COVID-19 salgınına yol açan virüsün (bu yönde bilimsel bir kanıt olmamasına karşın) yapay olarak üretilip üretilmediği epey tartışılıyor. Öte yandan, hepimiz, salgına karşı etkin bir aşının bir an önce geliştirilmesini bekliyoruz. Aşağıda, HBT de daha önce yayınlanmış yazımızda, bu konulardaki önemli araçlardan birini inceliyoruz.
Sentetik Biyoloji ve Yapay Yaşam
2000 yılında insan genomunun (DNA’sının) çözümü, sentetik biyoloji, yani insan eli ile yaratılan/yönlendirilen organizmalar disiplininin doğmasında yol açtı. 2010 yılında ise ABD’nin Craig Venter Enstitüsü, bazılarınca ilk yapay yaşam örneği olarak kabul edilen sentetik DNA’lı bir bakteri oluşturdu. Genbilim (Genomics) dalının önünde artık yepyeni ufuklar açılıyordu.
Nedir ve neye yarar?
Sentetik biyoloji, mühendislik disiplinini ve prensiplerini canlılara uygulamayı hedefleyen bilim dalıdır (1). Yaşambilimin (biyolojinin) disiplinler arası bir dalı olan sentetik biyoloji, biyoteknoloji, evrimsel ve moleküler biyoloji, biyofizik, genetik mühendislik ve bilgisayar mühendisliği gibi disiplinleri bir araya getirir. Sentetik biyoloji, biyoteknolojinin hedeflerini daha da ileriye götürür. Bilgi işleyen, kimyevi maddeleri işlemden geçiren, yeni malzeme ve yapılar oluşturan, enerji ve gıda üreten, insan sağlığını destekleyen biyolojik sistemlerin tasarım ve yapımı sentetik biyolojinin en önemli hedefleridir.
Doğal evrim, bilindiği gibi, rastlantıyı gerekliliğe dönüştürerek, canlıları milyonlarca yıla yayılan sürelerde değiştirir. Sentetik biyoloji ise doğada olmayan genler ve enzimler oluşturarak belirli bir işlevi gerçekleştirecek organizmaları doğrudan tasarlamayı hedefler. Söz konusu organizmalar çeşitli kimyevi maddeler, biyoalgılayıcılar, hatta yakıt ve gıda sentezlemek (üretmek) için kullanılabilirler. Daha 1978 yılında Genentech firması, E. Coli bakterisinin genetiğinde yapılan değişikliklerle, insan vücudunun ürettiği ensülinin sentetik üretimini sağlamıştır. 2000 li yıllarda, insan genomunun çözümü yarışı sonrası geliştirilen yöntem ve aygıtlar ise canlıların ve bireylerin genom çözümlerini ve DNA sentezlemesini giderek daha hızlı ve ucuza yapmaktadırlar.
Büyük beklentiler
Sentetik biyoloji sayesinde, grip virüsü gibi hızla mütasyon geçiren ve küresel salgınlara yol açan organizmalara karşı yepyeni aşılar üretilebilecektir. Örneğin, Çin’de 2013 de görülen kuş gribi sonrası, çinli bilim insanları bu gribe yol açan virüsün DNA’sını sekanslamış (dizilimini çözümlemiş) ve dizi bilgisini sayısallaştırarak eposta ile ABD’ye iletmiştir (2). Hastalığa karşı aşı ise söz konusu sayısal DNA’dan hareketle yapılan biyosentezleme yöntemi ile yanlızca 10 saatte üretilmiştir! (Not: Ne yazık ki işler ilk örneğin üretimi ile bitmiyor. Tüm doğrulamalar, kilinik testler, sertifikasyonlar ve büyük çapta aşı üretimi çok zaman alıyor). Klasik aşı üretimi ile karşılaştırıldığında bu yine de gerçek bir devrimdir. Dikkat edilirse bu süreçte, aşının sentezlenmesi kadar genom çözümü bilgisinin sayısal olarak anında iletilebilmesi de önemlidir. ‘Sayısal Yaşam’ adı da verilen bu yöntemin, gelecekte, örneğin Mars gezegenine robot ya da insanlarla yapılan yolculuklar sıklaştığında, yerinde organizma sentezlemek (DNA bilgisinden hareketle canlı yaratmak!) için de kullanılabileceği düşünülmektedir.
Sentetik Biyolojinin Günümüzdeki Ürünleri
Yapay gen ve DNA sentezi: 2000 yılında Hepatit C, 2002 de Polio virüslerinin genomları araştırma ve tedavi amaçları ile sentezlendi. 2010 yılında ise Craig Venter Enstitüsü araştırıcıları bir bakterinin DNA’sının tamamını sentezle üreterek, DNA’sı çıkarılmış bir diğer bakteriye yerleştirdiler. Yeni bakteri tüm büyüme ve çoğalma işlevlerini yerine getirdi. Birçok uzman bu buluşu yapay yaşama atılan ilk adım olarak nitelemekte.
Bilgi depolama: Sentezle üretilen DNA’lar sayısal bilgiyi nanoölçekte depolamak ve hatasız okumak için de kullanılabilmektedir. Şimdiden, deneme amaçlı olarak, birçok kitap DNA’ya yerleştirilmiştir!
Yeni proteinlerin ve kimyasalların tasarımı: Sentetik biyoloji teknikleri ile doğada olmayan proteinler oluşturulabilmektedir. Buna bir örnek, alyuvarlarımızın yaptığı gibi, oksijen moleküllerine bağlanabilen bir yapay proteindir. Bir diğer örnek ise malarya aşısı artemisinin’in genomu değiştirilmiş organizmalar aracılığı ile üretimidir.
Biyoalgılayıcılar: Biyoalgılayıcılar (biosensors) genelde DNA ları değiştirilmiş bakteriler ile üretilir ve ağır metal ve toksinler gibi zararlı çevresel değişiklikleri algılamakta kullanılır. Buna bir örnek, DNA’sının yalnızca 5 geni değiştirilmiş olan ve petrol atıklarına rastladığında ışık veren bir bakteridir.
Yeni malzeme üretimi: Sentetik biyoloji yöntemleri malzeme bilimine de (material science) uygulanabilir. Böylece, özellikleri genetik olarak kodlanmış nano malzemeler üretilebilir. Bu yöntemlerle, halen, çok işlevli nanofiberler ve biyofilmler oluşturulabilmektedir.
Biyogüvenlik ve Biyoetik
Sentetik biyoloji ile üretilecek organizmaların laboratuar ortamı dışında bulunmaları ve doğadaki diğer canlılarla etkileşmeleri, hiç beklenmedik ve çok tehlikeli sonuçlara yol açabilir. Sentetik biyoloji ve ‘Yapay Yaşam’ (3) dallarının Dr. Craig Venter (4) gibi öncüleri, oluşturulacak canlıların DNA’larında, bu amaçla birçok ‘otomatik devre kesici anahtar’ görevi yapacak genler olacağını ve yukarıdaki etkilerin oluşmasının önleneceğini ısrarla vurgulamaktalar. Birçok önde gelen bilim adamı ise yaşamı DNA dizimine indirgemenin çok büyük bir basitleştirme olduğunu, bu yolla yapay yaşam sentezlemenin hem hayalci hem de çok tehlikeli olduğunu belirtmekte ve GDO’ların doğal tarım ürünleri ve biyoçeşitlilik üzerindeki olumsuz etkilerini örnek olarak göstermekteler.
Dolayısı ile, sentetik biyoloji, birçok bilimsel ve teknik güçlüklere ek olarak etik ve güvenlik açılarından da önemli sorunlarla karşılaşmaktadır. AB nin COSY ve SYNBIOSAFE projeleri bu konulardaki önemli sorunları ve önlemleri belirleme ve toplumu bilgilendirme çalışmaları yürütmektedir. ABD’de de Başkanlık Biyoetik Komisyonu bu konuları incelemiş ve bu genç bilim dalını hem destekleme hem de yakından kontrol etme önerilerinde bulunmuştur.
Uygar dünyanın gündemi işte böyle konulardan oluşuyor. Bilim, teknoloji, etik, insanlığın geleceği, gelişimi, güveni... Darısı, cehaletin ve gericiliğin esaretinden kurtulmayı başarabilirse, ülkemizin başına.
Erdal Musoğlu / [email protected]
Referanslar: