Sentetik Biyoloji Nedir?

Sentetik biyolojiyi daha önce duymuşsunuzdur. Sentetik biyolojinin genel olarak kabul edilen bir tanımı olmamasına rağmen, mühendislik ilkelerini biyolojiye uygulayan disiplinlerarası bir alan olarak tanımlanabilir.

Ama sentetik biyoloji gerçekten nedir, sentetik biyologlar neler yaparlar, sentetik biyoloji nasıl çalışır, uygulamaları ve sonuçları nelerdir?

Etrafımızda her yerde makinalar bulunmakta; arabalar, bilgisayarlar, asansörler, elektrikli süpürgeler, liste sonsuza kadar devam eder. Son 300 yılda mühendisler insan gelişmişliğinde büyük bir patlamaya neden olan birçok makine geliştirdiler. Dünya’da sadece insanlar tarafından icat edilmiş bu makineler bulunmamaktadır; aslında göz ardı edilen etrafta sayıca en çok olan, çok daha yönlü olan ve karmaşık bir makine bulunmaktadır. CANLILIK! İnsanlar aslında dünyanın en iyi mühendisleri değil, doğa bu konuda çok daha kabiliyetli. Milyonlarca yıllık evrim, canlı organizmaların çok yönlü olmasına, yetenekli olmasına ve adaptif seleksiyona yol açmıştır.

Basitçe söylemek gerekirse, sentetik biyoloji çeşitli problemleri çözmek için doğanın sağladığı bu canlı makinelere mühendislik prensiplerini uygulayan disiplinlerarası bir alandır. Sentetik biyoloji, hayatı, faydalı amaçları olan biyolojik sistemler yaratmak için bir araç olarak kullanır. Geleneksel bir mühendis ile  bir sentetik biyoloğun herhangi bir  soruna yaklaşımları aynıdır, fakat kullandıkları araçlar onları ayıran şeydir. Geleneksel bir mühendis dişliler, yaylar ve devreler kullanırken bir sentetik biyolog mikroplar, proteinler ve gen devreleri kullanır. Örneğin, temiz içme suyuna erişim üçüncü dünya ülkeleri için  günümüzde olan problemlerden bir tanesi ve gittikçe de büyüyen bir sorun. Geleneksel bir mühendis, çözüm olarak muhtemelen fizik yasalarını uygulayarak kirli suyu temizleyen çeşitli bölmelere sahip bir makine tasarlayacaktır. Oysa bir sentetik biyolog organizmaları modifiye ederek suyu temizleme işlemini gerçekleştirecektir.

Metal ve polimerlerden makine yapma konusunda zaten bu kadar iyiysek neden sentetik biyoloji alanına odaklanalım ki? Polimer, metal ve silikondan yapılmış makinelerin potansiyeli, karbon bazlı canlı makinelere kıyasla çok daha fazlaymış gibi gözükebilir. Ancak ikisinin doğrudan karşılaştırılması sentetik biyoloji için adil değildir, çünkü iki durum da çok farklıdır. Metal ve silikon bazlı makineleri insanlar yarattı, yıllar boyunca geliştirdiler ve nasıl çalıştıklarını ne yaptıklarını ve potansiyellerinin ne olduğunu biliyorlar. Sonuç olarak, belirli görevleri yerine getirmek için onları manipüle etmek çok daha kolaydır. Diğer taraftan biyolojiyi biz yaratmadık, bulduk. Daha yaratabilmeyi bırak biyolojiyi tam olarak anlamıyoruz bile. Hele son zamanlarda, son on yılda, canlı makinelerin potansiyelini fark etmeye başladık. Bilim adamları artık insanlığın yararına mevcut biyolojik yolakları manipüle edebiliyor ve değiştirebiliyorlar. Ancak, sıfırdan işlevsel yolaklar oluşturmak son derece zor bir görev olmaya devam etmektedir. Ama, belirli görevleri yerine getirmek için optimize edilmiş yolaklar veya bütün organizmaları kolayca oluşturabilmemiz sadece zaman meselesidir.

Sentetik biyoloji, sıfırdan veya halihazırda mevcut sistemleri değiştirerek ve birleştirerek biyolojik sistemlerin oluşturulmasına dayanır. Bunu, yaşamın “planı” olan DNA’yı manipüle ederek başarır. Biyolojik sistemler proteinlerden oluşur ve proteinler DNA tarafından kodlanır. DNA’nın manipüle edilmesi proteinlerin manipüle edilmesine yol açar ve böylelikle de sistemleri modifiye etmemizi sağlar. Biyolojik sistemleri kodlayan DNA gruplarına “genetik devreler” denir. “Başlatıcı” ve “Sonlandırıcı” gibi genetik devre bileşenleri, bilgisayarlarda bulunanlara benzer mantık kapıları oluşturmak için birleştirilebilir. Devreler ne kadar karmaşıksa, kontrol o kadar duyarlı olur. Hatta, MIT’teki bilim adamları DNA’ya derlenebilir bilgisayarda yazılmış bir programlama dili geliştirdiler. Bu kod bilgisayarda yazıldıktan sonra DNA’ya çevrilip, daha sonra çalıştırmak üzere hücrelere konulmuştur.¹_iBiology Techniques. (2020). Synthetic Biology: Programming Living Bacteria – Christopher Voigt. [Online Video]. 5 January 2016. Available from: https://www.youtube.com/watch?v=lNttxYdGHs4. [Accessed: 29 June 2020]. Yani, sentetik biyologlar çeşitli sistemleri genetik devreler kullanarak canlı hücrelere programlayabilirler, bu canlılar da çeşitli amaçlar için kullanılabilir.

Sentetik biyoloji birçok sorunun üstesinden gelmek için kullanılabilir; uygulamaları çok geniştir. Mevcut sentetik biyoloji uygulamaları teşhis, tedavi, enerji, çevre, gıda ve imalat olmak üzere altı ana sektör altında toplanabilir. Mikroorganizmalar, çeşitli hastalıkları ve bozuklukları algılamak ve tedavi etmek için tasarlanabilir. Örneğin, J. Craig Venter Enstitüsü’ndeki araştırmacılar, diyabet hastaları için artan glikoz seviyelerini algılayabilen ve insülin salgılayabilen probiyotik bakteriler tasarlama üzerine çalışıyorlar.²_J. Craig Venter Institute. 2017. No More Needles! Transforming the Treatment of Type 1 Diabetes. [ONLINE] Available at: https://www.jcvi.org/research/no-more-needles-transforming-treatment-type-1-diabetes#. [Accessed 29 June 2020]. Yine, küresel ısınma ile mücadele için de sentetik biyoloji  kullanılıyor. ABD merkezli bir şirket, tasarlanmış bakteriler kullanarak karbonu atmosferden emmeyi ve karbondan biyoyakıtlar oluşturmayı hedefliyor.³_Lanzatech. 2019. Lanzatech. [ONLINE] Available at: https://www.lanzatech.com/.[Accessed 29 June 2020]. Bunların yanı sıra bu yaşayan makineler, çevredeki kirleticileri algılamak ve yok etmek, ticari amaçlar için ürün üretmek, gıda oluşturmak ve daha fazlası için kullanılabilmektedir. Bu uygulamalar sadece daha önce denenmiş olanlarıdır. Biyoloji anlayışımızın derinleşmesi ile canlıları daha etkili bir şekilde manipüle edebilmekteyiz. Gelecekte, kanseri iyileştirmek, binalar inşa etmek, bilgisayarları geliştirmek, gezegenleri kolonize etmek ve hatta Örümcek Adam olmak için sentetik biyolojiyi kullanabiliriz. İmkanlar sonsuz!

Sentetik biyoloji, insanlığı önemli ölçüde ilerletme potansiyeline sahiptir. Yaşayan makineler, günlük yaşamda ve endüstrilerde birçok potansiyel uygulamaya sahip ucuz, sağlam ve güçlü araçlardır. Ancak, Spider Man’in de dediği gibi “büyük güç büyük sorumluluk getirir”. Sentetik biyolojinin bir araç olarak kullanılmasının istenmeyen sonuçları olabilir. Soyu tükenmiş türlerin geri getirilmesi, türler arası kimeralar, tasarlanmış bebekler vb. yaratılması gibi birçok etik açısından dikkate alınması gereken tartışmalı sentetik biyoloji uygulamaları vardır. Tabi kii bu uygulamaların herhangi birinde zarar vermek amaçlanmamıştır. Yine de, bunları gerçekleştirmeden önce dikkate alınması gereken çok sayıda parametre vardır. Öngürelemeyen sonuçlar doğurabileceğinden bu uygulmalardan genellikle uzak durulur. Örneğin, dinozorların geri getirilmesi, gıda zincirlerinde ekosistemlerin çökmesine neden olan ciddi bozulmalara yol açabilir. Türler arası kimeralar yaratma girişimleri, son derece etik olmayacak acı çeken, cansız varlıkların yaratılmasına yol açabilir. Tasarlanmış bebekler yaratmak insan genomuna müdahale etmeyi gerektirdiği için , ölüme veya genetik hastalıklara ve bozukluklara yol açabilecek istenmeyen değişikliklere neden olabilir. Bu tür tehlikeli deneyleri denemeden önce, potansiyel riskler bulunmalı ve en aza indirilmelidir. Ayrıca, sentetik biyoloji zarar verme niyetiyle de kullanılabilir. Örneğin biyolojik silah yaratmak amacıyla çeşitli popülasyonları ve türleri hedef alan ölümcül bir patojen oluşturmak için kullanılabilir. Bu, türler ve ekosistemler birbirine bağımlı olduğundan ekosistemlerin ve hatta tüm biyosferin çöküşüne yol açabilir. Endüstrileri hedefleyerek, sentetik biyoloji üretim zincirlerini bozmak ve ekonomik hasara yol açmak için de kullanılabilir. Sentetik biyoloji güçlü bir araçtır; iyi amaçlı kullanılabilme  potansiyeline sahip olmasına rağmen, olumsuz yan etkileri de olabilir.

Sentetik biyoloji alanı katlanarak büyüyor. Daha ucuz ve daha kolay DNA sıralama ve düzenleme araçlarının keşfiyle sentetik biyoloji gittikçe daha fazla ilgi görüyor. Yıllar önce, insan genomunu sıralamak için tüm Dünyayı 13 yıl ve 2,7 milyar dolar aldı. Bugün donanımlı bir laboratuvar bunu birkaç gün içinde ve 2-3 bin dolar harcamayla yapabilir. Gelecekte ise, insanlar bodrumlarında tüm genomları 10 dolardan daha az bir fiyata sıralayabilirler. Sentetik biyoloji araçlarının hızlı gelişimi, biyoloji mühendisliği ile yapılabilecekleri genişletir. Sanayi devrimi ve geleneksel makinelerin popülerleştirilmesinin neden olduğu insani gelişmedeki sıçramalara benzer şekilde, sentetik biyoloji insanların gelecekte önemli sıçramalar yapmasına yol açabilir. Kim bilir, belki genetik veya biyolojik bir devrime yakınızdır. Sentetik biyoloji, iklim değişikliği, kanser ve açlık gibi dünyanın en önemli sorunlarından bazılarını çözebilecek umut verici bir araçtır. Bununla birlikte, sentetik biyoloji, kötüye kullanım için insanlığı distopik bir geleceğe yönlendiren kötü amaçlar için de kullanılabilir. Yine de bu bizi sentetik biyolojiden uzak tutmamalı; etik ve sosyal kaygıları göz önünde bulundurarak kontrollü bir şekilde vedikkatle kullanılmalıdır. Gelecekte sentetik biyolojiyi nelerin beklediğini düşünmek oldukça heyecan verici. Şahsen ben müthiş şeyler bekliyorum…

*Manşet görsel: Science vector created by freepik