Sentetik Biyolojiye Yakın Bakış

Sentetik biyoloji, yeni sistemler üretmeyi veya doğada halihazırda var olan sistemleri geliştirmeyi amaçlayan; genetik mühendisliği, moleküler biyoloji, kimya, evrimsel biyoloji gibi multidisiplinleri kapsayan alandır [1,2]. ‘Sentetik biyoloji’ terimi ilk defa 1980 yılında Barbara Hobom tarafından rekombinant DNA teknolojisi ile genetiği değiştirilmiş bakterileri tanımlamak için kullanılmıştır¹. 2000 yılında ise Eric T. Kool, “Biyolojik sistemlerde işlev gören ve doğal olmayan moleküllerin sentezi” olarak tanımlamıştır [3].

Sentetik Biyoloji Ve Genom Arasındaki Fark Nedir?

Her iki yaklaşım da organizmanın genomunu düzenlemeyi amaçlar fakat sentetik biyolojide bilim insanları uzun DNA parçalarını bir araya getirir ve organizmanın genomuna yerleştirir. Bu işlemde, daha önce de belirtildiği gibi, sentezlenen DNA parçaları bir organizmadaki genler olabildiği gibi tamamen yeni de olabilmektedir [4]. Öte yandan genom düzenleme, DNA ipliklerinin çıkarılmasıyla veya yedek DNA’nın yerleştirilmesiyle genetik yapının özelleştirilmesine dayanan bir tekniktir [5].

Sentetik Biyolojinin Uygulama Alanları Nelerdir?

Mühendislik ve biyolojinin ortak bir paydada buluşmasıyla bugün sentetik biyoloji, bulaşıcı hastalıkların ve kanserin tedavisi, aşı teknolojisi, rejeneratif tıp gibi birçok alanda karşımıza çıkmaktadır [6].

Çevre kirliliğine neden olan ağır metaller, nükleer atıklar, hidrokarbonlar gibi toksinleri biyoremediasyon yöntemiyle temizlemek için mikroorganizmalar kullanılmaktadır [4,7]. Her yıl 250.000 ila 500.000 çocuğun ölümüne neden olan ve bulaşıcı hastalıktan dolayı ölme riskini artıran A vitamini eksikliğinin giderilmesi için pirinç, beta-karoten üretmek için modifiye edilmiştir [4]. Biyokimyasal bileşenleri inorganik bileşenlerle entegre ederek çevreyi algılayabilen koruyucu giysi ve yapı malzemeleri gibi ‘sentetik biyolojik materyaller’ üretilmektedir [8]. Bu malzemelerin üretiminde mevcut proteinler değiştirilebileceği gibi, tamamen yeni ve programlanabilir proteinler de kullanılabilmektedir [9]. Sentetik biyolojiden, yalnızca malzeme biliminde değil tıp ve kimyada da yararlanılmaktadır.

Her yıl yaklaşık 400.000 HIV ve hepatit virüsleri ile enfekte olan hastaların tanısında sentetik biyoloji kullanılmaktadır [10].

Sentetik biyologlar kanser hücrelerini tanımak ve onlara saldırmakla görevli T hücrelerini tasarlayan kimerik antijen reseptörü-T (CAR-T) hücre tedavisini tasarlamışlardır [11]. Ayrıca genetiği değiştirilmiş virüsler sayesinde şiddetli kombine immün yetmezliği (SCID) veya epidermolizis bülloza gibi kalıtsal hastalıklara neden olan genlerin düzeltilmesinde de sentetik biyoloji kullanılmaktadır [12].

Hastalardan alınan somatik hücreleri kendini yenileyebilen aynı zamanda vücudun tüm hücrelerine dönüşme yeteneğine sahip pluripotent kök hücrelere programlayarak hem hastalığın daha iyi anlaşılmasında ve kişisel ilaç/hücre tedavisinin sağlanmasında hem de denek hayvanlarının kullanımını azaltılmasında yine sentetik biyoloji görev almaktadır [13,14]. Sibergenetik kontrol ile hücrelerde metabolik aktiviteleri programlayarak herhangi bir düzensizlik saptandığında uygun yanıtın tetiklenmesinde ve hemeostazinin korunmasında sentetik biyolojiden yararlanılmaktadır [15].

Etik ve Sosyal Sonuçları Nelerdir?

Sentetik biyolojinin birçok faydasına rağmen insanlara ve çevreye zarar vereceğine dair birçok tartışma gündeme gelmektedir. Bu teknoloji ile ilgili etik tartışmaların çoğu genom düzenlemeyle benzerdir ve ‘hastalıklar için yeni tedavi sağlanacaksa toplumda kim bunlara ulaşabilecek?’, ‘bu ürünlerin kontrolü ve erişimi kimde olacak?’, ‘sentetik biyoloji sayesinde organizmalar yeniden tasarlanarak ahlaki sınırlar aşılıyor mu?’, ‘sentetik biyoloji yaşam yaratmanın bir örneği mi?’ gibi soruları içermektedir [4,14].

Sentetik biyoloji çift kullanımlı bir teknolojidir ve bazı biyogüvenlik sorunları ortaya çıkarmaktadır. Örneğin, kalıtsal bozukluklar genetiği değiştirilmiş virüsler kullanılarak gen terapisi yöntemiyle tedavi edilebileceği gibi bu tür mühendislik virüsler yeni patojenlerin ortaya çıkmasına da yol açabilir [14]. Dikkate alınması gereken diğer konu ise “biyolojik silahlar” dır. Michigan Üniversitesi Tıp Fakültesi’nden mikrobiyolog Michael J. Imperiale, “Sentetik biyoloji, yeni silah türlerini mümkün kılma potansiyeline sahip” diyor. Ebola, SARS veya çiçek hastalığı gibi patojenik olan virüslerin yeniden yaratılması ya da ilerleyen yıllarda, tasarlanmış bakteriyel ve viral patojen üretimi ile ucuz ve verimli biyolojik silah üretiminin artması ve biyoterörisizmin yaygınlaşması söz konusudur [15,16].

Avrupa Birliği’nde, biyogüvenliğin nasıl sağlanacağı, hangi uygulamalara izin verileceği ya da hangilerinin yasak olduğu Avrupa İlaç Ajansı (EMA) ve Avrupa Gıda Güvenliği Otoritesi (EFSA) tarafından denetlenmektedir [17].Bilim insanları, ev sahibi kurumlar ve finanse eden kuruluşlar riskler ve bunların kontrolü hakkında daha açık olarak araştırmaların kötüye kullanım olasılıklarını önlemelilerdir [14].

Kaynaklar:

1. M. BSASA. Synthetic biology. Nat Rev Genet. 2005;
2. WHAT IS SYNTHETIC/ENGINEERING BIOLOGY? [Internet]. Engineering Biology Research Consortium. [cited 2021 Jun 28]. Available from: https://ebrc.org/what-is-synbio/
3. Rawls RL. “Synthetic biology” makes its debut. Chem Eng News. 2000;78(17).
4. Synthetic Biology [Internet]. National Human Genome Research Institute. [cited 2021 Jun 28]. Available from: https://www.genome.gov/about-genomics/policy-issues/Synthetic-Biology
5. Fridovich-Keil JL. Gene editing. Encycl Br [Internet]. 2019; Available from: https://www.britannica.com/science/gene-editing
6. Ruder WC, Lu T, Collins JJ. Synthetic biology moving into the clinic. Vol. 333, Science. 2011.
7. Azubuike CC, Chikere CB, Okpokwasili GC. Bioremediation techniques–classification based on site of application: principles, advantages, limitations and prospects. Vol. 32, World Journal of Microbiology and Biotechnology. 2016.
8. Le Feuvre RA, Scrutton NS. A living foundry for Synthetic Biological Materials: A synthetic biology roadmap to new advanced materials. Vol. 3, Synthetic and Systems Biotechnology. 2018.
9. Ljubetič A, Gradišar H, Jerala R. Advances in design of protein folds and assemblies. Vol. 40, Current Opinion in Chemical Biology. 2017.
10. Benner SA. CHEMISTRY: Enhanced: Redesigning Genetics. Science (80- ). 2004;306(5696).
11. Dunbar CE, High KA, Joung JK, Kohn DB, Ozawa K, Sadelain M. Gene therapy comes of age. Vol. 359, Science. 2018.
12. Davies JA, Cachat E. Synthetic biology meets tissue engineering. Biochem Soc Trans. 2016;44(3).
13. Romito A, Cobellis G. Pluripotent stem cells: Current understanding and future directions. Vol. 2016, Stem Cells International. 2016.
14. El Karoui M, Hoyos-Flight M, Fletcher L. Future trends in synthetic biology—a report. Front Bioeng Biotechnol. 2019;7(AUG).
15. J. KENNETH WICKISER, KEVIN J. O’DONOVAN, MICHAEL WASHINGTON, STEPHEN HUMMEL FJB. Engineered Pathogens and Unnatural Biological Weapons: The Future Threat of Synthetic Biology. Combat Terror Cent. 2020;13(8).
16. Cross R. Synthetic biology could enable bioweapons development [Internet]. Chemical&Engineering News. 2018 [cited 2021 Jul 7]. Available from: https://cen.acs.org/biological-chemistry/synthetic-biology/Synthetic-biology-enable-bioweapons-development/96/i26
17. VAVITSAS K. Biosecurity Is Synthetic Biology’s Most Crucial Ally [Internet]. Labiotech.eu. 2020 [cited 2021 Jul 7]. Available from: https://www.labiotech.eu/in-depth/biosecurity-synthetic-biology/

Denetleyen: Eylül ASLAN