Giriş
Ocak 2021’de Hacettepe Üniversitesi, Uluslararası Gıda Biyogüvenlik ve Biyoteknoloji Araştırma ve Yayım Merkezi (IFBBC) ev sahipliğinde iki gün süre ile çevrimiçi “CRISPR-Cas: Gen Düzenleme Uygulamaları” kısa kursu gerçekleştirildi. CRISPR-Cas gen düzenleme teknolojisi ve bu teknolojinin gıda biyoteknolojisi alanında potansiyel uygulama alanlarının tanımlanması için başlangıç niteliğinde olan bu kursta katılımcılara gen düzenlemenin temel ilkeleri ve genetik makas CRISPR-Cas’ın bir gen düzenleme aracı olarak nasıl işlediği hakkında bilgiler verildi. Ayrıca CRISPR-Cas teknolojisinin gıda bilimini ve sektörünü nasıl etkilediği ve nasıl değiştireceği hakkında da sunumlar yapıldı. Bu yazı ile, yoğun ilgi gören bu kursta tartışılan CRISPR-Cas gen düzenleme teknolojisi konusuna genel bir bakış sunmak ve gıda biyoteknolojisi alanındaki potansiyeli hakkında bütünsel bir anlayış sağlamak amaçlanmıştır.
CRISPR-Cas gen düzenleme teknolojisi ve Yeni Gıdalar
Gıda tanımı, sözlük diliyle, “insanın yediği veya içtiği ya da yaşamı ve büyümeyi sürdürmek için aldığı herhangi bir besleyici madde” olarak yapılabilir. Gıda bilimi ise genel olarak birçok bilimsel alanın ve disiplinin gıda ürünlerine ve işlemeye uygulanması olarak tanımlanabilir. İnsanın gıda veya yeni gıda arayışı ve bu gıdaları tüketim için tanımlama gereksinimi, insan var olduğu sürece devam edecektir. BM Gıda ve Tarım Örgütü FAO’nun yaptığı bir araştırmada, 2050 yılında ciddi bir gıda güvencesi sorunu ile karşı karşıya kalınmaması için gıda üretiminin % 60 oranında artırılması gerektiği ortaya konulmuştur. Bir ölçüde, bu nedenle rekombinant DNA teknolojisi kullanımının gıda bilimini, tarımı, hayvancılığı ve sağlık sektörünü derinden etkilediği söylenebilir. Vitaminlerin, enzimlerin, ilaçların, antibiyotiklerin ve biyoaktif peptitlerin endüstriyel biyosentezi gibi somut ve etkili iyileştirmeler, genetik metodolojilerdeki gelişmelerle sağlanmıştır. Aslında tarım ve gıda bilimcileri küresel gelecekte gıda güvencesini sağlamak için çok büyük zorluklarla karşı karşıya olunduğunun farkındadır ve bu nedenle sadece 20 yıl önce yeni bir terim tanımlanmıştır: Yeni gıda ve gıda bileşenleri!
Bu terim, tüketiciler tarafından daha önce gıda olarak kullanılmayan ve belirli özellikleri taşıyan herhangi bir gıda olarak tanımlanmaktadır. Burada “daha önce” ifadesi “90’lı yılların sonunu”, özellikle de (a) yeni veya özellikle modifiye edilmiş birincil moleküler yapıya sahip gıdalar ve gıda maddeleri; (b) biyoteknolojik yöntemler kullanılarak elde edilen gıdalar ve gıda maddeleri; (c) genetik modifiye organizmalardan üretilmiş ancak bunları içermeyen gıdalar ve gıda bileşenleri; (d) hücre kültürü veya doku kültürü dâhil olmak üzere yeni üretim teknikleri kullanılarak üretilen mikroorganizmalar, fungus veya alglerden oluşan veya bunlardan izole edilen gıdalar ve gıda bileşenleri; (e) geleneksel çoğaltma veya ıslah uygulamaları ile elde edilen ve güvenli gıda kullanımı öyküsü bulunan gıdalar ve gıda bileşenleri hariç, hayvansal ve bitkisel kaynaklı gıdalar ve gıda bileşenleri; (f) gıdaların veya gıda bileşenlerinin, hâlihazırda kullanılmayan ve gıda veya gıda bileşenlerinin bileşiminde veya yapısında belirgin bir değişim oluşturan bir üretim süreci uygulanmış gıdalar ve gıda bileşenleri; (g) nanoteknoloji ile üretilen malzemelerin kullanımı veya bunlardan oluşan veya bunları içeren gıda ve gıda bileşenleri; (h) daha önce tanımlanan ve düzenlemeleri yapılan gıda takviyeleri dışındaki gıda takviyelerini ifade etmektedir.
CRISPR-Cas gen düzenleme teknolojisi hem yeni gıdalar hem de gıda biyoteknolojisi açısından yeni bir çağın arkasındaki motordur. Bu yeni mikroorganizma/bitki/hayvan elde etme tekniği, genomdaki mevcut genlerin hassas bir şekilde hedeflenmesini sağlar. Yüksek kabul gören bu teknoloji istenen özelliklerin seçilmesine ve çok kısa sürede bu istenen özelliklerde yeni ürün elde edilmesine olanak tanır. Kısaca, bir “genom düzenleme aracı” olarak tanımlanabilecek olan CRISPR (Düzenli Aralıklı Palindromik Tekrar Kümeleri)- Cas (CRISPR ile ilişkili endonükleaz protein), DNA üzerinde ekleme, çıkarma yapılmasına ya da DNA dizilimini modifiye etmeye izin veren özgün bir teknolojidir. DNA zincirlerini kesmeye ve yeniden birleştirmeye olanak sağlayan genetik makas CRISPR-Cas teknolojisi, geleneksel yöntemlerle geliştirilenlerden ayırt edilemeyen yeni bitki, hayvan ve mikroorganizmalar ile gıda, gıda işlem yardımcısı, gıda takviye çeşitleri gıda zincirinin herhangi bir aşaması için ürün üretmemizi sağlar. Yeni gıda eldesinde en son teknoloji diyebileceğimiz CRISPR (örneğin, düzenli aralıklarla kümelenmiş kısa palindromik tekrarlar /Cas9) küresel tarımsal üretim ve gıda güvencesinde çok ihtiyaç duyulan iyileştirmeler için potansiyel birçok önemli etkiye sahiptir. CRISPR-Cas teknolojisi ve gen düzenleme araçları aynı anda kapsamlı bir yasal zorluğu ve ayrıca küresel gıda sektörü için çok büyük bir bilimsel fırsatı temsil etmektedir. Genom düzenleme teknolojilerinin gelişmesiyle birlikte, mikroorganizma/bitki/hayvanda genomik dizileri doğrudan hedefleme ve ardından değiştirme olasılığı gittikçe daha fazla ilgi çekicidir.
Geçtiğimiz yıl Nobel Kimya Ödülü, CRISPR teknolojisi ile bir bakteriyel bağışıklık mekanizmasını, diğer tüm canlı sistemlerin genomlarını basit ve ucuz bir şekilde düzenleyebilen bir araca dönüştüren iki bilim insanına verildi. Ödül, Max Planck Enstitüsü Patojen Bilimi Birimi’nden Emmanuelle Charpentier ve Kaliforniya Üniversitesi’nden Jennifer Doudna’ya “genom düzenleme için bir yöntemin geliştirilmesi nedeniyle” ortaklaşa verildi. Bu bilim kadınları, önce Science Dergisi 28 Haziran 2012 sayısında yayınladıkları bir makalede, düzenli aralıklarla kümelenmiş kısa palindromik tekrarları olan CRISPR’nin in vitro sistemde DNA’yı düzenleyebileceğini gösterdiler. Onların bu keşfi, hızla diğer bilim insanları tarafından genişletildi ve dünya çapında laboratuvarlarda ve hatta biyoteknoloji şirketleri tarafından kullanılmaya başlandı. CRISPR-Cas gen düzenleme teknolojisi, yeni ilaçlar, tarım ürünleri ve yeni gıda, gıda takviyeleri ve gıda işlem yardımcıları üretmenin yolları üzerinde çalışan sektörlerin araştırma ve geliştirme politikalarını hızla etkiledi. Artık mümkün olan en iyi, istenen özelliklere en çok sahip ve son üründe hiçbir yabancı DNA içermeyen tarım ve gıda ürünleri geliştirmek için CRISPR-Cas gen düzenleme teknolojisi kullanılmaktadır.
CRISPR-Cas teknolojisinden önce birçok genom düzenleme teknolojisi olmasına karşın bu eski teknolojileri kullanmak artık zaman alıcı ve yüksek maliyetli olarak nitelendiriliyor. CRISPR-Cas teknolojisi olağanüstü bir kolaylık ve hız ile çalışan, araştırmacıların tek bir deneyde genleri kesin olarak düzenlemelerine izin veren bir teknolojidir. Son yıllarda gıda üretiminde önemli yeri olan laktik asit bakterilerinde (LAB) gen düzenleme, ekmek mayası (Saccahromyces cerevisae) için gen düzenleme ve gıda bitkilerinde gen düzenleme gibi birçok üst başlıkta araştırma ve uygulamaların arttığı bilinmektedir. Bu RNA aracılı, DNA hedefleme sistemlerinden elde edilen moleküler yöntem, gıda zinciriyle ilgili tüm organizmalarda uygulanabilen çok sayıda farklı gereksinim için tasarlanmış sistemlerde yeniden kullanılabilir. Gıda sanayii için CRISPR-Cas teknolojisi tabanlı uygulamalar artık tarladan sofraya kadar gıda bilimindeki birçok alanda devrim yaratmaya hazırdır. Öte yandan uluslararası bilimsel çevreler, genom düzenleme ile ilişkili risklerle ilgili tartışmaların bilimsel temel ilkelerden çok, sosyopolitik/sosyoekonomik faktörlere dayandığı yönünde açıklamalar yapmaktadır. Ancak her yeni gıda için öncelikle üretici tarafından gerçekleştirilecek mutlaka bilimsel temel ilkelere dayanan risk değerlendirmenin esas olduğu ve etik ilkelere de oldukça dikkat edilmesi gerektiği vurgulamak gereklidir.
Sonuç
CRISPR-Cas sistemlerinin ilk uygulamalarının çoğu, fermente süt ürünleri teknoloji süreçlerini iyileştirmek için endüstriyel başlangıç kültür bakterilerinin karakterizasyonu sırasında gıda bilimi odaklı araştırmalardan ortaya çıkmıştır. Bu durumda gıda bilimi hem küresel hem de ulusal düzeyde gıdanın sürdürülebilirliği sorununa çözüm oluşturmak için gıda zincirinin tüm aşamalarında CRISPR-Cas gen düzenleme uygulamalarının nasıl daha fazla kullanılabileceği şimdiden öngörebilir. Gıda biyoteknolojisi alanında mikroorganizma/bitki/hayvan gen düzenleme uygulamalarındaki son gelişmelerden yola çıkarak, CRISPR-Cas teknolojisinin birçok gıda ürününde araştırma ve geliştirmeyi yönlendireceğini ve gıda biliminin geleceği için yeni yollar açacağını söylemek mümkündür. Ülkemiz sahip olduğu bilimsel alt yapı, biyogüvenlik ve bilimsel etik anlayışı ile CRISPR-Cas gen düzenleme teknoloji uygulamalarında inanılmaz bir hızla ilerleyen küresel gelişimin gerisinde kalmamalıdır.
