Yarattığımız Problemlerin Çözümü ve Ekosistemin Sürdürülebilirliğindeki Sentetik Biyolojinin Rolü


Nurhayat Kayar - Toki Şehit İsmail Tetik Anadolu Lisesi Biyoloji Öğretmeni



İnsan aktivitelerinin çevre üzerinde zararlı etkilerinin olduğunu artık bilmeyenimiz yok. Ancak hala günlük yaşamda kullandığımız ürünlerin çoğu petrol ve sert kimyasallardan temel alıyor. Sonuçta da ekosistem bu malzemelerden zarar görürken, sürdürülebilirlik konusunda geri dönüşümsüz zararlar oluşabiliyor. Ne var ki hala bir şansımız var çünkü bilim insanları her zaman araç kutumuza bir yenisini eklemek konusunda yaratıcı çözümler üretebiliyor.Bu araçlardan biri, sentetik biyoloji, karmaşık gen ağlarını çözerek çevre bilimine kapılar açıyor.


Sentetik biyoloji, geniş anlamda genetik mühendisliği uygulamalarının ve bilgisayar biliminin biyolojiye uyarlanması... Bu açıdan bakıldığında, sentetik biyoloji atık birikmesi ve kirli alanların temizlenmesini ele aldığında yeni yaklaşımlar öne sürebiliyor. Örneğin viski bakır kaplarda yapıldığında, tahıl bakır iyonlarıyla kirlenir.Edinburg Üniversitesi’nde sentetik biyologlar genetik mühendisliği sonucu biyomedikal olarak kullanılan bakır nano partiküllerin içine bakır iyonlarını hapsedebilen bakterilerle çalışıyorlar. Tahıl bu şekilde temizlendiğinde kompost ya da hayvan yemi olarak kullanılabiliyor. Edinburg Üniversitesi’nden Louise Horsfall’e göre mevcut ekonominin aksine döngüsel ekonomide atık bir problem olarak görünmüyor ve hammadde olarak sisteme geri besleme yapılabiliyor.Bunu tıp ve endüstride ağır metal kirleticileri dönüştüren bakteriler sayesinde başarıyorlar.Yani sentetik biyoloji mühendislik prensiplerini biyolojiye uyguluyor.Örneğin birbiriyle değiştirilebilir modüler DNA parçaları ile farklı metal kirleticileri nano partiküllere dönüştüren mühendis bakteriler aynı zamanda süreci de kontrol ediyor. Çalışmada kullanılan mühendis bakteri ise Morganella bakterisi, bu bakteri bakır iyonlarını azaltarak nanoparçacıklara dönüşümü sağlıyor.


Projede odaklanılan diğer bir noktada lignin, büyük ve parçalanması zor bir molekül fakat aynı zamanda çok kullanışlı bileşenlere sahip.Bitkilerde çok yaygın bulunan bir molekül ve örneğin kağıt endüstrisinde bir çok kaynaktan atık olarak ortaya çıkıyor. Bu iki ana konu başka bir projede birleştirilmiş.Bakterilerden elde edilen nano partiküller kullanılarak ligninin parçalanma süreci hızlandırılabiliyor. Bu projelerde birçok disiplin yanyana çalışıyor genetik, mikrobiyoloji, biyoteknoloji ve çevre bilimi...


Sentetik Biyoloji Daha Yeşil Bir Gelecek Vaat Ediyor


Genetik mühendisleri tek bir gen hareketiyle aç larvalara ya da insan insülini üreten bakterilere dirençli ekinler üretebiliyorlar.Oysa gübre istemeyen biyoyakıt üreten algler ya da ekinler üretmek için onlarca genin manipüle edilmesi hatta doğanın sahip olmadığı yeni moleküler makinelerin üretilmesi gerekir.Henüz bu noktada değiliz ancak sentetik biyoloji yaklaştı.Mikro algler olağanüstü bir çeşitlilik, biyokütle ve yağ içeriğine sahiptir.Genetik araçlar ve sentetik biyoloji genişletilmiş bir alg mühendisliği sağlamaktadır.Karbon yakalama ve ışık optimizasyonu sağlanarak fotosentez verimliliği iyileştirilmiştir. Metabolik mühendisliği lipit, terpenoid ve H2 üretimini arttırdı.Yenilenebilir enerji kaynağı olarak deneyimlenen teknolojiler arasında mikro algler bilim topluluğu tarafından ekonomik uygulanabilirliği olan en büyük potansiyel olarak görülmektedir.Algler yıllık olarak biyokütle bakımından 50.000 kg dan daha fazla kapasiteye sahiptir.Ayrıca çoğu alg kolayca yakıta dönüştürülebilen yağları biriktirir. Fosil yakıtlarla ekonomik bir değer oluşturmak için hala

bazı sorunlar var: bunların içinde mahsul koruma stratejilerinin belirlenmesi, hasat ve yağ çıkarma işlemlerinin iyileştirilmesi ve biyokütle verimliliğinin ve yağ içeriğinin arttırılması yer alıyor. Bu zorlukların tümü genetik, moleküler ve sonuçta sentetik biyoloji tekniklerinden etkilenebilir ve bu teknolojilerin tümü, alg biyo yakıtlarının fosil yakıtlarla ekonomik olarak rekabetçi hale gelmesini sağlamak için kullanılmaktadır.


Yeşil Biyopolimer Üretimi


Geleneksel olarak, biyopolimerler (yakıtlar ve diğer petrol bazlı bileşikler dahil) doğal kaynaklardan elde edilmiştir. Bu, ekstraksiyonu gerektirir madencilik, sondaj veya bitki ve hayvanlardan hasat ve çoğu zaman sert kimyasallar...Örneğin, tıpta, gıda işlemede, kozmetiklerde ve tarımda kullanılan kitin, deniz kabuklularından çıkarılır ve istenen yapıya ulaşmak için kimyasal olarak işlenmesi gerekir. Polisakkarit bazlı biyopolimerler birçok endüstriyel ve ilaç dağıtım ajanları dahil tıbbi kullanımlar, yara iyileştirici yapıştırıcılar ve gıda katkı maddeleri ve dengeleyiciler olarak kullanılır.Geleneksel olarak polisakkaritler doğal kaynaklardan elde edilir. Mikrobiyal sentez sürdürülebilir üretim için alternatif dikkat çekici teklifler sunar. Mikrobiyal mühendislik ürün iyileştirilmesi için çeşitli yollar sunar. Yeşil Biyopolimer seçimi konusunda sentetik biyoloji stratejileri ile üretilebilen örnekler için kıvam arttırıcılar, kitin, selüloz, kitinden elde edilen bir polisakkarit olan kitosan ve hiyaluronik asit sayılabilir. Sentetik biyologlar birçok polimer için alternatif kaynaklar geliştirmeye çalışıyorlar. Örneğin, mavi kot pantolonlarda kullanılan çivit boyası, formaldehit ve siyanidlerle kirlenmiş atık su ile sonuçlanan bir dizi işlemden geçmek zorunda olan bir petrol öncülünden gelir. Berkeley'deki California Üniversitesi'ndeki sentetik biyologlar, aynı boyayı bakteri kullanarak nasıl yapacaklarını çözdüler.Çivit boyası mavi kotta imza tonları üretebilen eşsiz bir boyadır; Bununla birlikte, boyama işlemi çevreye zarar veren kimyasal adımlar gerektirir. Sentetik biyoloji sadece çivit kimyasal sentezi için toksik reaktiflerin kullanımını engelleyen değil, aynı zamanda boya çözünürlüğü için indirgeyici bir maddeye duyulan ihtiyacı da ortadan kaldıran sürdürülebilir bir boyama stratejisi tarif ediyor. Bu strateji, indikatör oluşturmak üzere reaktif çivit öncülü indoksili stabilize etmek için bir biyokimyasal koruma grubu olarak bir glikoz parçası kullanır ve mikrobiyal fermentasyon sırasında kristal çivite kendiliğinden oksidasyonunu önler. Bir β-glukosidaz uygulaması, koruyucu grubu indikatörden uzaklaştırır, böylece pamuk liflerinde çivit kristal oluşumu meydana gelir.Çivit bitkisi Polygonum tinctorium'daki glukoziltransferaz PtUGT1 için kodlama yapan genin belirlenmesi ve PtUGT1'in yapısını çözülmesi sonucu yeni bir yöntem geliştirildi. Escherichia coli'de PtUGT1'in farklı ifadesi, yüksek gösterge dönüşümünü destekledi ve pamuk örneklerini ve bir giysiyi boyamak için biyosentezlenen gösterge kullanıldı.Sentetik biyoloji tarafından sentezlenen diğer biyopolimerler ise biyoyakıtlar ve biyoplastikler.


Daha Yeşil Tarım


Modern tarım, yoğun suya ve kimyasal girdilere bağımlı hale geldi. Sentetik biyoloji, su veya besin kullanım etkinliğini artırarak veya haşere kontrolü için alternatif stratejiler geliştirerek daha yeşil tarımı geliştirmek için kullanılabilir. Rice Üniversitesi'nden bilim insanları, toprak özelliklerinin bakterileri nasıl etkilediğini incelemek için sentetik biyoloji kullanıyor. Bulguları toprak için probiyotik üretmek için kullanılabilir.


Tür Çeşitliliği


Nesli tükenmekte olan türleri koruyarak, nesli tükenmekte olan türleri onararak ve istilacı türleri kontrol ederek tür çeşitliliğini korumak ve eski haline getirmek için sentetik biyoloji kullanma çalışmaları devam etmektedir. Sentetik biyologlar, ekinleri ve hayvanları hastalığa karşı daha dirençli hale getirerek biyolojik çeşitliliğin korunmasına yardımcı olabilir. Sentetik biyoloji, biyolojik çeşitliliği arttırmak için genetik teknikleri kullanmaya odaklanan bir


İnkübatör olan canlandırma ve onarmanın ana odak noktasıdır. Sentetik biyoloji mercan resiflerinin korunmasını ve onarılmasını, kara ayaklı dağ gelinciğinin hastalıktan korunmasını ve soyu tükenmiş kuşların yeniden canlandırılmasını sağlamak için araştırmalarına devam etmektedir. Tüm bu çalışmalardan yola çıkarak sentetik biyolojinin gerek daha yeşil bir çevre ve gerekse ekosistemin diğer alanları için yapacağı çalışmalardan dolayı geleceğin bilim dalı olacağını ifade etmek hiç kuşku yok ki yanlış olmayacaktır.






Kaynakçalar

1.Jenna Gallegos,Cornell Alliance For Science October 29, 2018 :How Synthetic Biology Can Solve The Problems We’ve Created.

2. The Horsfall Lab, Biotechnology.

3. By Jenna Gallegos,October 25, 2018 :Synthetic Biology Promises a Greener Future.

4. Javier AGimpel,Elizabeth ASpecht,D Ryan Georgianna,Stephen PMayfield:Advances in Microalgae Engineering and Synthetic Biology Applications for Biofuel Production ,June 2013.


0 görüntüleme

Türkiye'nin Tek Popüler Genetik Bilim Dergisi

Bezelye Dergi ISSN: 2587-0173

Bizi Takip Et
  • Beyaz Facebook Simge
  • Beyaz Instagram Simge
  • White Twitter Icon
  • Icon-gmail
  • kisspng-white-logo-brand-pattern-three-d
  • images
  • medium
  • Dergilik
  • YouTube

© 2019 by Bezelye Dergi