Biyoteknoloji

Modern biyoteknoloji nereye gidiyor? Doç. Dr. Filiz Gürel, İÜ. Moleküler Biyoloji ve Genetik Bölümü, filiz@istanbul.edu.tr   Biyolojik sistemleri kullanarak üretim yapmak çok eskilere dayanan bir olgudur. Bir çiftçinin farklı görünümdeki  iki yulaf bitkisini çaprazlaması da biyoteknolojidir ki ilk kültür bitkileri modern ziraat gelişmeden önce bu şekilde çiftçiler tarafından üretilmiştir. Şarap, bira, yoğurt ya da sirke yapmak, yiyecekleri uzun süreli saklamak da biyoteknolojidir. Doğaya müdahale etmek, bitkilerden ilaçlar yapmak, yiyeceklerimizi kendi ağız tadımıza uygun hale getirmek insanoğlunun geçmişten süregelen bir alışkanlığıdır. Günümüzde ise biyoteknoloji demek sofistike genetik yöntemlerin kullanıldığı, GDO’ların, klon koyunların, kök hücrelerin üretildiği çok disiplinli popüler  bir alandır.  Şarap yapımından bizi bu noktaya getiren süreci anlamak için biyolojideki gelişmelere bakmak gerekir. DNA’nın yapısının ortaya çıkarılması, bakterilerde DNA’yı değiştiren enzimlerin bulunması, DNA’dan protein üretiminin çözümlenmesi gibi buluşlar biyolojinin moleküler seviyeye inmesine neden olmuştur.  Moleküler biyoloji ve genetikteki bilgi birikimi 80’li yıllardan itibaren büyük ivme kazandı ve bazı radikal bilgilerimiz değişti.  2000’lere doğru moleküler hücre biyolojisinin doğuşuna, insan genom projesine ve biyoinformatik gibi bilgisayar-temelli biyolojiye tanık olduk. Hücredeki reaksiyonların  daha iyi anlaşılması onun kimyasal bir fabrika olarak kullanılması düşüncesini getirmiştir. İlk biyoteknoloji firması olan  Genentech Inc.  bu düşünceyle 1977’de bir insan proteinini (somatostatin), bir yıl sonra insülini genetiği değiştirilmiş bakteri hücresinde üreteceğini açıklamıştı. 1980 yılında Amerikan Yüksek Mahkemesi ilk kez genetiği değiştirilmiş bir canlının patentlenmesini onayladı ve bu patent onayı izleyen yıllarda başka  biyoteknoloji firmalarının kurulmasına yol açtı. Sonraki yıllarda biyoteknoloji  terapötiklerin (ilaç hammaddeleri), aşıların,  biyoplastiklerin, endüstriyel enzimlerin ve transgenik bitkilerin üretildiği milyarlarca dolarlık bir sektör haline geldi ve  dünya ekonomisindeki yerini aldı. BİYOTEKNOLOJİK İLAÇLAR PAHALI ve KİŞİYE ÖZEL Daha öncede değinildiği gibi hücresel süreçlerle ilgili bilgilerin artışı hücreyi bir “fabrika” gibi kullanabilme olanağı vermiştir. DNA’yı kesen ve birleştiren enzimlerin ve diğer araçların varlığıyla istenen amaç doğrultusunda bir genetiği değiştirilmiş konak organizma tasarlanabilir, bu organizmaya özel bir molekül ürettirilebilir ve izleyen seleksiyon ve fermentasyon prosesleriyle üretime geçilebilir. Koli basili olarak bildiğimiz Escherischia coli iyi bir örnektir. Yapısı üretim için ideal şartlara getirilen E. coli ırkları bir çok büyüme hormonu ve terapötikleri hücre kütlesinin %50’sine kadar kadar üretebilmektedir ( İnterferon, paratiroid hormonu, kolera aşıları, gibi rekombinant ürünlerin yanı sıra doğal olarak ürettiği asparaginaz gibi gıda koruyucuları ve ilaçlar). Diğer yandan,   böcek hücre hatlarını virüsle enfekte etmek gibi bir çok yöntem denenmiştir (Bakülovirüs anlatım sistemi). Maya, insan ve bitki hücreleri bakteriye göre daha pahalı ve kaliteli ürün veren konak sistemler. Günümüz itibariyle ABD’de satılan ilaçların %20’ye yakını “genetiği değiştirilmiş” organizmalarda ürettiriliyor. Bu ilaçlar içinde aşılar %37, farmasötikler %10’luk bir oranda. Sonuçta kullandığımız ilaçların çoğu yine geleneksel (kimyasal) yollarla üretiliyor. Ancak, biyoteknolojik  farmasötikler arasında hormonlar gibi daha karmaşık yapıda moleküller var ve bunların satış gelirleri oldukça yüksek. Örneğin romatoid artiritte kullanılan Enbrel® bu sınıftaki ilaçlardan biri (2012’de 6.5 milyar dolar satış sağladı), yine kronik böbrek yetmezliğiyle ilişkili anemide kullanılan Epogen® temelde kan yapımında rol oynayan bir hormon (eritropoetin) ve genetiği değiştirilmiş memeli hücrelerine (CHO) ürettiriliyor. Bir diğeri kemoterapi hastalarında enfeksiyonlara karşı kullanılan Neulasta (İlaç isimleri firmaya göre değişebilmektedir). Bu tipte ilaçların geliştirilmesi için patent başvurusu yapan  ve biyoteknolojiye yatırımı sürdüren ülkeler arasında Belçika, Finlandiya ve Hollanda başı çekerken;  AR&GE, yetişmiş uzman ve yayın sayısında ABD, Singapur ve İsviçre ilder ülkeler (Kaynak : OECD ve Scientific American).  Scientific American dergisinin yapmış olduğu ülkeler sıralamasında biyoteknolojik innovasyon bazında Türkiye 33. Sırada (36 ülke arasında) yer almıştır. Gelecekte, ilaç hammaddeleri üretiminde “sentetik biyoloji”’den  yararlanılacak. Daha iyi çözünürlülükte,  yapısal stabiliteleri yüksek ilaçlar üretilebilecek. Ayrıca genomikteki ilerlemelere bağlı olarak, hastalık mekanizmalarının daha iyi anlaşılacağı ve  kişiye özel ilaç geliştirileceği yönünde öngörüler vardı.  2011’de FDA’nın onayladığı yeni bir ilaç  (Zelboraf) bu öngörüleri haklı çıkardı.  Deri kanseri hastaları arasında sadece özel bir mutasyonu taşıyanlar için geliştirilen  Zelboraf’ın  yıllık satış gelirinin 1 milyar dolar olması bekleniyor. ASPİRDE İNSÜLİN ÜRETİLECEK Bugün endüstriyel biyoteknoloji olarak tanımlanan sektörlerde çok çeşitli enzimler, gıda katkı maddeleri , amino asitler, biyopolimerler ve antibiyotiklerin bakterilere yaptırıldığı biliniyor. Buradaki temel risk  üretildikleri organizmanın ya da DNA’nın kontaminasyonu olabiliyor dolayısıyla test ve tanı sistemleri çok önem taşıyor, ayrıca ürünün bakteride doğru katlanma yapması ve insan sağlığına zarar vermeyecek şekilde üretilmesi gerekiyor. İşte bu zorunluluklar yeni adayların denenmesi için bilim insanlarını zorluyor. Bu adaylardan biri bitkiler. Bugüne kadar gıda, tekstil ve biyoyakıt sektörlerinin merkezinde yer alan  bitkiler üretim için de iyi bir konak oluşturuyorlar. Bitkilere genetik müdahale yapılmadan sadece doku kültürü teknolojisiyle (dokuları bir solüsyon içinde büyüterek)   bazı maddeler üretilebilir ki bunlar arasında renklendiriciler, antibakteriyeller ve anti-kanser hammaddeleri bulunur.  Yani genetiği değiştirmeden bitkide üretim yapılabilir.  Biyofarming  sektöründe  ise genetik yapı değiştirilerek bitkinin normalde üretmediği kimyasallar da üretilebiliyor. Bunlar arasında kolera ve  antraks aşısı, interferon,  lipaz, antikorlar ve  tripsin gibi enzimlerin yanı sıra kollajen ve kartilaj gibi insan dokuları  var.  Bu üretimler  en çok mısır, tütün, patates, pirinç ve deniz yosunlarında yapılıyor.  AR-GE aşamasında olan bu sektörde henüz onaylanmış bir ilaç bulunmamakla birlikte  2009 yılında SemBioSys şirketi insülini aspir bitkisinde üretti.  Bakteriyel eşdeğerinden  farksız olan bu insülin piyasaya sürülme aşamasındadır.

Şekil 1. İnsülin üretimi için yeni aday papatyagiller ailesinden aspir bitkisi.

  BİYOYAKIT ÜRETİMİNDE GDO’LAR Biyolojik bilimlerdeki gelişmeler bu ivmeyle devam ederse  üretim ve hizmet sektörlerine  daha fazla değer katacak  yeni bir ekonomi  oluşacaktır. Bu durumun getireceği sonuçlar üzerine OECD  “2030 Biyoekonomi” raporu yayınlamıştır. Bu rapora göre,  genler ve karmaşık hücresel süreçlere dayanan yeni biyoteknolojik uygulamalar gelecekte en fazla  sağlık ve endüstriyel sektörleri etkileyecektir. Küresel nüfus, 2030 yılında daha çok az gelişmiş ve gelişmekte olan ülkelerde artarak 8.3 milyara ulaşacaktır. Diğer yandan küresel iklim değişiklikleri ve biyoçeşitlilikteki kayıplar günümüzde dahi tarımda verimi düşürmektedir  ve  tarımsal alan sıkıntısından çok su azlığı sonucu oluşan kuraklık ve tuzlanma gibi abiyotik stres faktörleri etkili olmaktadır. Özellikle hızla yükselen sıcaklıklar bitkisel patojenlerin hastalıklar oluşturmasına neden oluyor. Raporda bu şartlara dayanıklı yeni GD varyetelerin geliştirilmesi önerilmektedir. Ancak son araştırmalar  genetik değişiklik içermeyen yeni yaklaşımların yolda olduğunu gösteriyor. Her durumda pestisit kullanımını elimine ederek toprağın kirlenmesini önleyecek ve klasik ziraatin izlerini ortadan kaldıracak   kimyasala dayanmayan yeni bir tarımsal anlayış benimseniyor. Tarımın dışında  biyoyakıtlar öne çıkan  diğer bir   konu. İkinci ve üçüncü nesil biyoyakıtlar çevreyle dost ve gıda olmayan yem bitkilerinden üretilebilecek. Nişasta bazlı biyoetanol üretimi  lignoselülozik otsul ve odunsul bitkilere kayacaktır.  Lignoselülozik biyoetanolün eldesinde hemiselülozu ve organik atığı şekere çeviren enzimler kullanılmaktadır. Bu enzimlerin katalizini daha iyi bir hale getirmek için British petrol ve DuPont gibi firmalar modern biyoteknolojiye yatırım yapmaktadır.   GELECEKTE BİYOTEKNOLOJİ PAZARLARI Biyoteknolojiye en fazla yatırım yapan ülke kuşkusuz ABD’dir. Son 10 yılda ilaç geliştirmede dünyadaki  toplam  AR&GE’nin %64’ünü,  biyoteknolojik ilaçlardaki  AR&GE’nin ise  %80’ini ABD kökenli kuruluşlar yapmıştır. Başlıca kanser, enfeksiyöz ve otoimmün hastalıklar hedef alınırken spesifik örneklerde vardır. Örneğin, deri kanserine karşı virüs bazlı aşılar, yaşlanmaya karşı füzyon proteinleri ya da antisens ilaçlar gibi. Bu ilaçların keşfi  ve güvenilir şekilde geliştirilmesi uzun süren  pahalı bir süreçtir. 2010 yılında firmaların bu ilaçları geliştirmek için harcadıkları para yaklaşık 67.4 milyar dolardır ki 2008 krizinden sektörün fazla  etkilenmediği de gözlenmiştir.  ABD’de sadece biyoteknoloji temelli  üretim yapan 1600’e yakın firma faaliyettedir.  ABD’yi gerek firma sayısında gerekse ihracatta Almanya, Fransa ve İngiltere izler. Biyoteknoloji yoluyla 100’den fazla hastalığa karşı geliştirilmiş çeşitli aşamalarda 400 kadar  ilaç ve aşı bulunuyor. Peki batı tekelinde görünen bu pazarların gelecekteki durumu ne olacak?  Daha önce bahsettiğimiz biyoteknolojik innovasyon skoru listesinde ABD’den sonra ikinci konumdaki  ülke Singapur. Bu alana yatırım yapan ülkeler içinde Singapur, Çin ve Hindistan dikkat çekmektedir. Hindistan  5 senede 1.7 milyar dolar harcayarak 20’ye yakın biyoteknoloji parkı kurmuştur. Bu ülkeler  biyoteknoloji politikalarını ve ticaret altyapılarını hızla oluşturmakta, kamu ve özel sektör ortaklıklarını teşvik etmekte,  lise ve üniversite düzeyinde nitelikli insan gücü yetiştirmektedirler.  Kısacası iklim değişiklikleri, tarım ve ormancılıkta yaşanan sıkıntılarda ve gerekse biyoyakıt üretimlerinde  esas pazarlar yakın gelecekte doğuya kayacaktır. SONUÇ Biyoteknolojik üretim yüksek katma değerli ürünler ortaya koymaktadır. Bu sektörün iş modeli innovasyona dayanıyor   ve dünyadaki AR&GE yatırımının %20’sini çekebiliyor. Bu nedenle de moleküler biyolojideki bilgilerden beslenen biyoteknolojik üretim ve hizmetler  yakın gelecekte çok daha hedefli ve güvenilir bir hale gelecek. İnsana gen terapisinde, transgenik bitki üretimlerinde, kök hücre tedavilerinde önemli gelişmeler olacak. İlaçta “farmakogenomik” özel sektöre ivme kazandırabilir. Açlığa çare olarak sunulan transgenik bitkiler ise daha çok üretime yönelik içerik değişiklikleri ile dikkat çekecektir. Kaynaklar:
  1. A. Arundel, D. Sawaya, Biotechnologies in Agriculture and related natural resources in 2015 (OECD Report)
  2. Agricultural Biotechnology to 2030 (OECD)
  3. Pharma Biotech and Profile  2011 Raporları
  4. Global Biotechnology raporu 2011 (Ernst&Young)
  5. Nature Biotechnology (2012);30 (3) :231-9
19/11/2013
3581 defa okundu


İstanbul Üniversitesi İletişim Fakültesi

Kaptan-ı Derya İbrahim Paşa Sokak

34116 Beyazıt/İstanbul

Tel: +90 (212) 440 00 00 (12604-DEKANLIK) | Mail: iletisim_dekan@istanbul.edu.tr