Doç. Dr. Tijen Talas-Oğraş. TÜBĐTAK - Marmara Araştırma Merkezi Gen Mühendisliği ve Biyoteknoloji Enstitüsü

Ebat: px

Şu sayfadan göstermeyi başlat:

Download "Doç. Dr. Tijen Talas-Oğraş. TÜBĐTAK - Marmara Araştırma Merkezi Gen Mühendisliği ve Biyoteknoloji Enstitüsü"

Deniz Balbay
8 yıl önce
İzleme sayısı:

1 Bitki Biyoteknolojisi ve Açılımları YIBO-2009 Doç. Dr. Tijen Talas-Oğraş TÜBĐTAK - Marmara Araştırma Merkezi Gen Mühendisliği ve Biyoteknoloji Enstitüsü

2 BĐYOTEKNOLOJĐ Biyoteknoloji; ürün oluşumu için biyolojik sistemlerin kullanıldığı teknolojik uygulamalar. Ekmek, bira, yoğurt, peynir yapımı ve geliştirilmesi Modern biyoteknoloji: rekombinant DNA teknolojisi kullanılarak üretim sürecinin hızlı ve güvenli olarak uygulanması. Aşı üretimi Alanları: hücre ve doku kültürü, moleküler biyoloji, mikrobiyoloji, genetik, fizyoloji, biyokimya, bilgisayar mühendisliği

Ekmek, bira, yoğurt, peynir yapımı ve geliştirilmesi Modern biyoteknoloji: rekombinant DNA teknolojisi

3 Bitki Teknolojisinin Tarihsel Gelişimi MÖ 19.yy erken 20.yy Orta 20.yy Kültüre alma Melezleme Mutasyon ve seleksiyon Hücre kültürü Somaklonal varyasyon Embriyo kurtarılması Poliembriyogenez Anter kültürü Rekombinant DNA Markır ile seçim Genomik Proteomik Metabolomik Sistem Biyoloji 3

seleksiyon Hücre kültürü Somaklonal varyasyon Embriyo kurtarılması Poliembriyogenez

4 Biyoteknoloji Tarihi : Temel çalışmalar : Genetik : DNA araştırmaları, bilimsel patlama : Modern biyoteknoloji Gregor Mendel ( ) Faktörler nesilden nesile aktarılır.

bilimsel patlama 1977-2008: Modern biyoteknoloji 1865

5 Biyoteknolojideki gelişim Đlk biyoteknolojik üretimi; kortizon laboratuvarda hayvan hücreleri üretildi 1953 DNA nın keşfi; James Watson, Francis Crick moleküler biyoloji ve genetik araştırmalarda patlama 1966 Genetik kodun şifresi çözüldü (M.Nirenberg, H. Mathaei, S. Ochoa) 1972 ilk rekombinant DNA molekülünün oluşturulması (Paul Berg), restriksiyon enzimleri, ligaz enziminin kullanımı

araştırmalarda patlama 1966 Genetik kodun şifresi çözüldü (M.Nirenberg, H. Mathaei, S.

6 1972 rekombinant DNA çalışmaları için kılavuz hazırlandı (NIH: Amerika Ulusal Sağlık Enstitüsü) 1978: rekombinant DNA teknolojisi ile insan insülin geni bakteriye aktarıldı, üretimi başarıldı (Genentech) (tanı ve tedavi edici moleküllerin üretiminde DNA dizileme ve klonlama teknikleri ile hızlandı). 1977: ilk insan proteini bakteride üretildi Genentech, somatostatin, insan büyüme hormonu

(Genentech) (tanı ve tedavi edici moleküllerin üretiminde DNA dizileme ve klonlama teknikleri ile

7 1985 böcek, virüs ve bakteriye dirençli GD bitkilerin ilk alan denemeleri yapıldı. Đnsanlarda gen terapisi denemeleri ile ilgili rehber onaylandı (NIH) 1986: ilk rekombinant aşı onaylandı (hepatit) (FDA) Đlk transgenik tütün bitkisinin ekimi onaylandı (EPA) 1994 transgenik gıda ürünü, Flavr Savr domates onaylandı (FDA)

Đnsanlarda gen terapisi denemeleri ile ilgili rehber onaylandı (NIH) 1986: ilk

8 Bitkilerin önemi: Yeryüzündeki birincil üreticilerdir, birincil besin kaynağıdır Havadaki oksijen dengesini sağlarlar Çevre dengelerini düzenlerler Erozyonu önlerler Sessiz fabrikalardır; tıp, kağıt, boya, kozmetik vb. sanayi uygulamalarında ve enerji alanında kullanılırlar.

dengelerini düzenlerler Erozyonu önlerler Sessiz fabrikalardır; tıp,

9 Bitki biyoteknolojisinin alanları: Bitki doku kültürü Bitkilere gen aktarımı DNA parmak izi çalışmaları

10 Genetik mühendisliği: Genler ile taşınan DNA bilgisinin farklı bir hücreye/organizmaya aktarım işlemidir. Neden gen aktarımı yapılır? Bir kimyasal üretiminde Organizmanın özelliklerinin değiştirilmesi

11 Genetik Yapısı Değiştirilmiş Organizma (GDO, GMO): Doğal süreçler ile elde edilmesi mümkün olmayan yeni özellikler kazandırılmış organizma

12 GDO ların Tarımsal Alandaki Avantajları: Tarımsal ilaç kullanımında azalma Verimde artış Uygun olmayan iklim ve toprak koşullarında bile ürün alınabilme

13 Genetik Modifikasyonların Hedefleri Tarımsal ilaç kullanımında azalma Herbisit ve böceklere karşı dayanıklılık sağlanması Azot fiksasyonu ve ürün miktarının geliştirilmesi Geç olgunlaşma, raf ömrünün uzatılması Besinsel özelliklerin geliştirilmesi Kısır bitki üretimi Verimde artış Çevresel koşullara tolerans (kuraklık, tuzluluk) Uygun olmayan iklim ve toprak koşullarında bile ürün alınabilme

ömrünün uzatılması Besinsel özelliklerin geliştirilmesi Kısır bitki üretimi Verimde artış Çevresel

14 Genetiği değiştirilmiş ürünlerin avantajları: Hayvansal üretimde: - Daha kaliteli et, süt, yumurta verimi - Hayvan sağlığı ve tanı ile ilgili yöntemlerin geliştirilmesi Çevre için: - Tarım ilacı kullanımının azaltılması - Toprak, su ve enerjinin korunması - Doğal atıkların değerlendirilmesi - Orman ürünlerinin daha etkin işlenmesi

geliştirilmesi Çevre için: - Tarım ilacı kullanımının azaltılması - Toprak, su ve

15 Böceklere/ yabancı ot ilaçlarına toleranslı transgenik bitkilerin avantajları: Böceklere toleranslı bitkiler insektisit kullanımını azaltabilir. Đşçilikten tasarruf sağlanabilir Đşçi sağlığı korunabilir Etkili bir yabancı ot mücadelesi yapılabilir Mısırda Fusarium kaynaklı mikotoksinler azalmaktadır (Munkvoldve ark. 1999).

Đşçilikten tasarruf sağlanabilir Đşçi sağlığı korunabilir Etkili bir yabancı ot

16 DNA (deoksiribonükleik asit)

17 DNA kromozom içinde sıkıca paketlenmiştir:

18 DNA nın agaroz jelde görüntülenmesi:

19 DNA parmakizi profilleri

20 DNA parmakizi: Anne Çocuk Erkek

21 Hayvanlara gen aktarımı Çıplak DNA nın aktarımı Mikro enjeksiyon, elektroporasyon Virüs ile yönlendirilen gen aktarımı

22 DNA mikroenjeksiyonu ile transgenik fare eldesi

23 Gen aktarımı için vektör hazırlığı

24 Bitkilerde genetik mühendisliği Bakteri Bitki hücresi Bakteri DNA sı Gen Transgenik bitki Hücre bölünmesi Transformasyon Agrobacterium Biyolistik Elektroporasyon 24

25 Agrobacterium Toprakta yaşayan gram negatif bir bakteri, Doğal genetik mühendisi, A. rhizogenes- saçak kök hastalığı A. tumefaciens- dikotillerde taç tümörü hastalığı

26 Biyolistik ile bitkilere gen aktarımı:

27 Elektroporasyon ile gen aktarımı: DNA nın elektrik akımı ile hücre zarından içeri alınması 27

29 Gen aktarımında kullanılan çeşitli bitkisel formlar:

30 Bitki doku kültürü Aseptik şartlarda yapay bir besin ortamında hücre, doku veya organ gibi bitki kısımlarından yeni doku, bitki veya bitkisel ürünlerin üretilmesidir.

31 Besin ortamı bileşenleri Makro elementler (azot, fosfor,sodyum, magnezyum, kükürt, vb.) Mikro elementler (demir, manganez, çinko, bakır, vb.) Vitaminler (tiamin, nikotinik asit, vb.) Şekerler (sakkaroz, glikoz, vb.) Jel yapıcı maddeler (agar, fitajel, jelatin, vb.) Amino asitler (glisin, arginin, vb.) Bitki büyüme düzenleyicileri

32 Bitki doku kültürünün bitki ıslahındaki uygulama alanları Yeni çeşit geliştirmek ve mevcut çeşitlerde genetik çeşitlilik oluşturmak, türler arası melezlemeler Kaybolmakta olan türlerin korunması Çoğaltılması zor olan türlerin üretimi (mikroçoğaltım) Gen aktarımı Sekonder metabolit üretimi Sentetik tohum üretimi

33 Bitki Doku kültürü

34 Paulownia elongata internod eksplantlarından direkt somatik embriyo gelişimi

35 Pamuk embriyolarının doku kültüründe gelişimi

36 Doku Kültüründe Kavak Doku kültüründe geliştirilen kavak bitkisi:

37 Yeni nesil transgenik bitkiler ( ): Bitkilerde aşı üretimi Đşlevsel gıdalar ve bitkisel ilaçlar Aroma ve tadın değiştirilmesi Alerjik etkilerin ortadan kaldırılması Fitoremediasyon uygulamaları Bitkilerde plastik ve polimer üretimi

38 Bitki Biyoteknolojisinin Gelişim Evreleri Değer Agronomik özellikler Kalite özellikleri Bitkisel fabrikalar Yenilenebilir kaynaklar Biyodizel uygulamaları

39 Modern Biyoloji, Moleküler Genetik Fenotip Genotip/genler/DNA (kalıtım bilgisi) Đyileştirilmiş ürünler Genomik (tüm gen bilgisi)

40 Genomikten geliştirilmiş tahıllara 1. Faz Genomik platform Gen RNA Proteinler Metabolitler Organizma Genotip (Ters genetik) Fenotip DNA harita Transkriptom Proteom Metabolom Profil 2. Faz: Geliştirilmiş tahıllar Moleküler ıslah, transgenik tahıllar (yeni özellikler)

41 Genetiği Değiştirilmiş Organizmaların DNA ya dayalı yöntemler Tanı Yöntemleri: - Klasik, gerçek zamanlı PCR - Mikroarray (DNA chip ) Proteine dayalı yöntemler - ELISA - Şerit testler - Western blot Herbisit uygulaması Yeni teknolojiler: transkriptomik, proteomik ve metabolomik analizleri

42 Tanı analizinde gereksinimler; Hedef moleküller; DNA veya protein Yardımcı moleküller DNA için primer ve prob Protein için antikor Referans materyal Pozitif ve negatif kontrol Miktar tayini için kalibre edici materyal

43 GDO veya GDO içeren ürünlerin analizi: Analiz için örnek alınması Örneğin homojenize edilmesi DNA, RNA veya protein izolasyon - DNA ya dayalı yöntemler (PCR) - RNA ya dayalı yöntemler (RT- PCR) - Proteine dayalı yöntemler - Yeni teknolojiler Molekülün belirlenmesi (boyut, renk, hibritleme...) GMO nun miktarının belirlenmesi Sonuçların yorumlanması

44 Örnek DNA izolasyonu Baz çifti (bp) Sonuç DNA çoğaltımı bp Elektroforez

45 Proteine dayalı GDO tanı teknikleri: - ELISA - Şerit test - Western blot

46 Kağıt şeritlerde immünokromatografik GDO analizi: - 10 dakika içinde yanıt oluşur

47 Đmmünokromatografik GDO analizi:

48 Böceklere dayanıklı ürünler

49 Raf ömrü uzatılmış domates Gray ve ark.1992

50 Süs bitkilerinde yapılan genetik değişimler

51 Transgenik Tohum Oluşturma Aşamaları: Genin belirlenmesi, klonlama 1-3 yıl Vektör hazırlama 1 yıl Gen aktarımı 1-2 yıl F1 eldesi 1 yıl F1 lerin test edilmesi 1 yıl Genetik melezleme 1 yıl Lab. ve tarla denemeleri, risk analizleri 3-6 yıl Ticarete sunum 1 yıl Toplam yıl

52 Đnsan tedavisinde kullanılan ilaçların transgenik bitkilerde üretimine yönelik çalışmalar: Kistik fibrosis ve karaciğer hastalıklarında kullanılan ά-1- antitripsin proteininin çeltik bitkisinde, Gaucher hastalığında kullanılan ve insan plasentasından elde edilen glukoserebrosidazis tütün bitkisinde üretilmiştir. Yakın bir gelecekte yüksek fiyatlarla satılan ilaçlar, düşük maliyetlerle bitkilerde üretilebilecektir.

53 Bitki hücrelerinde rekombinant protein üretimi

GDO ya tepkiler/ olası riskler: Gıda güvenliği ve etik ile ilgili kaygılar Çevresel etkiler (genetik erozyon, gen kaybı) Küreselleşme (tekelleşme)

54 GDO ya tepkiler/ olası riskler: Gıda güvenliği ve etik ile ilgili kaygılar Çevresel etkiler (genetik erozyon, gen kaybı) Küreselleşme (tekelleşme) Şeffaflık ve bilgi eksikliği Politik güven eksikliği Ekonomik, ticari kaygılar Sosyo-ekonomik yapı Halkın bunu nasıl karşılayacağı nı merak ediyorum?

55 Genetiği değiştirilmiş tarım ürünleri veya bunların türevlerini içeren gıda ürünleri zararlı mı?

56 Kişisel genomik test (399$) in en iyi 50 keşfi 600,000 genetik markırın tanımlanması ve tanısı 90 özellik ile ilgili yatkınlık. Çeşitli kanserlere yakalanma yüzdesi

57 Evrensel tohum saklama kasası, Kuzey Avrupa Norveç 4.5 milyon tohum örneği, - 18 o C

59 Verimli bir çalıştay dilerim

Benzer belgeler

TARIMSAL BİYOTEKNOLOJİYE GİRİŞ

TARIMSAL BİYOTEKNOLOJİYE GİRİŞ Bitki Doku Kültürü Adnan Menderes Üniversitesi Tarımsal Biyoteknoloji Bölümü TB101 Çiğdem Yamaner (Yrd. Doç. Dr.) 4. Hafta (08.10.2013) ADÜ Tarımsal Biyoteknoloji Bölümü