Yarının biyofabrikaları şimdiden üretime başladı

Erdal Musoğlu Y
Yarının biyofabrikaları şimdiden üretime başladı

Biyoteknoloji, biyolojik sistemleri, canlı organizmaları ya da onların bazı parçalarını çeşitli ürünlerin geliştirilmesi için kullanan teknolojiye verilen isimdir.

Ekmek ve bira gibi ürünlerin yapımı da biyoteknoloji alanına girer, çünkü canlı bir organizma olan mayanın kullanımına dayanır. Bu tür geleneksel süreçlerle üretimde canlı organizmalar çoklukla doğal halleri ile kullanılır, modern biyoteknoloji ise genelde organizmaları değiştirme yöntemleri üzerine kuruludur.

1970’lerde genetik mühendisliğin gelişmesi sonucu organizmaların genetik malzemesini taşıyan DNA’da değişiklikler yapılabilmesi ,biyoteknoloji dalındaki araştırmaları da hızla ilerletti.


Bugün ise biyoteknoloji dalı, genetik, biyokimya, moleküler biyoloji gibi birçok disiplini içermekte. Her yıl yeni biyoteknolojiler ve ürünler, tıp (yeni ilaç ve tedaviler), tarım (dayanıklı bitkiler, biyoyakıt, biyolojik gübre..) ve endüstri (kimyasal, kağıt, tekstil, gıda üretimi..) gibi alanlarda kullanıma girmekte.

Biyofabrikalar

Biyofabrikalar, biyoteknoloji araştırma ve uygulamaları için, genetik olarak programlanmış organizmaların hızlı tasarım, üretim ve testlerini yapan kuruluşlara verilen isim. İngilizce adı Biofoundries yani Biyo Dökümhaneler. Bu isim ham maddeleri eriterek onlara istenen şekli veren metal dökümhanelerden esinlenerek verilmiş. Biz Biyofabrika adını daha anlaşılır bulduk.

Biyofabrikaların amacı biyoteknoloji ve sentetik biyoloji araştırmalarının ve teknolojisinin ticari amaçla kullanımını hızlandırmak ve geliştirmek. Sentetik biyoloji, organizmaları tıp, sanayi üretimi ve tarım gibi alanlardaki uygulamalar için yeniden tasarlayarak onlara yeni özellikler kazandıran dalın adı.

Günümüzde, biyoteknoloji ürünlerinin üretim kapasitesi hızla artırılabiliyor. Bu da, endüstriyel üretim mühendisliğinin, standartlaştırma, modüllere ayırma ve dayanıklılık gibi prensipleri ve tekniklerinin genetik mühendisliğine uygulanması ile sağlanıyor. Robotlara dayalı yeni iş akışları ile teknoloji platformlarının kullanımı, biyolojik tasarım ve üretim üzerine odaklanmış tesislerin kurulmasını sağlıyor. Sayıları hızla artan bu tesislere de yukarıda belirtildiği gibi Biyofabrika adı veriliyor. Bu alanda bir diğer önemli gelişme de, biyoteknoloji ve biyotıp uygulamaları için gerekli canlı hücrelerin etkin biçimde yeniden programlanabilmeleri için biyotasarım kurallarının belirlenmesi olacak. Söz konusu hücre programlama çalışmaları ayrıca canlıların karmaşıklığının anlaşılmasına da önemli katkılarda bulunacak.

Ürünler ve uygulamalar

Biyoteknoloji üretimine en iyi örneklerden biri yapay örümcek ağı. Bilindiği gibi, örümcek ağı, örümceklerin binlerce yıldır sürekli geliştirmekte olduğu, av yakalamakta üstüne olmayan, hafif ama olağanüstü sağlam bir malzemedir. Örümceğin genetik kodunu çözen bilimciler, artık uzmanlaşmış mikropların büyük miktarlarda örümcek ağı ipeği üretmesini sağlayabiliyorlar.

Biyofabrikalar, bir endüstri dalının atığını diğer bir endüstri dalının girdisine de dönüştürebilirler. Özel olarak tasarlanmış ve üretilmiş mikroplar aracılığı ile sağlanan bu eşsiz olanak, sürdürülebilir üretimin kapılarını da açıyor. İşte bazı örnekler: Biyorafinerler aracılığı ile, bacalardan salınan metan gazlarının protein zengini biyokütlelere dönüştürülerek hayvan yemi olarak kullanımı, özel tasarım bakterilerle glükozdan yüksek verimle dizel yakıt üretimi, temel kimyasal maddeler, biyoplastik ve protein temelli gıdalar ile antibiyotiklerin üretimi...

Uygulamalar, düşük maliyetli ve biyo temelli algılayıcıları (sensors) da kapsıyor. Bu algılayıcılar genelde genetik mühendislikle yapı ve işlevleri değiştirilen bakteriler oluyor. Biyoalgılayıcılar, örneğin iklim ve çevre sorunları nedeniyle kaynakların iyice azaldığı ortamlarda, suların kurşun ya da arsenik gibi maddelerle ya da mikroplarla kirlenmesini belirlemede kullanılacaklar.

Biyofabrika ürünlerinin sağlık alanındaki uygulamaları arasında ise, yeni aşı prototipleri, hücre temelli yeni kanser tedavilerinin geliştirilmesi ve probiyotik ilaçların üretimi sayılabilir.

Bilindiği gibi, vücudumuzda ve özellikle kalın barsağımızda bulunan mikropların, mikrobiyomun, sağlığımız açısından önemi her gün daha çok ortaya çıkıyor. Biyoteknolojiler ve biyofabrikalar aracılığı ile, barsaklardaki mikrop topluluklarının besin emilimi ve hastalıkları belirleme özelliklerini en üst düzeye çıkaracak biçimde tasarım ve üretimleri mümkün olacak. Ayrıca, bu yollarla, hazım sistemimizin sağlığı ile bağışıklığımız ve ruh sağlığımız arasındaki ilişkinin optimal biçimde düzenlenmesi de hedefleniyor.

Mevcut tesisler ve küresel organizasyon

Biyofabrikalara şimdiden örnekler göstermek olanaklı. İngiltere’de ‘Edinbourg Genome Foundry’ adlı tesis haftada 2000 DNA montajı tepkimesi işleyebiliyor, ABD’de iBioFab günde 1000 adet ‘TALEN construct’ denilen DNA dizini kesim enzimlerini mevcut maliyetin % 0.3 üne üretebiliyor. Ayrıca, yine İngiltere, Singapur ve ABD’deki biyofabrikalar küçük kuruluşlara, ürün prototipleme ve süreç doğrulama (process validation) amaçları ile fabrikalarındaki pahalı cihazlara ve uzmanlığa ulaşım imkanı veriyorlar.

Bu arada, her teknolojik görüşmede görüldüğü gibi biyoteknoloji ürünlerinin yarattığı olanakların, tabii ki, kötü amaçlarla da kullanımı mümkün. Bunu önlemek, gerekli adımları önceden atmak ve her alanda işbirliklerini artırmak için biyofabrikalar küresel bir ağ oluşturuyorlar. Hedef, çalışmaları sorumlu, açık, saydam ve güvenli biçimde yürütmek. Bu çabaların küresel olarak eşgüdümü için dört kıtadan 15 biyofabrika bir araya gelerek geçen yıl GBA’yı (Global Biofoundry Alliance) kurdular.

Düşünceler..

Kanımızca biyoteknolojinin ve onun seri üretim yöntemi olan biyofabrikaların, mikroelektroniğe (çipleri üreten teknolojiye) benzer, üstel bir gelişme göstermesi şaşırtıcı olmayacak. Mikroelektronik, adı üstünde, mikro ve nano ölçekte çalışıyor ve büyük fizikçi Richard Feynman’ın nanoteknoloji için söylediği gibi ‘Aşağıda (dipte) daha çok yer var!’ yani minyatürleştirme fiziksel sınırları zorlamadan gerçekleştirilebiliyor.

Biyoteknoloji ise yaşamın sırlarını çözmemize ve onu değiştirmemize (sentetik biyolojiye) dayanıyor. Evrimin, rastlantıyı zorunluluk yapan gücünün biçimlendirdiği ve geliştirdiği yaşam ise bize sınırsız olanaklar sunuyor.

Erdal Musoğlu / [email protected]

Kaynaklar
https://www.britannica.com/technology/biotechnology

https://www.weforum.org/agenda/2019/10/biofoundries-the-new-factories-for-genetic-products/ https://www.nature.com/articles/s41467-019-10079-2

Bu yazı HBT'nin 207. sayısında yayınlanmıştır.

Erdal Musoğlu