. e o tas düşü tü .İyi çözücü özelliklerine sahip zayıf bir asittir. Kolaylıkla polimerleşebilir. o ay a po e eşeb .Bu özellikleri nedeniyle geniş bir kullanım alanı vardır.

Yoğurt Yapımığ p

B i dd l i i k l idi ğl Besin maddelerinin korunması amacıyla asidite sağlar. Kalsiyum laktat pasta yapımında kabartma tozu l k b k l k i l k k l i l i d i olarak, bakır laktat ise elektro kaplama işlerinde geniş

olarak kullanılmaktadır.

Y ğ t YYoğurt Yapımı

İki tip laktik asit bakterisi bilinmektedir. H t f t tif H f t tifHeterofermentatif ve Homofermentatif.Heterofermentatif organizmalar çok sayıda yan

l d kl d l b l d kürün oluşturdukları için endüstriyel boyutlarda ki üretimler için uygun değildir.Homofermentatif organizmalar ise çok az istenmeyen yan ürün oluşturan buna karşılık laktik asit üretimi fazla olan organizmalardır.

Teoride bir glukoz molekülü başına iki molekül laktik asit ve iki molekül ATP oluşur. şGliseraldehit‐3‐fosfat dehidrogenazdan NAD+ redüksiyonu ve laktat dehidrogenazla prüvat redüksiyonundan geçen NADH k id l ktik it l NADH oksidasyonu sonucu laktik asit oluşur

Endüstriyel laktik asit üretimi için en çok kullanılan mikroorganizma Lactobacillus gdelbrueckii olup özellikle mısır glukozu içeren ortamların fermentasyonunda içeren ortamların fermentasyonunda kullanılır. L. bulgaris karbon kaynağı olarak laktozu fermente eder ve peynir altı suyunda laktat p y yüretiminde kullanılır. L petosus pentozları kullanabilmekte olup L. petosus pentozları kullanabilmekte olup süfit atık sıvısından laktik asit üretiminde l l delverişlidir

iPeynir Yapımı

Peynir sütteki proeinin çökelmesiyle yapılan en eski süt ürünlerinden biridir.eski süt ürünlerinden biridir.Sütün kaynağına, olgunlaşmada ve ileri aşamalarda kullanılan yerel yöntemlere bağlı l k f kl k d l f klş y y ğolarak farklı tat, renk ve yapıda yüzlerce farklı peynir çeşidi bulunmaktadır.P i ilk l ğ t Pernir yapımının ilk aşamaları yoğurt yapımına benzer.

Sütteki proteinin koagülasyonu (süt kesiği)Sütteki proteinin koagülasyonu (süt kesiği)Peynir altı suyunun uzaklaştırılmasıOlgunlaşma

Peynir Yapımıy pSüt 72 ºC de 15 saniye ısıtılır Hızla 31 ºC’ e soğutulur ve peynir tankına geçirilirHızla 31 C e soğutulur ve peynir tankına geçirilirLaktik asit bakterileri (Streptococcus lactis, S. cremoris ya da özel bir tada özgü bir tür) eklenirgLaktozun laktik asite dönüşümü süt proteinlerinin koagülasyonu

h l d d k l k Daha ileri düzeyde süt kesiğinin oluşumu için kimozin (%90) ve pepsin (%10) enzimlerinin karışımı olan rennet eklenebilir.eklenebilir.45 dakika sonra süt kesiği sıvısından (peynir altı suyu) uzaklaştırılırÇeşitli olgunlaşma işlemleri

Kontrol odasıKontrol odası

Peynir tankına bakterikültürü eklenir, renklenme gerçekleşir ve süt kesiği oluşur

Süt kesiği ve peynir altı suyu süzme tablalarına geçirilirgeçirilir.Peynir altı suyu ayrılırkarıştırma işlemiyle süt kesiklerinin boyutlarının aynı olması sağlanır Bu kesiklerinin boyutlarının aynı olması sağlanır Bu aşamada tuz eklenir.

Sirke Yapımıp

Meyve suları ve meyve ezmelerinden asetik asit Meyve suları ve meyve ezmelerinden asetik asit şeklinde sirke üretimi çok uzun yıllardan beri yapılmaktadıryapılmaktadır.Romalılar devrinde sulandırılmış sirke ferahlatıcı içecek olarak kullanılırdı Şarap fıçılarının ağzının açık içecek olarak kullanılırdı. Şarap fıçılarının ağzının açık bırakılmasıyla sirke oluşturulurdu. Daha sonraları tekniklerin geliştirilmesiyle sirke üretimi artırıldı.tekniklerin geliştirilmesiyle sirke üretimi artırıldı.

Sirke YapımıpŞekerli meyvelerden sirke yapımında birbirinden Ş y y ptamamıyla farklı iki fermentasyon işlemi yer alır.

1. Alkol fermentasyonu2. Asetik asit fermentasyonu

Önce meyve ve üzüm şıralarındaki şeker alkole dö dü ülü B ğl l d S l döndürülür. Bunu sağlayan mayalardır. Sonra oluşan bu alkol sirke bakterileri asetik asite dönüştürülür.

MayaC6H12O6 → 2CO2+ 2CH3CH2OH

Sirke BakterileriCH3CH2OH+OH → CH3COOH+H2O3 3

Cabernet Ahududu

Sirke YapımıAsetik asit fermentasyonu başlamadan alkol fermentasyonu bitmiş olmalıdır. fermentasyonu bitmiş olmalıdır. Sirke bakterileri havanın oksijeni yardımıyla alkolü okside ederek asetik aside çevirir.çKimyasal bakımdan asetik asit fermentasyonu bir oksidasyon (dehidrogenasyon) olayıdır.

Asetik asit üretimi bir çok fermentatif bakteri t f d l kl b b ti i l k tarafından yapılmakla beraber ticari olarak üretimde özel bir grup bakteri "asetik asit bakterileri" kullanılmaktadır.

Asetik asit bakterileri iki grup altında toplanabilir Asetik asit bakterileri iki grup altında toplanabilir. Glucanobacterler Asetobakterler

Asetik asit bakterileri Gram(‐) genelde çomak fakat değişen morfolojiye sahip asite toleranslı,

ki ikli b kt il di aerop kirpikli bakterilerdir. A. pasteurianus, A.aceti ve A. peroxidans sirke yapımında kullanılan türlerdir OT:25 30 ve yapımında kullanılan türlerdir. OT:25‐30 ve pH:5.4‐6.3. kemoheterotroflardır. Etanolün dışında gliserol ve laktat da karbon Etanolün dışında gliserol ve laktat da karbon kaynağı olarak kullanılabilir.

Asetik asit Biyosentezi : İlk oksidasyon aşamasında etanol alkol dehidrogenaz enzimine özgün NAD ve etanol alkol dehidrogenaz enzimine özgün NAD ve NADP'nin redüklenmesi ile aset aldehite oksitlenir. İkinci oksidasyon ise aset aldehit dehidrogenaz ile asit İkinci oksidasyon ise aset aldehit dehidrogenaz ile asit aldehit hidratın asetik asite oksidasyonudur. Sonuçta 1 mol etanolden 1 mol asetik asit oluşur. ş

Glukanobakterler etanolü sadece asetik asite oksitlerken (tamamlanmamış oksidasyon) Acetobakterler etanolü önce ( ş y )asetik asite daha sonra da oksijen varlığında CO2 ve H2O indirgerler. Si k ü i i d b d i i liği i l ğ d Sirke üretiminde bu durum asit niceliğini azaltacağından pratikte önem taşır. Glukanobakterler ayrıca glukozu glukonik asite Glukanobakterler ayrıca glukozu glukonik asite oksitleyebilirler. Glukonik asitte ilaç endüstrisinde kullanılan kalsiyum glukonatın yapımında kullanılır. D ğ l l d l k il i il d ök l i Doğal sulara sodyum glukonat ilavesi ile de tuz çökelmesi önlenmektedir.

k ü i iTek Hücre Proteini

Mikroorganizmalar ucuz ve atık materyal üzerinde ü tili fl t l h i l i i üretilir, saflaştırılır ve hayvan veya insanlar için besin kaynağı olarak kullanılabilirler.

b b k l k l kEğer bu besin protein kaynağı olarak üretilirse tek hücre proteini (THP) olarak adlandırılır. Pek çok mikroorganizma, algler, mavi‐yeşil bakteriler, mantarlar ve bakteriler tek hücre protein kaynağı olarak kullanılabilir.

ÜTHP Üretimi için Kullanılan Substratlar

Peynir endüstrisi atığı olan protein ve laktoz bakımından zengin olan peynir altı suyuBazı mayalar bu atık üzerinde protein ve bazı vitaminler bakımından zengin içeriğe sahip olarak üreyebilirler ve kedi maması katkısı olarak kullanılır.kedi maması katkısı olarak kullanılır.Şeker işleme endüstrisi atığı olan melas üzerinde mayalar kolaylıkla üreyebilirK ğ dü i i i ğ l ülfi k b k d b Kağıt endüstrisinin atığı olan sülfit sıvısı şeker bakımındab zayıftır ve bazı küfler bu atık üzerinde üreyebilir.Petrol endüstrisinin atığı olan alkanlar mayalar için ğ y çsubstrat olabilir Alkanlar üzerinde üreyen mayalar hayvan yemi olarak kullanılır.

İnsanlar için tüketime en uygun olan THP satışta bulunan “Quorn” mikoproteinidir. Mikoprotein flamentli küf olan Fusarium graminereum’dan elde edilir.Karbon kaynağı olarak glukoz şurubu azot kaynağı olarak amonyum kullanılır

Mısır veya buğday nişastası glukoz kaynağı olarak, kolin ise hifin büyümesini indüklemek için kolin ise hifin büyümesini indüklemek için kullanılmaktadır. Ayrıca biotin de eklenir.30 ºC de pH 6 da sürekli kültürde üreme 30 ºC de pH 6 da sürekli kültürde üreme gerçekleştirilir.

Mikroorganizmaların hızlı üremesi yüksek RNA Mikroorganizmaların hızlı üremesi yüksek RNA içeriğine neden olur.Yüksek düzeydeki RNA içeriği insan ve hayvanlar Yüksek düzeydeki RNA içeriği insan ve hayvanlar tarafından tüketimde uygun değildir.İ l d f l ikt d ki kl ik it ü ik it İnsanlarda fazla miktardaki nukleik asit ürik asite dönüştürülür.ÜÜrik asit böbrekler tarafından atılamaz ve ürik asit kristalleri şeklinde eklemlerde birikir (Gut

)hastalığı)

Normal üretim sonunda RNA içeriği %10 o a ü et so u da R çe ğ % 0civarındadır ve hala tüketim için fazladır.I k ib kl tki i l RNA i iği Isı şoku ve ribonukleaz etkisiyle RNA içeriği %2’ ye düşürülür.Miselyum toplanır 18 ºC de uzun süreler saklanabilirsaklanabilir.Tadı etin tadına benzer ve çeşitli hazır et ü ü l i i i kl iürünleri içine eklenir.

Kök hücre nedir?Kök hücre nedir?Kök hücre nedir?Kök hücre nedir?

Kök hücreler kendini yenileme özelliğine sahip

Kök Hücre

Kök hücreler, kendini yenileme özelliğine sahip, vücut içinde veya laboratuar ortamında uygun şartlar sağlandığında birçok farklı hücre tipine d b l f kl l h l ddönüşebilen farklılaşmamış hücrelerdir.

Bir başka değişle farklı hücre tiplerine dö ü bil t i li hi l hü l dönüşebilme potansiyeline sahip olan hücrelere kök hücre diyoruz.

Bu özellikleri bakımından kök hücreler kanser, sinir sistemi hastalıkları (Alzheimer) ve hasarları, metabolik hastalıklar (diabet), organ yetmezlikleri, romatizmal hastalıklar, kalp hastalıkları, kemik hastalıkları ve daha birçok alanda kullanıma sahiptirler.

Kök hücreler nerelerden elde edilir?Kök hücreler nerelerden elde edilir?

Zi t (12 24 t)

İnsan türü tek bir hücrenin çoğalmasıyla

Zigot (12_24 saat)

meydana gelmiştir bu hücre zigot olarak adlandırılır. Bu yapı döllenmeden hemen sonra oluşur.

Embriyo 2 hücre(24_48 saat)

Embriyo 6_8 hücre(3. gün)

Zigot daha bölünmeye başlar ve bu bölünme Zigot daha bölünmeye başlar ve bu bölünme sonucunda embriyo (cenin) meydana gelir.E b i bölü d d Embriyo bölünmeye devam eder ve embriyonun hücre sayısı katlanarak artar.

Bl t ki t

Döllenmeden yaklaşık 5 gün sonra ise 150 hücre

Blastokist

y ş 5 g 5civarında içi sıvı ile dolmaya başlayan kistik bir yapı oluşur.y p şBu yapı blastokist olarak adlandırılır.

Blastokist bir kum taneciğinden daha küçüktür ve içerisinde artık iki tür hücre gurubu ç gbarındırmaktadır.

Bu yapının iç kısmında bebeği oluşturmak üzere gruplanan hücreler embriyonik hücreler olarak g p yadlandırılır.

Bu hücre gurubu vücudun bütün organ ve dokularını oluşturmak üzere çoğalıp ş ç ğ pyönleneceklerdir ve tıp dilinde pluripotent hücreler olarak adlandırılırlar.

Dolayısıyla embriyo bölünmeye başladığından itibaren oluşan kök hücreler başladığından itibaren oluşan kök hücreler embriyonik kök hücrelerdir.

Kök hücreler aynı zamanda embriyonun y ybundan sonraki gelişme dönemlerinde yani fetus dediğimiz aşamada, doğumla birlikte ğ ş , ğkordon kanında ve yetişkin vücudunda da özellikle kemik iliği ve yağ dokusunda ğ y ğbulunurlar.

ÖÖKök Hücre Olabilme Özellikleri Nelerdir?Kök Hücre Olabilme Özellikleri Nelerdir?

Bilim adamları bir hücreyi kök hücre olarak t l k i i öl üt k ll l d tanımlamak için 5 ölçüt kullanmışlardır.

1. Kök hücreleri, uzun zaman dilimleri boyunca bölünebilme ve kendilerini yenileyebilme

h lyeteneğine sahiptirler.2. Kök hücreler özelleşmemişlerdir.3. Kök hücrelerden elde edilen bir yavru hücre,

özelleşmiş hücrelere kaynaklık edebilir (farklılaşma).

4 Kök hücreler hasar gören alıcıya nakil4. Kök hücreler, hasar gören alıcıya nakilsonrasında kaynak dokuya işlevsel olarakk d ğ l l bil lidi ltekrardan çoğaltılabilmelidirler.

5. Sonuncu ve daha az anlaşılmış diğer bir5 ş ş ğölçüt ise kök hücrelerin in vivo ortamdadoku hasarının olmadığı durumlarda biledoku hasarının olmadığı durumlarda bilefarklılaşmış kuşaklara katkı sağlamasıdır.

Kaç Tür Kök Hücre Vardır?Kaç Tür Kök Hücre Vardır?Kaç Tür Kök Hücre Vardır?Kaç Tür Kök Hücre Vardır?

Kök hücre ağacı

Genel olarak 3 tür kök hücre vardır. Bunlar totipoent multipotent ve pluripotent kök Bunlar totipoent, multipotent ve pluripotent kök hücrelerdir.

Bir hücrenin totipotent olması bütün vücudun tüm organ ve dokularına dönüşebilmesi anlamına gelir.dönüşebilmesi anlamına gelir.

Bu hücreler plasenta ve amnion kesesi zarları gibi embriyo dışı dokulara da g y şfarklılaşma yeteneğine sahiptirler.

Totiptent hücreler gelişmenin ileri p g şevrelerinde pluripotent hücrelere dönüşebilirler. dönüşebilirler.

Pluripotent hücreler totipotent hücreler gibi Pluripotent hücreler totipotent hücreler gibi vücudun bütün hücrelerine dönüşmezler. Pluriptent bir hücre vücudun birçok hücresine Pluriptent bir hücre vücudun birçok hücresine dönüşebilecek yetenektedir.

Multipotent hücreler gelişmenin daha ileri evresine ait hücrelerdir ve özelleşmiş hücre tiplerine farklıklaşabilirler.

Örneğin, multipotent bir kan hücresi diğer Örneğin, multipotent bir kan hücresi diğer özelleşmiş kan hücrelerine dönüşebilme kabiliyetine sahiptir.kabiliyetine sahiptir.

Totipotent hücrelerin yeni bireylere kaynaklık etme potansiyeli

Totipotent hücreler embriyonun en erken evresindeki kök hücrelerdir. Pluripotent hücreler embriyonun blastosist evresinden itibaren ve fetusta bulunabilen hü l dihücrelerdir.Multipotent hücreler ise kordon kanı ve yetişkin kök hücrelerdirkök hücrelerdir.

Multipotent kök hücreler

Temel Kök Hücre Kaynakları Nelerdir?Temel Kök Hücre Kaynakları Nelerdir?

Yetişkin kök hücreleri, kordon kanından elde edilen kök hücreler ve embriyonik kök hücreler edilen kök hücreler ve embriyonik kök hücreler günümüzde bilinen üç temel kök hücre kaynaklarıdır kaynaklarıdır.

Y i ki kök hü l i ü bi k d k Yetişkin kök hücreleri vücutta birçok doku ve organda bulunurlar ve bulundukları bölgedeki hü l i h ö i d d ğ l k hücrelerin hasar görmesi durumunda çoğalarak hasarlı kısmın onarılmasını sağlarlar

.

Kordon kanı kök hücreleri doğum sırasında b b ği b ğl blik l bebeği anneye bağlayan umblikal kordondan elde edilirler.

Bu hücreler her ne kadar erken gelişim Bu hücreler, her ne kadar erken gelişim döneminde elde edilmiş olsalar da yetişkin hücre sınıfına girmektedir ve farklı doku ve hücre tipi oluşturma özellikleri benzer p şşekilde sınırlıdır

Kök Hücre Çeşitleri‐KaynaklarıKök Hücre Çeşitleri‐Kaynakları

Kök hücreler esas itibariyle iki farklı kaynaktan elde edilir.

Kök hücre elde edilen iç hücre kitlesi

y y

Embriyonik gelişim sürecinin erken dönemlerinde y g şblastosistin iç hücre kitlesinden elde edilen embriyonik kök hücreler ve embriyonik olmayan kök hücreler (dokuya özgün kök hücreler; doğum sonrası dönemdeki kök hücreler)

Embriyonik kök hücrelerEmbriyonik kök hücreler

Embriyonik kök hücreler blastosist i d ki bi b i i hü evresindeki bir embriyonun iç hücre

kitlesinden elde edilirler.

E b i ik kök hü l i 8 l d Embriyonik kök hücrelerin 1998 yılında Thomson ve arkadaşları tarafından üretilebilmesiyle birlikte embriyonik kök hücre konusunda bir çığır açılmıştır. ç ğ ç ş

Günümüzde, insan embriyolarındaki çalışmalar in i f ili kli ikl i d b ğ l vitro fertilizasyon kliniklerinde artan ve bağışlanan embriyolarda yürütülmektedir. Embriyo potansiyel bir canlı olarak kabul edilebildiğinden bu hücrelerin araştırmada veya tedavide kullanımı ile ilgili etik sorunlar ortaya çıkmıştır Erken embriyonik dönemde embriyonik hücrelerde çeşitli yöntemlerle yapılan genetik ve ç ş y y p gmoleküler çalışmalar, o embriyonun gelecekte bazı hastalıklarla ilişkisini ortaya koyabilmektedir ş y y

b k l k k h lb k l k k h lEmbriyonik olmayan kök hücrelerEmbriyonik olmayan kök hücreler

1 Erişkin kök hücreleri (Dokuya özgün kök1. Erişkin kök hücreleri (Dokuya özgün kök hücreleri).

2. Fetüs kök hücreleri.3 Kadavradan elde edilen kök hücreler3. Kadavradan elde edilen kök hücreler.4. Partenot hücreler (partenogenez)5. Göbek kordonu kök hücreleri.

Embriyonik kök hücrelerEmbriyonik kök hücrelerEmbriyonik kök hücrelerEmbriyonik kök hücreler

Embriyonik kök hücreler blastosist evresindekiEmbriyonik kök hücreler blastosist evresindeki bir embriyonun iç hücre kitlesinden elde dili ledilirler .

Bu aşamadaki bir embriyo iki farklı hücre ti i d l D k d ki t f kt d dtipinden oluşur: Dış kısımdaki trofektoderm adı verilen hücreler implantasyon sonrası plasenta yapısını oluşturmakta iken iç kısımda bir kitle halinde bulunan ICM hücreleri fetal yapıyı y p yoluşturmaktadır

Embriyoid cisim yapısı

Embriyonik kök hücreler pluripotent hücreler Embriyonik kök hücreler pluripotent hücreler vücutta yaklaşık 200 hücre tipine dönüşebilirler.

Embriyonik kök hücrelerden elde edilen hücre kümeleri embrioid cisimcik olarak adlandırılırkümeleri embrioid cisimcik olarak adlandırılır.

Bu kümeler üç ana germ tabakasından kaynaklanan çeşitli hücre tiplerine kaynaklanan çeşitli hücre tiplerine yönlenmiş hücrelerden, farklılaşmamış olanlara kadar değişen hücreleri olanlara kadar değişen hücreleri içermektedir .İlk defa embriyonik kök hücreler 1998 yılında Thomson ve ark. tarafından yılında Thomson ve ark. tarafından üretilmiştir. Y t kl l l d b i ik Yaptıkları çalışmalar sonucunda embriyonik kök hücrelerin mutlak özellikleri 3 tanedir.

1. Bu hücrelerin gömülme öncesindeki veya pre‐implamantasyon evresindeki pre implamantasyon evresindeki embriyondan elde edilmeleri,U dö li f kl l d ğ l bil 2. Uzun dönemli farklılaşmadan çoğalabilme özellikleri,

3. Uzun dönemler boyunca kültürde tutulduktan sonra bile her üç embriyonik tutulduktan sonra bile her üç embriyonik germ tabakasının türevlerini kararlı bir kild l t bil t i ll i şekilde oluşturabilme potansiyelleri

olmalıdır şeklinde açıklamışlardır.

Embriyonik hücrelerden elde edilen farklı hücre tiplerine bir kaç örnek

Embriyonik kök hücreleri diğer hücrelerden Embriyonik kök hücreleri diğer hücrelerden ayıran morfolojik, genetik ve immünolojik

özellikler nelerdir?ayıran morfolojik, genetik ve immünolojik

özellikler nelerdir?özellikler nelerdir?özellikler nelerdir?

E b i ik kök hü l i diğ ü Embriyonik kök hücrelerin, diğer vücut hücrelerine kıyasla son derece yüksek bir ki d k/ i l h i çekirdek/sitoplazma hacim oranı mevcuttur

ve belirgin pronükleus yapısı içerirler.

Bu hücreler destek hücreleri üzerindeki Bu hücreler, destek hücreleri üzerindeki kültürleri sırasında üç boyutlu koloni oluştururlaroluştururlar.

Embriyonik kök hücrelerin bir diğer önemliözelliği, kanser hücrelerine benzer süreklibölünebilme özelliğine sahip olmaları ve bubölünebilme özelliğine sahip olmaları ve buhücrelerden farklı olarak normal bir karyotipyapısına sahip olmalarıdır.y p p

Embriyonik kök hücreler, ayrıca ileri molekülery ytanımlama teknikleri kullanılarak tanımlanırlar.

İİmmünolojik olarak tanımlanabilmeleri için erkendönemde ekspresyon gösteren işaretçilerin (SSEA‐1 3 4 TRA‐1‐60 ve 81 vb) veya gen ürünlerinin1, 3, 4, TRA‐1‐60 ve 81 vb) veya gen ürünlerinin(OCT‐4, Alkalin Fosfataz vb.)immünositokimyasal yöntemler ile boyanmasık k ll l k d

y y ytekniği kullanılmaktadır.

Embriyonik kök hücrenin elde edilmesi Embriyonik kök hücrenin elde edilmesi yve çoğaltılması

yve çoğaltılması

İnsan embriyonik kök hücreleri daha kısa bir ö t h l ldikl i i i zaman önce araştırmaya uygun hale geldikleri için

bu konuda çalışmaların çoğu fare çalışmalarından l kt digelmektedir.

Embriyonik kök hücreler insanlarda ve farelerde b l k ll l k bl h benzer yöntemler kullanılarak blastosistin iç hücre kitlesinden elde edilmişlerdir. Farede ya blastosistin tamamı ya da buradan izole edilen iç hücre kitlesi kültür ortamına alınarak çoğaltılmıştır.

Fare ve primat (ve insan) embriyonik kök hücreleri arasında bazı önemli farklılıklar mevcuttur arasında bazı önemli farklılıklar mevcuttur.

Fakat bu hücreler pluripotentlik özelliğini Fakat, bu hücreler pluripotentlik özelliğini paylaşırlar ve gen ekspresyonunda ortak bir kalıba sahip görünmektedirler sahip görünmektedirler.

Gelişimsel potansiyeli açısından bakıldığında fare Gelişimsel potansiyeli açısından bakıldığında fare embriyonik kök hücreleri trofoblast hücreleri oluşturmazken primatların embriyonik kök oluşturmazken, primatların embriyonik kök hücreleri oluşturmaktadır.

Embriyonik kök hücrelerin vücuttaki tüm Embriyonik kök hücrelerin vücuttaki tüm dokulara kaynaklık edebileceği sadece farelerde tam olarak gösterilmiştir. tam olarak gösterilmiştir.

Araştırmacılar fare embriyonik kök hücreleri ile Araştırmacılar, fare embriyonik kök hücreleri ile tetraploid konakçı embriyonik hücreler arasında kimerler oluşturma yoluyla, bütün somatik kimerler oluşturma yoluyla, bütün somatik dokuları embriyonik kök hücrelerden oluşmuş fareler elde ettiler.

Aynı deneme, fare embriyonik kök hücrelerinden y de e e, a e e b yo ö üc e e deelde edilen dokuların işlevsel olduğunu da ortaya koymaktadır.

İnsan embriyonik kök hücreleriyle şimdiye sa e b yo ö üc e e y e ş d yekadar yapılan çalışmalarda, ksenograftlarda ve in vitro denemelerde birçok hücre tipinin ve in vitro denemelerde birçok hücre tipinin (kardiyomiyositler, pigmentli ve pigmentsiz epitelyum hücreleri, sinir hücreleri, epitelyum hücreleri, sinir hücreleri, hematopoietik hücreler gibi) olduğu bildirilmiştirbildirilmiştir.

F k ğ hü i i h ü ö l i i Fakat çoğu hücre tipi henüz gözlenmemiştir ve sadece çok az çalışmada, farklılaşmış h l k l l ld klhücrelerin gerçekten işlevsel oldukları gösterilmiştir.

Embriyonik kök hücreleri farklılaşmasıEmbriyonik kök hücreleri farklılaşmasıEmbriyonik kök hücreleri farklılaşmasıEmbriyonik kök hücreleri farklılaşması

İnsan embriyonik kök hücrelerin, uygun in it i i tl d i ü d vitro ve in vivo şartlarda insan vücudunu oluşturan tüm somatik hücre tiplerine dönüşebilme özelliğine sahip olmaları bu hücrelerin yakın gelecekte birçok ölümcül y g çveya yaşamı olumsuz etkileyen hastalıkların tedavisinde kullanılabileceğini tedavisinde kullanılabileceğini göstermektedir.

In vivo FarklılaşmaIn vivo Farklılaşma

Etik nedenlerden dolayı, insan embriyonik kök hü l i i bi k k b i il i hücrelerinin, bir konakçı embriyosuna verilmesi sonrasında bir bebeğin vücudundaki bütün d k l k kl k ttiği i ö t il i hi bi dokulara kaynaklık ettiğinin gösterilmesi hiçbir zaman mümkün olmayacaktır.

Fakat insan embriyonik kök hücrelerinin gelişimsel potansiyeli, bu hücrelerin bağışıklık eksikliği olan bir hayvana aşılanması yoluyla kolaylıkla gösterilebilir.

Örneğin insan embriyonik kök hücreleri fare blastosistine enjekte edilebilir (kimerizm) ve bu blastosistine enjekte edilebilir (kimerizm) ve bu hücrelerin faredeki bütün dokularda açığa çıkıp çıkmadığı araştırılabilir.

Yapılan bir dizi dikkatli denemede, bilim adamları i b i ik kök hü l i i b i insan embriyonik kök hücrelerinin beyin hücrelerine dönüşebilme yeteneklerini ve bu hücrelerin bebek farelerin sağlam beyinlerine hücrelerin bebek farelerin sağlam beyinlerine verildiklerinde sağlam ve işlev gören sinir hücrelerine dönüştüklerini gösterdiler. “Nature Bi t h l ” d i i d l k l Biotechnology” dergisinde yayımlanan makaleye göre, erken dönemdeki insan embriyonlarından elde edilen kök hücrelerinin laboratuvar elde edilen kök hücrelerinin laboratuvar ortamında öncül beyin hücrelerine farklılaşmak üzere yönlendirilebileceklerini gösterdi.

Bu öncül hücreler bebek farelerin beyinlerine nakledildiklerinde beynin ve omuriliğin farklı böl l i i l hü ü l i d l bölgelerini oluşturan hücre türlerinden olan nöronlara ve astrositlere farklılaşabilme yeteneklerini sergilemişlerdir yeteneklerini sergilemişlerdir.

B l iki d d d l ö lidi Bi i i i Bu çalışma iki nedenden dolayı önemlidir.Birincisi; bu çalışma, insan embriyonik kök hücrelerinin beyin hücrelerine farklılaşmak üzere beyin hücrelerine farklılaşmak üzere yönlendirilebileceklerini göstermiştir, ikincisi ise; bu hücrelerin hayvanlara nakledilerek normal bu hücrelerin hayvanlara nakledilerek normal beyin işlevleri için gereken daha özgün hücre tiplerine dönüşebileceklerini ortaya koymuştur.p ş y y ş

Fare kök hücresi

In vitro FarklılaşmaIn vitro FarklılaşmaIn vitro FarklılaşmaIn vitro FarklılaşmaE b i ik kök hü l i i it f l l Embriyonik kök hücrelerin in vitro farlılaşmasını sağlamak için bir dizi yaklaşım geliştirilmiştir. eritrositler melanositler ve kondrositler gibi eritrositler, melanositler, ve kondrositler gibi birçok hücreye farklılaşabilir.Ron McKay ve arkadaşları yakın geçmişte fare Ron McKay ve arkadaşları, yakın geçmişte fare embriyonik kök hücrelerini insülün salgılayan pankreatik adacık benzeri yapılar ve dopamin ve pankreatik adacık benzeri yapılar ve dopamin ve serotonin salgılyan nöronlara farklılaşmak üzere uyardıkları denemeler gerçekleştirdiler. y g ç şMcKay ve ekibi, embriyonik kök hücreleriyle çalışmaya başlayarak, bunların embriyonik ç ş y ş y ycisimcik oluşturmasını gözlemediler.

Daha sonra, bu embriyonik cisimler arasından , ynestin salgılayan hücre topluluklarını seçtiler.

Beş parmaklı sofistike bir kültürleme tekniği kullanan araştırmacılar, hücreleri pankreatik adacıklarda bulunanlara benzer adacık benzeri adacıklarda bulunanlara benzer adacık benzeri kümeleri ve dopaminerjik ve serotoninerjik nöronları oluşturmaları yönünde uyarmayı ş y y ybaşardılar.

McKay’ın pankreatik adacık benzeri hücreleri, normal glikoz seviyelerde olmasına rağmen insülin salgılayarak cevap verdiler Hücreler diyabetli salgılayarak cevap verdiler. Hücreler diyabetli farelere verildiklerinde, diyabetin belirtilerini geriye çevirmelerine rağmen hayatta kaldılar g y ç ğ y

b k k k h l d lb k k k h l d lEmbriyonik kök hücrelerin tedavi amaçlı

kullanım potansiyelleri nelerdir?

Embriyonik kök hücrelerin tedavi amaçlı

kullanım potansiyelleri nelerdir?kullanım potansiyelleri nelerdir?kullanım potansiyelleri nelerdir?

Özellikle fare embriyonik kök hücreleri ile gerçekleştirilen Özellikle fare embriyonik kök hücreleri ile gerçekleştirilen çalışmalarda, bu hücrelerin çok farklı hücre tiplerine dönüşebildiği bilimsel olarak kanıtlanmıştır.

Buna paralel olarak elde edilen insan embriyonik kök hücreleri sahip oldukları sürekli kendini yenileme ve insan hücreleri, sahip oldukları sürekli kendini yenileme ve insan vücudunu oluşturan tüm hücrelere dönüşebilme potansiyelleri sayesinde, yakın gelecekte Alzheimer, d b k f k b d ddiyabet, Parkinson, enfarktüs gibi günümüzde tedavi imkanı olmayan veya son derece sınırlı olan hastalara bu imkanı sağlayabileceklerdir. imkanı sağlayabileceklerdir.

Embriyonik kök hücrenin kullanım alanlarıEmbriyonik kök hücrenin kullanım alanlarıEmbriyonik kök hücrenin kullanım alanlarıEmbriyonik kök hücrenin kullanım alanları

İnsan embriyonik kök hücrelerinin in vitroİnsan embriyonik kök hücrelerinin in vitroortamda özgün hücre serilerine farklılaşmasınadayanan gözlemler bu hücrelerin ;g

Yeni ilaçlar için gen hedeflerinin l dtanımlanmasında,

Gelişimsel biyolojide teratolojik ve toksik bileşiklerin tanımlanmasındabileşiklerin tanımlanmasında,Gen tedavilerinde ve, Hücre esaslı tedavilerde kullanılmak üzere Hücre esaslı tedavilerde kullanılmak üzere hücrelerin ve dokuların üretilmesinde kullanabileceğini göstermektedir. ğ g

Embriyonik Kök hücrelerin kullanım alanları

Beta hücreler üretilmiş ve TipI diyabetik insan karaciğerine aktarılarak 22 günde insülin alınımı karaciğerine aktarılarak 22. günde insülin alınımı tamamen durmuştur (Japonya). Deri altına aktarılmada da başarılı sonuçlar alınmıştıraktarılmada da başarılı sonuçlar alınmıştır.Avusturalya’da kalp yetmezliği olan hastaya aktarılan myositlerle yetersizlik ortadan kalkmıştırmyositlerle yetersizlik ortadan kalkmıştırKöpek mesanesi üretilmiş ve sağlıklı olarak çalışmaktadır İnsanlarda birkaç yıl içinde çalışmaktadır. İnsanlarda birkaç yıl içinde gerçekleşecektir.Yedek organ üretimi gerçekleştirmek için çok ümit Yedek organ üretimi gerçekleştirmek için çok ümit verici görünmektedir.

Nanoteknoloji ve Uygulamaları

NanometreNanometre

Nanometre (nano: cüce):Nanometre (nano: cüce):Ölçü birimi olarak metrenin milyarda ybiridir.Bir nanometre düzlemine 2‐3 atomu alabilecek büyüklüğü ifade etmektedirifade etmektedir.

Nanoteknolojij

Maddenin atom seviyesinde bilinçli olarak Maddenin atom seviyesinde bilinçli olarak işlenmesi ile özgün amaçlara yönelik, daha gelişmiş materyaller ve araçlar üretmeyi gelişmiş materyaller ve araçlar üretmeyi amaçlayan, disiplinler arası bir bilimdir.

Nanoteknolojinin çalışma boyutları; 0.2‐100 nm ebatları arasındadır.ebatları arasındadır.

Nanoteknoloji üç milyar yıldır canlıNanoteknoloji üç milyar yıldır canlı hücrelerin içerisinde mevcuttur.ç

Buna en güzel örneklerden biri mikro RNA molekülleridirmikro RNA molekülleridir…

Nanomateryallery

1 Tek Duvarlı Karbon Nanotüpleri 1. Tek Duvarlı Karbon Nanotüpleri (SWNT)

2 Çok Duvarlı Karbon Nanotüpleri 2. Çok Duvarlı Karbon Nanotüpleri (MWNT)

3 Metal Nanopartikülleri3. Metal Nanopartikülleri

Tek Duvarlı Karbon Nanotüpleri

Literatürlerde “Single Walled Carbon Literatürlerde Single Walled Carbon Nanotube” (SWNT) olarak bahsedilmektedir.Çapları 0,4‐2 nm arasındadır.Düz sayfalı grafitin tek tabakalı silindir Düz sayfalı grafitin tek tabakalı silindir biçiminde sarılmasıyla elde edilir.Uçları yapışkan yada kapalı olabilir.ç y p ş y pKapalı uçlarında fulleren yarımları mevcuttur.

Ç k l b ü l iÇok Duvarlı Karbon Nanotüpleri

Literatürlerde “Multy Walled Literatürlerde Multy Walled Carbon Nanotube” (MWNT) olarak bahsedilmektedir.Çapları 1,4‐100 nm arasında olabilmektedir.Kesitleri konsentrik iç içe Kesitleri konsentrik iç içe geçmiş tüpler şeklindedir.Her iki katmanı arasındaki öl ü kl k ’diölçü yaklaşık 0,34 nm’dir.

Nanotüplerin Sulu Ortamlardaki ÖzellikleriNanotüplerin Sulu Ortamlardaki Özellikleri

K b ü l i i bi l jik l d Karbon nanotüplerinin biyolojik ortamlarda kullanılabilirlikleri sulu ortamdaki davranışlarıyla doğrudan ilişkilidir.ğ şKarbon nanotüpleri çeşitli çözücüler içerisinde zorlukla dağılabilen ve uygun olarak çözünemeyen yapılardır.Nanotüplerin çözünürlükleri, bağlı oldukları fonksiyonel gruplarla ve bu grupların nanotüpler üzerine bağlanma biçimlerine (kovalent nonkovalent) değişebilmektedirbiçimlerine (kovalent nonkovalent) değişebilmektedir.

Nanotüplerin Sulu Ortamlarda DavranışlarıNanotüplerin Sulu Ortamlarda Davranışları

Nanotüplerin sulu ortamlardaki düzenlenebilir çözünürlükleri sayesinde, biyolojik sistemlerde özgün ç y , y j guygulamalara izin vermektedirler.Etkili bir toksin serbest halde öldürücü etkiye sahipken, y pnanotüplere bağlandığında etkinliğini yitirmektedir.Nanotüplere sulu ortamda çözünürlük kazandırmak için yüzeylerine işlevsel kimyasal gruplar bağlanmaktadır.

Nanotüplerin Sulu Ortamlarda Çözülmeleri İçin Çeşitli YaklaşımlarYaklaşımlar

Nonkovalent bağlar ile nanotüplerin yüzeyleri aktif olacak maddelerle (nükleik asitler, peptidler, oligomerler ve polimerler) nonkovalent olarak işlevselleştirilmesini πp ) ş şkapsamaktadır. Bu yöntemin en büyük avantajı nanotüplerin aromatik yüzeylerinin korunmasıdır.Kovalent bağlar ile nanotüplerin yüzeyleri ve uçları

π

Kovalent bağlar ile nanotüplerin yüzeyleri ve uçları, organik olarak fonksiyonlu hale gelmesi sağlanmıştır. Kovalent bağlı hidrofilik yapılar çözünürlük sağlamanın bir örneğidir Kovalent bağlarda nanotüplerin aromatik bir örneğidir. Kovalent bağlarda, nanotüplerin aromatik yapıları bozulmaktadır.

l ğl İ l ll k İ İk kl dKovalent Bağla İşlevselleştirmek İçin İki Farklı Yöntem Vardır

1. Oksidatif muamele ve kuvvetli asit solüsyonu kullanılarak gerçekleşmektedir. Derişik asit g ç ş şçözeltilerinde, sıcaklık ve sonikasyon gibi reaksiyon koşullarında üretilen karboksilik fonksiyonlu tüpler, uçlarından ve eksik olan noktalarından kesilmiştir uçlarından ve eksik olan noktalarından kesilmiştir. Karboksilatlar, değişiklik içeren nanotüplerin çözünülürlüğünü düzenlemektedir.

2. Duvar yönlerine farklı işlevsel gruplar yerleştirilerek gerçekleşir.

Kovalent fonksiyonlar, ynonkovalent fonksiyonlara göre ğ l d k l l k çoğu uygulamada kararlılık ve

sağlamlık göstermektedirsağlamlık göstermektedir.

İşlevselleşmiş Nanotüplerin Biyolojik Sistemlerde Gerçekleştirdiği Bazı Roller

Kontrollü apoptozisteİlaç dağıtımında

Hücrenin ozmotik değerlerinin kontrolünde

Gen dağıtımındaNöral büyümede substratOrgan onarımında

Hücre adezyonu çalışmalarındaİmmün sistem desteğindeToksisite indirgemedeOrgan onarımında

Kemik iyileşmesindeOrganik madde taşınması

Toksisite indirgemedeBiyoreseptör çalışmalarındaKanser tedavilerindeGü ü iküll Fizyolojik katalizör

olabilmektedir.Genetik çalışmalarda vektör

Gümüş nanopartiküller antibakteriyel,antifungal ve antiviral ajan olabilmektedir.ç ş

olabilmektedir.

Nanotüplerin Penetrasyonunu

Penetrasyonun kimi deneylerde nasıl olduğu tam olarak açıklanamasa da bilim adamları genel iki yöntem açıklanamasa da bilim adamları genel iki yöntem üzerinde durmaktadır:

1. İşlevsel nanotüplerin pasif difüzyon yolu ile tıpkı nano 1. İşlevsel nanotüplerin pasif difüzyon yolu ile tıpkı nano iğneler gibi hücre membranının çift lipit tabakasını, hücreye zarar vermeden delip geçmesi

2. Dış yüzeylerine protein absorblanmış nanotüplerin endositoz yolu ile hücre içine alınması prensiplerine d k ddayanmaktadır.

İKontrollü Apoptozis ve İlaç Dağıtımı

H. Dai ve ekibince yapılan bir deneyde sitokrom‐c kaplı nanotüpler, memeli hücrelerinde hedeflenen bölgede kontrollü apoptozis gerçekleştirmiştir.p p g ç ş şBilim adamları sonuç olarak nanotüplerin ilaç dağıtmında rol alabileceğini ilaç dağıtmında rol alabileceğini düşünmüşlerdir.Bu çalışma biyolojik sistemlerde Bu çalışma biyolojik sistemlerde nanomateryallerin kullanılmasında yeni ufukların kapılarını açmıştırufukların kapılarını açmıştır.

Nöral Büyümede Substrat

Behnke ve ekibince yapılan bir çalışmadaBehnke ve ekibince yapılan bir çalışmadaGöz sinirleri tahrip edilmiş bir hemstırın göz sinirleri iyileştirilerek tekrar görmesi sağlanmıştır.ğ şAraştırma ekibi SAPNS (kendiliğinden monte olabilen nanofiberler) kullanmıştırBu 5 nm lik fiberler göz sinirlerine sızarak 5 gaksonar bir köprü oluşturmuşlardır.Bu işlemden 24 saat sonra görme tekrardan başlamıştır.Nanofiberler 3‐4 hafta içerisinde idrar ile dışarı atılmıştır.

K T d i iKanser Tedavisi

Dai ve ekibinin başka bir çalışmasında;Dai ve ekibinin başka bir çalışmasında;Nanotüpler folate ile kaplanıp, kaplanıp kanserli hücrelere gönderilmiştir.Kanserli hücrelere selektif olan folate sayesinde binlerce nanotüp kanserli hücrelerin herbirine lökalize olmuşlardır.Canlı sistemler için geçirgen 800‐1100 nm NIR ışınlarına tabi Canlı sistemler için geçirgen 800‐1100 nm NIR ışınlarına tabi tutulan nanotüpler ısınıp kanserli hücreleri öldürmüştür.

Toksisite İndirgeme Çalışması

Yinghuai ve ekibince yapılan bir çalışmada;Serbest dozunun %40’ından fazlası ölümcül olan AmB Serbest dozunun %40 ından fazlası ölümcül olan AmB nanotüpler üzerine kovalent bağlanmıştır.Sonuç olarak nanotüpler; ilaç etkisini kaybetmeden Sonuç olarak nanotüpler; ilaç etkisini kaybetmeden, azalan bir toksisite ile memeli hücrelerine girmeye başlamıştır.ş ş

ik k OKemik ve Doku Onarımı

H dd kibi l bi Haddon ve ekibince yapılan bir çalışmada;Fosfanat ve poliamin benzen sülfonik Fosfanat ve poliamin benzen sülfonik asitle işlevselleşen nanotüpler, hidroksiapatit tabakası oluşturup kemik hidroksiapatit tabakası oluşturup kemik onarımı ve kalınlaşması sağlanmıştır.Ancak kemik oluşumu ve kalınlaşması ş şkontrol edilemediğinden istenmeyen sertlik, kalınlık ve çatallı kemikler l k doluşmaktadır.

İİmmun Sistemin Desteklenmesi

Pantaranto ve ekibince yapıla bir çalışmada;Ağız ve ayakta hastalık yapan bir virüsün VP1 proteininden B lenfositlerinin VP1 proteininden, B lenfositlerinin epitopuna bağlanan yapılar hazırlanmıştır.

l lYüzey Plazmon Rezonansı ve ELISA testleri sonucu spesifik antiorlarıyla tanındığı p y ğgözlemiştir.

Son günlerde metal nanopartikülleri yeni bir sınıfSon günlerde metal nanopartikülleri yeni bir sınıf nanomateryal olarak kullanılmaktadır.

K ll l b l tikül lt ü ü Kullanılan başlıca partiküler; altın ve gümüş elementleridir.Gümüş asırlardır insanların yiyeceklerini saklamak amacı ile kullanılan eşyaların saklamak amacı ile kullanılan eşyaların yapısına girmektedir.A ib k i l if l i i l kil i Antibakteriyel, antifungal ve antiviral etkileri söz konusudur.

Gü ü fib l l ü til i k l Gümüş nanofiberlerle üretilmiş kumaşlar antibakteriyel özellik taşımaktadır.Gümüş partikülleri üzerine, istenilen hücreye özgün fonksiyonel grupla birlikte; hücreye özgün fonksiyonel grupla birlikte; Na, K veya Cl iyonları eklenerek hedef hücrenin ozmotik değerlerini değiştirmeye hücrenin ozmotik değerlerini değiştirmeye yönelik çalışmalar mevcuttur.

l k ll k ll klAltın nanpartikülleri eşsiz optik özellikleri sayesinde biyoreseptör olarak y y pkullanılabilmektedirler.Monoklonal anti epidermal büyüme faktörü Monoklonal anti‐epidermal büyüme faktörü reseptör antikorları altın nanopartiküllerine b ğl k k li hü l i bağlanarak kanserli hücrelerin absorblayabileceği nanoyapılar hazırlanır.

Bu çalışmanın verdiği birikimle birlikte altın nanopartikülleri PEG’lü (polietilenglikol ile kaplanmış) işlemi (polietilenglikol ile kaplanmış) işlemi ile kanserli hücrelere selektif hale

l k l h l lgetirilip, kanserli hücrelere özgü ilaç dağıtım aracı olarak kullanılmıştır.dağıtım aracı olarak kullanılmıştır.

Toksikoloji çalışmalarıToksikoloji çalışmaları

Bu çalışmalarda genellikle yeni sentezlenen ü lük d ld k f l ve günlük yaşantımızda oldukça fazlaca

kullanılan kimyasalların ygenotoksik/mutagenik etkileri belirlenmektedir.belirlenmektedir.Çevre kirliliği açısından da bu kimyasalların kil i ö llikl k i i d etkileri özellikle genotoksisite açısından

oldukça yoğun bir şekilde çalışılmaktadır

k ik l ji l lToksikoloji çalışmaları

Bizim laboratuarımızda da değişik ortamlardaki Kurşun kirliliği ve bunun biyosensörü olan ALAD Kurşun kirliliği ve bunun biyosensörü olan ALAD enzimi üzerine yoğun çalışmalar yapılmaktadır.Genotoksisite belirleme çalışmaları için özellikle yeni Genotoksisite belirleme çalışmaları için özellikle yeni geliştirilen Ames, Comet, yeni bir yöntem olan ve tarafımızdan geliştirilen RAPD tekniği kullanılmaya tarafımızdan geliştirilen RAPD tekniği kullanılmaya başlamıştır.Bu arada Kromozom aberrasyonu Deniz kestanesi Bu arada Kromozom aberrasyonu, Deniz kestanesi, Kurbağa embriyosu, Drosophila ve midye yöntemleri zaten kullanılmaktaydı.zaten kullanılmaktaydı.

Temel Biyolojik Bilimler Temel Biyolojik Bilimlermaycalistaylari.comu.edu.tr/calistay2009_2/2009-2/davetlikonusmacilar/m_konuk/B... · Bakteri Eschhherichia coli K12 4.64 4400 Mycobacterium

Documents