Genetiği Değiştirilmiş Bitkiler
Elif Şenkuş - Moleküler Biyoloji ve Genetik, Fen Edebiyat Fakültesi, Çanakkale Onsekiz Mart Üniversitesi
Genetiği değiştirilmiş bitkiler, bitkinin kendi genomuna çeşitli transgenik metotlarla dışarıdan gen aktarılması ile oluşan transgenik bitkiler olarak adlandırılır. Transgenik metotlar ile istenilen gen, aynı türün farklı örneklerine ya da farklı türden başka bir türe aktarılabilir.[1]
Tarımdaki genetiği değiştirilmiş ilk bitkiler antibiyotik dirençli tütün ve petunyadır. Virüslere karşı dirençli tütünleri 1990 yılında ticarileştiren ilk ülke Çin’dir. Daha sonra Amerikan Gıda ve İlaç Dairesi (FDA) tüketim amaçlı üretilen ilk genetiği değiştirilmiş Flavr Savr domatesini 1994 yılında onaylamıştır. Bu domates poligalakturonaz enzimi üretimini engelleyebilen antisens teknolojisi ile genetiği değiştirilerek geç olgunlaşma ve çürümeye karşı dirençli olma gibi özellikleri kazanmıştır.[2] Antisens teknolojisi gen ifadesini (ekspresyonunu) engellemek için kullanılmakta olan bir yöntemdir. Bu teknoloji mRNA’dan protein sentezini bloke ederek genin ifade edilmesini engeller.[3] ‘‘Bacillus thuringiensis’’ (Bt) bakterisinde bulunan genin eklenmesiyle üretilen, herbisitlere karşı (bitki öldürücülere) dirençli ve FDA tarafından onaylı ilk ürünler mısır, pamuk ve patatestir.[2]. 1999 yılında herbisit dirençli Bt mısır ve Bt pamuk ticari amaçla yetiştirilmiştir. Bu tarihlerden itibaren herbisit, kuraklık, tuzluluk ve bunun gibi birçok etkene karşı dirençli ve besinsel içeriği zenginleştirilmiş pirinç, buğday, patlıcan, çilek, havuç gibi birçok transgenik bitki üretilmeye başlanmıştır.[2]
Belirli geni istenilen bitkiye aktarmak için genellikle 3 farklı metot kullanılmaktadır.[4]
1. Bakteriyel Gen Aktarımı
Agrobacterium tumefaciens adlı bakteri bitkileri enfekte ederek taç tümörü oluşmasına neden olur. Bu bakteri tümör tetikleyici (Ti) plasmide sahiptir. Ti plasmid kullanılması gen aktarımına olanak tanır. İstenilen gen, Ti plasmidin T-DNA (transfer DNA) kısmına eklenerek işlem gerçekleştirilir.[4]
2. Genomik DNA’nın Doğrudan Düzenlemesi
2012’de CRISPR-Cas9 tekniğinin geliştirilmesiyle genetik mühendislik hız kazandı. Böylelikle bitkilerle çalışmak daha kolay hale geldi. Cas9 bakterilerde bulunan ve bakteriyi ele geçiren virüsün DNA parçalarından bakterinin DNA’sını koruyan bir enzimidir. Cas9 enzimi hedeflenen DNA parçasına tamamlayıcı olan rehber RNA ile birleşerek hedef DNA parçasının iki zincirini de kesip atar. Yeni oluşmuş bu çift zincirli kırık, hücrenin sahip olduğu iki farklı onarım mekanizmasıyla tamir edilir. Homolog olmayan uç birleştirme (NHEJ) ile onarım küçük kopmalara (delesyon) veya eklemelere (insersiyon) neden olabilir. Diğer onarım mekanizması ise homolog rekombinasyonel onarım (HR) olarak adlandırılır. HR, kırık kısımdan istenilen genin eklenmesine olanak sağlar.[4]
3. Doğrudan Gen Aktarımı
Gen silahı veya elektroporasyon kullanılan yöntemlerdendir. Gen silahı olarak adlandırılan yöntemde hücre duvarını delmek ve geni hücre çekirdeğine taşımak için metal tanecikler kullanılır.[5] Mikro tanecik bombardımanında DNA altın ya da tungsten mikro taneciklerle kaplandıktan sonra yüksek hızla hücre duvarını delmek için hedef dokulara taşınırlar. Tanecik bombardımanı büyük DNA parçalarının aktarımında oldukça etkilidir. Elektroporasyon yönteminde de aynı amaçla hücre duvarını delmek için elektrik vuruşu kullanılarak delikler açılması hedeflenir.[4,5]
Potansiyel Riskler
GDO’lu gıdalarla ilgili potansiyel riskler alerji, toksiklik, ve genetik tehlikeler olarak belirtilmiştir.[4] Transgenik metotlar, bitkide daha önce ifade edilmemiş farklı bir genin ifade edilmesini sağladığı için bitkiye kazandırılan yeni özellikler çeşitli endişelere sebep olmaktadır. Genlerin ifadesi genom içinde bulundukları yere göre değiştiği ve şu anki transgenik metotlar bitki genomuna eklenmek istenen geni, kesin bir konuma dahil edemedikleri için genlerin ifade edilişi öngörülemeyebilir. Transgenlerin kodladığı proteinler insan sağlığı için potansiyel riskler yaratabilir. Örneğin, Starlink mısırına eklenen gen Cry9 proteinini kodlar. Böcek öldürücü özellik sağlayan bu proteinin aynı zamanda Starlink mısırı tüketen insanlarda alerjik reaksiyonlara neden olduğuna dair birçok vaka bildirilmiştir.[4,5]
Genetiği Değiştirilmiş Bitkilere Neden İhtiyaç Duyuyoruz?
Binlerce yıldır bitkiler geleneksel yetiştirme yöntemleriyle üretilmekteydi. İstenilen özelliklere sahip elverişli bitkiler melezleme yöntemiyle elde ediliyordu. Fakat seçilen özelliklere sahip bitkinin elde edilmesi ve yaygın hale gelmesi yaklaşık 15 yılı almaktaydı. Genetik mühendislik, bu uzun süreci hızlandırarak kolaylaştırdı. Genetik değişiklikler sayesinde bitkiler kuraklık, tuzluluk, böcekler ve patojenler gibi olumsuz etkilere karşı dayanıklı hale geldiler. Bu teknoloji ayrıca bitkinin besin değerini arttırmak için de kullanılmaktadır.[7]
Dünyamızda 840 milyon civarında insan yetersiz beslenme koşullarıyla hayatını sürdürüyor. 1,3 milyar insanın güvenilir gıdalara erişimi maalesef bulunmamakta. 40 yıl sonra dünya nüfusunun iki katı olacağı öngörülmekte. Bu sebeple gıda üretiminin en az %40 artması gerekiyor. Fakat su kaynakları ve tarım için gerekli arazilerin yetersiz kalabileceği büyük bir problem oluşturmakta.[7]
Gelişmiş ülkelerde gıdaların besinsel içeriği büyük bir probleme neden olmamaktadır. Çünkü insanların çeşitli gıdalara ulaşımı olduğundan vücutları için gerekli vitamin ve aminoasitleri karşılayabiliyorlar. Gelişmemiş ülkeler için aynı şey geçerli değil. Bu ülkelerdeki insanlar vücutları için gerekli temel besin içeriklerine ulaşamıyorlar. GDO teknolojisi, bu yetersiz beslenme problemini çözmede devreye giriyor. ‘‘Altın Pirinç Projesi’’ bu problemin çözümü için güzel bir örnek olabilir. Gelişmekte olan ülkelerde A vitamini eksikliği yılda 2 milyon çocuğun ölümüne neden oluyor. İnsanlar A vitamini vücutlarında sentezleyebilmek için birçok bitkide bulunan fakat tahıllarda bulunmayan beta-karoten adlı bir öncüye ihtiyaç duyarlar. Bu proje pirinç endospermine, beta-karoten sentezlenebilmesi için gerekli olan metabolik basamakları uygulamayı sağlıyor.[7]
Referanslar
Borem, A., Diola, V., Fritsche-Neto, R. (2014). Chapter 1- Plant Breeding and Biotechnological Advances, Biotechnology and Plant Breeding, (s.1-17) Cambridge: Academic Press https://doi.org/10.1016/B978-0-12-418672-9.00001-5
Raman, R. (2017). The impact of Genetically Modified (GM) crops in modern agriculture: a review. GM Crops & Food, 8, 195-208. https://doi.org/10.1080/21645698.2017.1413522
Gupta, S., Singh, R.P., Rabadia, N., Patel, G., Panchal, H. (2011). Antisense Technology, International Journal of Pharmaceutical Sciences Review and Research, 9, 38-45.
Zhang, C., Wohlhueter, R., Zhang, H. Genetically modified foods: A critical review of their promise and problems. Food Science and Human Wellness, 5, 116-123. https://doi.org/10.1016/j.fshw.2016.04.002
Andow, D.A. (2009). Chapter 107- Genetically Modified Plants, Encyclopedia of Insects. (s.406-410) Cambridge:Academic Press https://doi.org/10.1016/B978-0-12-374144-8.00116-8
Jinturkar, K.A., Rathi, M.N., Misra, A. (2011). Gene Delivery Using Physical Methods, Challenges in Delivery of Therapeutic Genomics and Proteomics (s.83-126) Amsterdam:Elsevier https://doi.org/10.1016/B978-0-12-384964-9.00003-7
Key, S., K-C Ma, J., Drake, P.M.W. (2008). Genetically modified plants and human health. Journal of the Royal Society of Medicine, 101(6): 290–298. DOI: 10.1258/jrsm.2008.070372
Dubock, A. (2019). Golden Rice: To Combat Vitamin A Deficiency for Public Health, Vitamin A. Londra:Intechopen. DOI: 10.5772/intechopen.84445