Mikrobiyal teknolojinin gelişimi ve temel konuları

1. MİKROBİYAL TEKNOLOJİNİN
DOĞASI

2.  İnsanlık tarihi: Acılar ve gelişmelerin nedeni teknoloji
 İlk insanlar avcı-toplayıcı:
– Tamamıyla doğaya bağımlılar
 Tarıma başlama
 Metali işleme konusundaki farkındalık,
→ taş devrinin sona ermesi
→ yerleşik düzen
→ grup yaşamı
→ Mezopotamya: Kültür ve Teknoloji
 19. yy endüstriyel devrim: sanayileşme ve kentleşme
 20. yy kimyanın ve fiziğin çağı:
– petrokimyasallar, farmosötikler, gübreler, atom bombası,
lazer ve mikroçip teknolojisi
 20. yy’ın sonları:
– yaşamın temel proseslerinin anlaşılması
 21. yy biyoloji ve biyoloji ile ilgili teknolojilerin yüzyılı
Prof. Dr. M. TUNÇER

3. Prof. Dr. M. TUNÇER

4.  Sosyal değişiklikler:
– bilim ve teknoloji tarafından yönlendirilmektedir.
 Yeni biyolojik gelişmeler,
– bilim insanları gibi küçük bir gurubu değil,
– toplumun büyük bir çoğunluğunu etkiler.
 Şayet, bu gerçekleşmezse,
– büyük bir çoğunluk bu bilimsel gelişmelere
yabancılaşacaktır.
 Biyobilim ve ilişkili teknolojilerin toplumun büyük bir
kesimi tarafından anlaşılması
– yeni teknolojilerin kabulünde veya reddinde önemli rol
oynar.

5.  Bu derste:
– birçok insan ve hayvan hastalıkları için yeni tedavilerin ve kürlerin geliştirilmesi;
– yaygınlaşan hastalıkların önlenmesi
– kirlilik kontrolü için diyagnostik testlerin tasarlanması,
– bitki ve hayvan yetiştiriciliği
– gıda üretiminin gelişmekte olan yeni boyutları,
– çevrenin iyileştirilmesi ve temizlenmesi,
– çevre-dostu endüstriyel üretim proseslerinin tasarlanması,
– biyolojik yakıt üretim potansiyelinin keşfi
– kök hücre ve gen terapisi
teknolojilerinin gücünü ortaya çıkarmak için biyoteknologlar tarafından
yeni teknolojilerin nasıl geliştirildiği incelenmektedir.
 Şüphesiz biyoteknoloji insanlığın şahit olduğu en inovatif teknolojiyi
oluşturmaktadır.
 Biyoteknolojik ürünlerin gelişmesi ise bilgi ve kaynak yoğunluğuna
ihtiyaç duymaktadır.

6.  Biyoteknoloji, insanlığın gelişimi için
– şüphesiz en büyük fırsatları sunar.
 Bununla birlikte,
– biyolojik savaş veya biyoterör
 toplum içerisinde etik ve sosyal kaygılar
 Bütün bunlara rağmen,
– gen mühendisliğinin geliştirilmiş olması
– özellikle İGP sonuçlandırılması önemli bir başarıdır

7. Biyoteknoloji nedir?
 Modern biyoloji bilimi:
– mikrobiyoloji,
– bitki ve hayvan anatomisi,
– biyokimya,
– immünoloji,
– hücre biyolojisi,
– moleküler biyoloji,
– bitki ve hayvan fizyolojisi,
– morfogenez,
– sistematik,
– ekoloji,
– genetik vb
alt bilim dallarına ayrılması nedeniyle,
diğer bilimlere göre çok daha çeşitlidir.
 Modern biyolojinin çeşitlenmesi
– 2. Dünya Savaşı sonrası
 fizik, kimya ve matematik
disiplinlerinin biyolojiye
entegrasyonu
 Biyoteknoloji
– canlı biliminin diğer bütün
alanlarının verimliliğini her geçen
gün etkilemekte
– 21. yy’da dünya ticaretine olan
katkısının trilyonlarca dolar olacağı
öngörülmekte.

8.  Takip eden bölümlerde ise biyoteknolojinin
– geleneksel uygulamalar: bira, şarap ve peynir üretimi
 geleneksel endüstrilerin genetik mühendisliği ile birleştirilmesi: Guinness,
Carlsberg ve Bass gibi dünya devi şirketlerin biyoteknolojik araştırmalarda
yer almasına yol açmıştır.
– rDNA: yeni drogların keşfi veya ticari tarım ürünlerine ve
hayvanlara yeni karakterlerin aktarılması
 Biyoteknoloji, sadece para kazanmanın bir yolu olmayıp,
modern yaşamın geliştirilmesinin zorunlu bir parçasıdır
 Birleşmiş Milletler, Biyolojik Çeşitlilik konferansı:
“Biyoteknoloji, özgül ürünlerin elde edilmesi, modifiye edilmesi veya proseslerin
gerçekleştirilmesi amacıyla; biyolojik sistemleri, canlı organizmaları veya bu
organizmaların türevlerini kullanan her türlü teknolojik uygulamalardır.”

9.  EFB ise biyoteknollojiyi:
“ürün ve servis amacıyla, doğal bilimlerin, organizmaların,
hücrelerin, hücre parçalarının ve moleküler anologlarının
entegrasyonudur”
 EFB’nin amaçları:
– Halkın yararı için biyoteknolojiyi geliştirmek.
– Biyoteknolojinin bütün alanlarında işbirliklerini ve iletişimi
sağlamak, farkındalığı arttırmak.
– Biyoteknoloji alanında ulusal ve uluslararası düzeyde bilgi ve fikir
paylaşımını sağlamak.
– Biyoteknolojinin halk tarafından anlaşılmasını sağlamak.
 EFB’nin biyoteknoloji tanımı
– hem “geleneksel veya eski” hem de “yeni veya modern”
biyoteknoloji uygulamalarını kapsamaktadır.

10.  Ne yazık ki son çeyrek yüzyılda biyoteknoloji terimi,
– genetik mühendisliği veya genetik modifikasyon yerine kullanılmaya
başlanmıştır.
 ilk defa ABD’de kasıtlı olarak ortaya çıkartılmıştır.
 Nedeni bazı aktivist grupların iddiası:
– “yaratıcının işine karışmak ve dolayısıyla da şeytani bir iş olduğu”
 Biyoteknoloji terimi:
– “kulağa daha hoş” gelmekte
– toplumda daha az endişeye yol açmakta
 Gerçekte ise selektif yetiştirme yoluyla genetik modifikasyonlar
insanoğlu tarafından 10.000 yılı aşkın bir süredir kullanılmaktadır.
 Son 50 yılda ise genetik modifikasyonlar
– poliploidizasyon, mutajenez ve x-ışınları gibi metodlarla

11.  Genetik modifikasyon/manüpilasyon/mühendislik:
– modern moleküler biyoloji teknikleriyle
 tür-içi veya türler-arasında genlerin seçici olarak hareketini sağlar
 Biyoteknoloji ise tek disiplinin aksine:
Genetik
Biyokimya/
Kimya
Gıda
Gıda müh
Makine müh
Kimya müh
Biyokimya müh
Elektronik
Mikrobiyoloji
Biyoteknoloji
Journal of Bio/Technology editörü
McCormick (1996):
“Biyoteknoloji olarak bir şey yoktur,
biyoteknolojiler vardır. Biyoteknoloji
endüstrisi yoktur, yeni ürünlerin elde
edilmesi ve rekabet avantajı için
biyoteknolojilere dayalı endüstriler
vardır.”

12.  Sümerler’den kalma pişirilmiş
kilden yapma orak
 (M.Ö. 3.000)
Eski Mısırlı bir çiftçi
Biyoteknolojinin Tarihçesi ve Gelişimi

13. Ekmek (İlk biyoteknolojik Ürün mü?)
 Dünyadaki en eski yerleşim yerlerinden biri
– Jericho (Canaan) (Gazze-Filistin)
 5.000 yıllık ekmek pişirmeye yarayan kaplar ve fırınlar
 Ne yazık ki bu ekmekler mayasızdı !!!
 Babiller: Ticari, mayalı ekmek yapımı  M.Ö.
2.000
 III. Ramses : silindirik yapıdaki fırın hiyeroglifleri

14. Firavun III.
Ramses
Tapınağından
kraliyet
fırıncılarını
gösteren
hiyeroglif

15. Şarap: (Yoksa ?)
“ve Nuh, bir çiftçi, toprağı kazmaya başladı ve üzüm bağları dikti.
Ve sonra şarabı içti ve sarhoş oldu.” Genesis-İncil
 Babiller için favori eğlence kaynağı: İÇMEK !
– 16 Farklı biranın üretildiği bir teknoloji, Babiller !
– Bunlardan en popüler olanının ise “siyah bira”.
 Champollion tarafından Hiyeroglif yazılarından ilk anlamı
çözülen keline: “Erep”
 Eski Mısırlılar: en azından 6 farklı şarap çeşidi bilinmektedir.

16. Theban Tapınağında üzüm hasadını ve şarap yapımını gösteren hiyeroglif

17. Şarap yapımında gelişmiş Mısır teknolojisi (Theban tapınağından)

18. Eski Fakat Eskimeyen Teknoloji
 İnsanlık tarihi kadar eski
– hala değişik formlarda da olsa kullanılmakta
olan iki biyolojik proses:
 Şarap yapımı
 Mayalı ekmek
Kamışlarla biraiçine babilliler

19.  19. yy: bitki yetiştiriciliği bir bilim
 20. yy: Mendel ve modern genetik
– Genetik çaprazlama

20. 1973: Cohen ve Boyer
tarafından kurbağa
geninin bakteriyel
plazmid içerisine
aktarılması.

21.  1990’lar: Moleküler genetik
– Gen teknolojisi
 Türler arası gen aktarımı
– Yeni karakterler

22.  Ürün çeşitliliğinin ve verimin artışı
– Bt-mısır v.b.
– Altın pirinç
– Doku kültürü:
 Mikroüretim
 Hastalıksız bitki üretimi
 Dirençli bitkiler
– Biyogübreler
 Mikoriza
 Legüm-rizobiyum ilişkisi

23. GDO ve
endişeler

24. Klinik Biyoteknoloji
 Farmakogenomiks
– Kişiye-özgü ilaçlar
– Uygun ilaç dozajlarının belirlenmesi
– İlaç keşfi ve uygun bulma süreci
– Daha iyi aşılar
 İlaç üretimi: Farmosötik ürünler
– İnsülin örneği

25. Biyoteknoloji: Disiplinler-arası bir uğraş
 Farklı sorunların çözümü multi-disipliner stratejilerin geliştirilmesine yol açmıştır.
– “Multi-disipliner” terimi ise belirli bir alanda gözlenen problemlerin çözümü için getirilen
yaklaşımların niteliğini-sayısını ifade etmektedir.
 Multi-disipliner çalışmalar:
– farklı disiplinlere dayalı çeşitli konseptleri ve metodolojileri içermekte ve bunların başka
bir alandaki özgül bir soruna-probleme uygulanmasını gerektirmektedir.
 İnter-disipliner (disiplinler-arası) uygulamalar ise multi-disipliner teriminin aksine:
– multi-disipliner iş birliklerinin yol açtığı, kendine özgü konsepti ve metodolojileri olan
yeni disiplin alanlarının netleşmesi esnasında, fikirlerin harmanlanmasıyla meydana
gelmektedir.
 Biyoteknolojinin birçok yönü ise biyolojinin farklı yönleri ile mühendisliğin
etkileşimi (interaksiyonu) sonucunda ortaya çıkmıştır.

26. Gen klonlama örnekleri

27.  Bir biyoteknolog:
– kimyadan, mikrobiyolojiden, biyokimyadan, kimya mühendisliğinden ve bilgisayar
biliminden türetilmiş olan teknikleri kullanabilir.
 Temel amaç:
– inovasyon, geliştirme ve biyokimyasal katalizlerin temel ve yeri doldurulamaz role
sahip oldukları proseslerin, optimal operasyonudur.
 Biyoteknologlar aynı zamanda:
– klinik, gıda, farmosötik ve kimya endüstrileri, çevre koruma ve atık proses teknolojileri
gibi diğer ilgili alanlardaki uzmanlarla da sıkı işbirlikleri kurmayı amaçlamaktadırlar.
 Biyoteknolojinin iki net geleceği bulunmaktadır:
– i. pratik uygulamalarla olan bağlantısı ve
– ii. disiplinler-arası işbirliği.
 Biyoteknolojinin endüstriyel uygulaması:
– diğer disiplinlerin teknik dillerini ve en önemlisi de bu disiplinlerin potansiyelleri kadar
limitasyonlarını da anlamak için,
– her geçen gün gittikçe artan bir oranda, bu alana katkıda bulunan diğer disiplinlere
dayalı olacaktır (Şekil 1.6).

28. Şekil 1.6: Biyoteknolojik proseslerin genel şeması.
Organizma seçimi
Uygulamalı genetik,
Seleksiyon, mutasyon,
genetik manipülasyon
+ Hava Enerji
Hammaddeler
Seleksiyon,
preparasyon
+ ön-işlem
Sterilizasyon
Biyoreaktör, Mikrobiyal,
hayvansal veya bitkisel
hücreler/enzimler
Aşağı-akışlı proses
Ürün ayrıştırma Ürün izolasyonu
Sıcaklık
Proses kontrolü
Prosesin
formülasyonu

29.  Biyoteknoloji, emek gerektiren bir endüstri olup,
– yetenekli iş gücü ve sürekli gelişme için halk desteğine
ihtiyaç duymaktadır.
 Halkın anlayışını cesaretlendiren ve rekabetçi bir iş
gücü sağlayan ekonomiler ise uzun vadede
biyoteknolojiden kâr sağlayabilirler.
 Biyoteknoloji alanında faaliyet gösteren firmalar ise
7 grup altında toplanabilir (Tablo 1.1).

30. Tablo 1.1: Biyoteknoloji alanında faaliyet gösteren şirketler.
1. Terapötikler: Antiboyikler, aşılar ve gen terapisi de dahil olmak üzere
insan hastalıklarının tedavisinde veya kontrolünde kullanılan
farmosötiklerin ürteimi.
2. Diyagnostikler: Gıda, çevre, tarım ve klinik testler ve diyanozlar.
3. Tarım/ormancılık/çiçekçili: Yeni tahıl ürünleri, hayvan varyeteleri ve
pestisidler.
4. Gıda: Alkolsüz içecekler, gida katkı maddeleri ve çok sayıdaki gıda
ürünleri.
5. Çevre: Atık muamelesi, biyo-iyileştirme ve enerji üretimi.
6. Kimyasal ürünler: Enzimler, DNA/RNA, özellikli kimyasallar
7. Ekipman: Çeşitli aletler, biyoreaktörler ve yazılım programları

31.  Biyoloji ve biyoteknolojiyi birbirinden ayıran en önemli özellik:
– operasyon ölçeğidir.
 Biyologlar: nanogram ile gram düzeyinde çalışırlar.
 Biyoteknolog: Aşı üretimi için miligram; birçok ürün kg’dan ton’a
 Ölçeğin büyütülmesi: orjini bira yapımı, mayalı ekmek üretimi, peynir,
yoğurt, şarap ve sirke gibi yüzyıllar öncesine ve klasik
fermentasyonlara dayanmaktadır.
 1929 da antibiyotiklerin keşfi ve daha sonra 1940’larda büyük-ölçekli
üretimleri
 O yıllardan bugüne:
– organik asitlerin, polisakkaritlerin, enzimlerin, aşıların, hormonların v.b
üretilmesini sağlayan fermantasyon teknolojilerinde muazzam gelişmeler
olmuştur (Tablo 1.2).
 Ekonomist dergisi bu yeni teknolojiyi:
“fizik ve kimyaya dayalı endüstrinin 20.yy’ın endüstrisi olduğu gibi biyoteknoloji de
21. yy’ın karakteristik endüstrisidir” şeklinde tanımlamıştır.

32. Tablo 1.2: Biyolojik ürünlerin 1981 yılındaki dünya ölçeğindeki ticaret hacmi.
Ürün Satış (milyon $)
Alkollü içecekler 23.000
Peynir 14.000
Antibiyotikler 4.500
Penisilinler 500
Tetrasiklinler 500
Sefalosporinler 450
Diyagnostik test 2.000
İmmunoassey 400
Monoklonal 5
Tohum 1.400
Yüksek fruktoz şurubu 800
Amino asitler 750
Ekmek mayası 540
Ürün Satış (milyon $)
Steroidler 500
Vitaminler, heps 330
Vitanin 200
Vitamin B12 14
Sitrik asit 210
Enzimler 200
Aşılar 150
İnsan serum albümini 125
İnsülin 100
Ürokinaz 50
İnsan faktör VII proteini 40
İnsan büyüme hormonu 35
Mikrobiyal pestisidler 12

33.  Şayet biyoteknolojinin kökleri çok uzak bir geçmişe
dayanıyorsa, o halde neden biyoteknoloji konusunda
halkın farkındalığı her geçen gün artmaktadır?
– İnsanoğlunun doğaya hâkim olmasını sağlayan, özellikle rDNA
teknolojisi, moleküler biyoloji alanındaki gelişmelerin çok hızlı
olması
 DNA’nın manipülasyonu mümkün olmuş
– farklı organizmalara ait DNA’lar arasında gen transferleri
yapılabilmiş
– sonuç olarak, daha önce doğada olmayan yeni hibrit DNA’ların in
vitro koşullarda oluşturulması mümkün olmuştur.
 Bu tür uygulamaların yararları anlaşıldıkça,
– doğa ile oynamanın tehlikeli olduğuna dair inançlar da zamanla
azalacak
– ve bir noktadan sonra, bu tür çalışmalar takdirle ve saygıyla
karşılanacaktır.

34.  Modern biyotek. konususundaki farkındalığın artması:
1973 petrol krizi
– fosil yakıtlar
– güvenli, yenilenebilir ve sürdürülebilir enerji kaynakları
– kimyasal hammadde temini
 Biyokütle üretimi
 Enerji fiyatlarının yükselmesi: kimyasal ve mühendislik
sektörlerinde bir durgunluk
 Biyoteknoloji: yeni biyoteknolojik metodlar ve yeni
hammaddeler
 1950-60: endüstriyel gelişmenin temeli, petrol fiyatlarının
ucuz olması

35.  Ne yazık ki yeni biyoteknolojinin potansiyeli
üzerinde aşırı derecede durulurken,
– yüzyıllardır kullanılmakta olan ve birçok ülkenin ulusal
gelirine oldukça büyük katkılar saunan geleneksel
biyoteknoloji konusundaki gerçeklik üzerinde çok da
durulmamaktadır.
 Gerçekte ise günümüzdeki biyoteknolojik
inovasyonlşarın çoğu,
– uzun yıllardır uygulanmakta olan endüstriyel prosesleri
gerçekleştiren organizmaların ve proseslerin
geliştirilmesi şeklindedir.

36.  Yeni biyoteknolojik uygulamaların ilk örnekleri ise sağlık, klinik, tarım
ve gıda teknolojileri alanlarında görülmektedir.
 Son 10 yılda FDA (ABD)’nın onayladığı biyofarmosötiklerin hem
sayısı hem de çeşitliliği oldukça artmıştır.
 1996 bu sayı 39 iken, 2006 da ise 100’ün üzerine çıkmıştır.
 Transgenik bitki ekimi 1996’da 1,6 milyon hektar, 2006’da ise 90
milyon hektar
 ABD’de biyoteknolojik ürün geliri 1996’da 15 milyar dolar, 2004’de 60
milyar dolar.
 Dünya nüfusunun beslenmesi,
– biyoteknolojik yöntemlere olan gereksinim artacaktır.
 Biyoteknolojik metodlarla çeşitli gıdaların ve bitkilerin
– besin değerleri, tadı ve görünüşleri daha da iyileştirilebilir,
– özgül virüslere ve zararlı böceklere (haşere) karşı dirençliliği arttırabilir
– daha güvenli herbisitlerin üretilmesi sağlanabilmektedir.

37.  Gıda güvenliği açısından
– Salmonella, Listeria ve aflatoksin vb’nin belirlenmesini sağlayan problar
geliştirilmiştir.
 Günümüzde ise hammaddeye olan ihtiyaç hiç olmadığı
kadar artmış,
– hammadde miktarına ve çeşitliliğine dayalı olarak, çevreye uygulanan baskı da
her geçen gün artmaktadır.
 Çevre açısından ise biyoteknolojinin kullanılması, birbirine
zıt bir etki yaratılabilir:
– kontaminasyonun azaltılaması, geri-dönüşümün geliştirilmesi ve
toprağın etkin kullanımı gibi çevre koruma üzerine çok sayıda
olumlu etkisi olurken;
– diğer yönden, GDO’ların doğaya bırakılması, doğal popülasyonun
yok olması, ekolojik interaksiyon ve istenmeyen genetik özelliklerin
diğer türlere transferi gibi bazı potansiyel çevre riskleri de
bulunmaktadır.

38. Şekil 1.7: ABD’de Ar-Ge fonlarının biyoteknoloji alanlarındaki dağılım oranları.

39.  Çok sayıdaki yeni, ileri teknoloji biyotek şirketleri ise
– temel amaçları yeni bir teknoloji geliştirmek olan
– ve konularında uzman, karizmatik ve girişimci olan
akademisyenler tarafından kurulmuştur.
 Yeni biyoteknoloji şirketleri ise diğer şirketlerde genellikle
görülmeyen bazı özelliklere sahiptirler (Tablo 1.3).
 Akademi ile endüstrinin ara-yüzünde ise yeni
biyoteknolojinin pozisyonu,
– oldukça geniş bir çeşitliliğe sahip kaynaklardan bilginin
özütlenmesi için eşsiz bir ihtiyaç yaratmış ve şirketler ise bilginin
yönetimi için oldukça büyük paralar harcamaktadırlar.

40. Tablo 1.3: Biyoteknoloji şirketlerinin bazı benzersiz özellikleri.
 Teknoloji tarafından yönlendirilir ve multi-disiplinerdir; ürün geliştirme için
moleküler biyologlara, klinik araştırmalara ve ürün pazarlama becerisine
gereksinim duyulur.
 Yasal düzenlemeler, halkın algılaması, sağlık ve güvenlik yönetmelikleri ile ilgili
yönetimleri oluşturmak zorundadırlar; risk analizleri yapmalıdırlar.
 İş ortamındaki rekabet gücü, hızlı değişime ve risk almaya dayanmaktadır;
biyoteknolojik bir inovasyon hızla başka bir inovasyona temel oluşturabilmektedir.
 Biyoteknoloji sektörünün büyümesi büyük bir oranda maddi yatırıma ve girişime
bağlıdır; çoğunlukla, kâra geçmeden önce oldukça büyük yatırımlar gerektirir.

41.  Biyoteknoloji, mükemmel bir yüksek-teknolojidir.
 Gelecek on yıl içerisinde, yeni biyoteknolojinin en heyecan uyandıran ve
potansiyel olarak en kârlı yönü ise hâlihazırdaki bilgi ve tekniklerin daha da ileri
düzeye ulaştırılmasını sağlayan Ar-Ge çalışmaları olacaktır.
 Araştırma sonuçlarının uygulamaya aktarılması ise ne çok kolaydır, ne de
kaçınılmazdır ve kendine özgü çevre ve yatırımcıya ihtiyacı vardır.
 Ticari olarak başarının elde edilmesi ve biyoteknolojiden yararlanılabilmesi için,
– bu alanda uzmanların yetiştirilmesi,
– uzman iş-gücünün istihdam edilmesi,
– teknolojinin anlaşılması,
– uzmanların ise hukuk, patentleme, tıp (klinik), tarım, mühendislik gibi oldukça değişik
alanlarda bilgili olması gerekmektedir.

42. Biyoteknoloji: Üç-bileşenli nüve
 Biyoteknolojik proseslerin çoğu, üç bileşenli bir nüve olarak değerlendirilebilir:
i. özgül bir fonksiyon veya proses için en iyi biyolojik katalizörün elde edilmesi,
ii. katalizörün fonksiyonunu gösterebileceği en iyi çevresel koşulların oluşturulması ve
iii. akış-aşağı proses olarak da adlandırılan fermantasyon prosesinden, hedef ürün veya ürünlerin
ayrıştırılması ve saflaştırılmasıdır.
 Biyoteknolojik proses katalizörünün en verimli, kararlı ve güvenli formu ise bütün bir
organizma’dır.
 Mikroorganizmalar ise hem fotosentetik enerjinin birincil üreticileri, hem de doğal ve
sentetik organik moleküllerin neredeyse her türlüsünü kimyasal değişikliğe uğratabilen
sistemler olarak görülebilir.
 Müştereken, mikroorganizmalar muazzam bir gen havuzuna sahiptirler.
– neredeyse sınırsız sayılabilecek bir sentetik ve degredadif potansiyele sahiptirler.
 Mikroorganizmaların büyüme oranları ve hızları, bitkiler ve hayvanlar gibi yüksek-yapılı
organizmalara göre oldukça yüksektir.
– uygun çevresel koşullar altında, çok kısa bir sürede, muazzam bir biyokütleye ulaşabilmektedirler.

43.  Biyoteknoloji nüvesinin ikinci kısmı ise katalizörlerin fonksiyonel oldukları biyoreaktörleri
veya sistemin içerdiği bütün bileşenleri kapsamaktadır.
 Bu noktada ise biyoloğun ve biyoproses mühendisinin sahip olduğu bilgilerin etkileşim
göstererek kombinasyonu sağlanmakta,
– katalizörlerin biyolojik aktivitelerini optimal olarak göstermelerini sağlayan sıcaklık, pH,
havalandırma v.b gibi fizikokimyasal çevrenin planlanması ve sürdürülebilmesi için gerekli olan
enstrümanların tasarımı ve üretimi gerekmektedir.
 Biyoreaktör içerisinde hedeflenen son-ürününün (örneğin, biyokütle veya biyokimyasal
ürün) elde edilmesi başarıldıktan sonra,
– birçok durumda ise elde edilen organik son-ürünün sulu fermentasyon ortamından ayrıştırılması
gerekmektedir.
 Organik ürünlerin sulu fermentasyon ortamından ayrıştırılması ise biyoteknolojik nüvenin
üçüncü parçasını oluşturmaktadır.
 Fermentasyon ortamından organik ürünlerin ayrıştırılması ise aşağı-akışlı proses olarak
adlandırılmakta olup,
– teknik açıdan zor ve pahalı bir prosedür olabilmektedir ve biyoteknolojinin en az anlaşılmış olan
alanını oluşturmaktadır.

44.  Biyoteknolojik bir proseste başarıya ulaşmak için,
– bu teknolojinin alanına giren disiplinlerden birkaçının beraber
uygulamasını gerektirmektedir.
 Biyoteknolojik uygulamaların başlıca alanları ise Tablo
1.4’de gösterilmektedir.
 Biyoteknoloji,
– sağlık, tıp, tarım, ormancılık, nitelikli kimyasal üretimi, gıda
teknolojisi, yakıt ve enerji üretimi,
– kirlilik kontrolü ve kaynakların geri-kazanımı gibi
– farklı endüstriyel sektörlerde heyecan verici yeni ticari
gelişmelerin ve kârların oluşması için potansiyel yaratmaya
devam etmektedir ve gelecekte de edecektir.

45. Tablo 1.4: Biyoteknolojik uygulamaların temel alanları.
 Biyoproses teknolojisi
Tarihsel olarak, biyoteknolojinin en önemli alanları olan alkollü içeceklerin,
antibiyotiklerin ve memeli hücre kültürlerinin üretimi gibi biyoproses teknolojileri;
polisakkaritlerin, klinik açıdan önemli olan drogların, solventlerin ve protein içeriği
zenginleştirilmiş olan gıdaların üretilmesi gibi yeni ürünlerin geliştirilmesine yol
açmaktadır. Ayrıca, üretimin optimizasyonu için yeni fermentör (biyoreaktör)
tasarımları geliştirilmektedir.
 Enzim teknolojisi
Aşırı derecede özgün olan kimyasal reaksiyonların katalizlenmesi, enzimlerin
tutuklanması ve özgül moleküler dönüştürücülerin (biyoreaktörlerin) yaratılması. L-
amino asitler, yüksek fruktoz şurubu, yarı-sentetik penisilinler, nişasta ve selüloz
hidrolizi gibi ürünlerin elde edilmesi. Biyoassey ve biyosensörlerde enzim probları.
 Atık teknolojisi
Uzunca bir tarihsel öneme sahip olmakla birlikte; özellikle son zamanlarda, doğal
kaynakların korunması ve geri-dönüştürülmesi, gıda ve gübre, biyoyakıtların
üretilmesi ile birleştirilerek atık teknolojisinin önemi her geçen gün artmaktadır.

46. Tablo 1.4: Biyoteknolojik uygulamaların temel alanları (devam)
 Çevre teknolojisi
Kirlilik kontrolü ve toksik atıkların uzaklaştırılması gibi çevre sorunlarının çoğunun
çözümünü sağlayacak biyoteknolojik yaklaşımların yanı sıra, maden atıklarından
ve düşük kaliteli maden cevherlerinden metallerin geri-kazanılması gibi çok sayıda
biyoteknolojik yaklaşımlar bulunmaktadır.
 Yenilenebilir kaynaklar teknolojisi
Kimyasal ham madde ve enerji (etanol, metanol ve hidrojen) temini amacıyla,
özellikle lignoselüloz olmak üzere, yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanılması.
Bitki ve hayvan materyallerinin tamamının kullanılması. Temiz ve sürdürülebilir
teknolojiler.
 Bitki ve hayvan yeşitiriciliği teknolojisi
Gen mühendisliği aracılığıyla, besin değeri, hastalıklara karşı olan dirençliliğ ve raf
ömrü iyileştirilmiş, verimi daha yüksek ve stres koşullarına daha dayanıklı bitkilerin
geliştirilmesi. Besicilik için ise verimliliğin artırılması. Besin kalitesinin, aromasının,
tadının ve mikrobiyal güvenliğinin geliştirilmesi.
 Sağlık ürünleri teknolojisi
Yeni ilaçların geliştirilmesi, hastalıklı doku ve bölgelere ilaçların ulaşmasını
sağlayarak daha iyi tedavi. Hastalıkların tanısının daha iyi konulması, insan
genom, gemomik ve proteomikin anlaşılması, bilgi teknolojisi.

47.  Biyoteknolojinin bazı alanlarını tanımlamak amacıyla türetilmiş olan terimler ve bu
terimlerin kullanım alanları ise aşağıdaki gibidir:
 Kırmızı biyoteknoloji: Klinik uygulamaları kapsayan işlemler.
– Antibiyotiklerin üretilmesi, kanser ilaçları gibi yeni ilaçların geliştirilmesi, gen tedavisi, tanı
amacıyla DNA çipleri ve biyosensörler
 Yeşil biyoteknoloji: Tarımsal faaliyetleri içeren uygulamalar.
– Mikro-üretim yöntemi ile bitkilerin seçilmesi ve ıslahı,
– transgenik bitkilerin tasarlanması,
– böceklere, mantarlara ve virüslere karşı dirençli bitkilerin geliştirilmesi,
– Bt-mısır gibi pestisid üreten transgenik bitkilerin tasarlanması gibi.
 Beyaz biyoteknoloji (endüstriyel biyoteknoloji): endüstriyel uygulamaları
içermektedir.
– Alkol, vitaminler, aminoasitler ve antibiyotikler gibi kullanışlı kimyasalları üretecek olan
organizmaların tasarımı;
– kullanışlı kimyasalları üretmek ya da zararlı/kirletici kimyasalları yıkmak amacıyla
endüstriyel katalizörler olarak enzimlerin kullanılması
Biyoteknolojik Uygulamalar

48.  Mavi biyoteknoloji: deniz ve sucul habitatlardaki uygulamaları için kullanılır, bu
tip uygulamalar oldukça azdır.
– Mavi biyoteknolojinin odak noktasında ise dünya denizlerinin biyolojik organizmaları
bulunmaktadır.
 Gri Biyoteknoloji: çevre teknolojisi alanıyla ilgilenmektedir.
– toprağı arıtma, atık su temizleme, atık gaz ve kirli hava temizleme, çöp ve diğer
atıkların değerlendirilmesi konularında kullanılmaktadır.
 Biyoekonomi: Bütün biyoteknolojik uygulamaların yer aldığı yatırımlar ve bu
yatırımlardan elde edilen kazançları tanımlamakta kullanılan bir terimdir.
 Biyoinformatik: Disiplinler arası bir alan olan biyoinformatik, bilgisayar tekniklerini
kullanarak;
– biyolojik verilerin hızlı bir şekilde organizasyonunu ve analizini sağlayarak,
– biyolojik problemleri çözmeye çalışır.
 Biyoinformatik; fonksiyonel genetik, yapısal genomiks ve proteomiks gibi çeşitli
alanlarda anahtar rolünde olup, biyoteknoloji ve farmosötik sektörünün önemli bir
bileşenini oluşturmaktadır.

49. Biyoekonomi
 Biyotekonomi ile biyoekonomi aynı anlamda kullanılır ve
– aşağıda belirtilen alanlardan türetilen bütün ekonomik aktiviteleri tanımlamak için
kullanılmaktadır:
 i. Moleküler ve genetik düzeydeki yöntemlerin ve mekanizmaların
anlaşılması üzerine odaklanan bilimsel araştırma faaliyetleri.
 ii. Elde edilen bilginin herhangi bir endüstriyel işlemde uygulanması.
 Biyoteknolojik endüstrinin gelişimi ve bu endüstrinin tarım, sağlık,
kimya ya da enerji endüstrilerindeki uygulamaları biyoekonomik
aktiviteye klasik bir örnektir.
 Biyoekonomi terimi ilk defa Juan Enriquez ve Rodrigo Martinez
tarafından 1997 yılında Philadelphia'da AAAS toplantısındaki
Genomiks Seminerinde tanımlanmıştır.
– Bu yayından alınan bir pasaj ise 1998 yılında Science Magazin dergisinde
"Genomics and the world's economy" başlığı altında yayınlanmıştır.

50.  2002 yılında Harvard Business Scholl Working Paper’da Enriquez ve
Martinez tarafından yayınlanan “Biotechonomy 1.0: A Rough Map of
Biodata Flow” başlıklı makale ise halka açık olan en büyük üç gen
bankası olan Genbank, EMBL ve DDBJ’ye küresel ölçekte genetik
materyal girişini ve çıkışını göstermektedir.
 Daha sonra ise bu iki yazar, bu şekildeki bir veri akışının; patent
üretimi, lisans ücretleri ve bir takım biyoteknolojik girişimler
üzerindeki ekonomik etkileri üzerine bir hipotez geliştirmişlerdir. Bu
makalenin bir adaptasyonu ise 2003 yılında WİRED dergisinde
yayınlanmıştır.
 Bbiyoekonomi terimi, genellikle bölgesel kalkınma ajansları,
uluslararası organizasyonlar ve biyoteknoloji şirketleri tarafından
yaygın olarak kullanılmaktadır.
 Bu nedenle de biyoekonomi, biyoteknolojik endüstrinin gelişmesi ile
yakından ilişkilidir.

51. Medyanın ve Halkın Biyoteknolojiye Bakışı
 Biyoteknolojik konularla ilgili olarak:
– Surface, X-files, The Island, I'm Legend, Torchwood ve Horizon gibi
– çeşitli tv dizileri, filmler ve belgeseller bulunmaktadır.
 Bu tür programların çoğunun konusunu ise
– biyoteknolojik konuların sayısız olasılıklarla nasıl kötü sonuçlar doğurabileceği
ve bu bunların sonuçları oluşturmaktadır.
 Çoğu gazeteler ise kök hücre araştırmaları ve genetik mühendisliği
gibi konularda genellikle karamsar bir bakış açısına sahiptirler.
 Genel olarak medyanın biyoteknolojik konulara olan bu kötümser
reaksiyonun nedeni ise basitçe yanlış anlamalar ve korku olabilir.
 Bu teknolojinin getirebileceği güce karşı bazı yasal kaygılar olsa da,
biyoteknolojik gelişmelere karşı tepki göstermenin temelinde dinsel
inanışlar yatmaktadır.

52. Biyogüvenlik ve Etik Kaygılar
 Biyogüvenlik, modern biyoteknoloji ile birlikte gelişen bir bilim dalı olma yolundadır.
 Biyogüvenlik kapsamında gerek ulusal ve gerekse uluslar arası tedbirler almak amacıyla ilgili
çalışmalar yapılmaktadır.
 Bu kapsamda BM tarafından hazırlanan Cartagene Biyogüvenlik Protokolü yürürlüğe
konulmuştur.
 Gen teknolojisi, bir yandan geleceğe dair büyük umutlar vaat ederken, diğer yandan endişeleri
de beraberinde getirmektedir.
 1970’lerin başında geliştirilen rekombinant-DNA teknolojisinin beraberinde taşıdığı riskler
tartışılmaya başlanmıştır.
 Bir grup bilim adamı Amerikan Ulusal Bilimler Akademisi ve Ulusal Sağlık Enstitüleri
başkanlığına bildiri sunarak,
“içeriğinde rekombinant-DNA tekniği ile elde edilen canlıların, insan ve çevre sağlığı açısından tehlikeler de
taşıyabileceğini” vurgulamışlardır.
 Aynı komitenin ikinci bildirisinde,
“sağlık bakımından tehlikeli olan deneylerden çekinmek gerektiği” vurgulanmıştır.

53.  II. Asolimar Bilim Konfransında (1975) ise hukukçular, bilim adamlarını;
– deneylerinin telafi edilemez zararlara yol açması durumunda, ödemek zorunda
kalacakları tazminatlara karşı uyarmışlardır.
 Bu şekilde DNA’larıyla çalışılan organizmaların fiziksel ve biyolojik kapsamları
belirlenmiştir.
– Fiziksel kapsamda, laboratuvarda çalışanlar için düzenlenecek her türlü koruyucu
donanım.
– Biyolojik kapsamda ise deneylerde, yalnızca özgül ortamlarda üreyebilecek ve
laboratuvar dışında yaşamını sürdüremeyecek biçimde mutasyona uğratılmış
bakterilerin kullanılabileceği önerilmiştir.
 Bu dönemde rekombinant-DNA deneylerine yeniden başlanmıştır.
 Başta ilaç endüstrisi çalışmalara başlamış ve rekombinant-DNA teknolojisinin ilk
ürünleri olan ilaçlar üretilerek piyasaya sürülmüştür.
 Ekonomistler ise gen teknolojisini, 21. yüzyılın en umut verici teknolojik
gelişmelerinden biri olarak değerlendirmişlerdir.

54.  1979’da Ulusal Sağlık Enstitüleri,
– rekombinant-DNA çalışmalarını engellemeyen yeni düzenlemeler yapmış ve bu
teknolojinin emniyet sorunu büyük oranda çözümlenmiştir.
 İnsanlarda hasatlık yapıcı etkisi olmayan mikroorganizmalar üzerinde yürütülen gen
çalışmaları serbest bırakılmıştır.
 Bu çalışmalarda tek koşul olarak,
“insan ve çevre sağlığının korunacağına dair bir garantinin verilmesi” gösterilmiştir.
 Bilim adamları ve hekimler gen tedavisi, genetik tarama ve danışmanlık hizmetleri gibi yeni
teknoloji ürünlerini, kalıtsal hastalıkların önlenmesinde ya da bazı genetik sorunların
çözümünde kullanmaya başlamışlardır.
 Ancak, insan genlerini değiştirmenin yol açabileceği ahlak anlayışına ilişkin kaygılar da vardır.
 Bu nedenle, bazı araştırmacılar, gen tedavisinin,
“yalnızca, başka tedavi şansı olmayan hastalarda kullanılmasının” daha etik bir yaklaşım
olacağı görüşünde birleşmişlerdir.
 İnsan genetik yapısının tamamını deşifre etmeyi ve sonuçta elde edilecek bilgiyi hastalıkların
erken tanı ve kesin tedavisinde kullanmayı amaçlayan İnsan Genom Projesi ise genetiği, tıp
için karşı konulmaz bir unsur haline getirmiştir.