Hayvancılıkta Biyoteknolojik Uygulamalar

Hayvancılıkta Biyoteknolojik Uygulamalar

Dünya
Dünya Nüfusu
Nüfusu
HAYVANCILIKTA
BİYOTEKNOLOJİK
UYGULAMALAR
Nüfus
Günümüzde---6.2
Günümüzde---6.2 milyar
milyar
2020---8
2020---8 milyar
milyar
(6.7
(6.7 milyarı
milyarı GOÜ)
GOÜ)
(FAO,
(FAO, 2003)
2003)
2050---9.1
2050---9.1 milyar
milyar
(WHO)
(WHO)
Ar.Gör. B.Devrim ÖZCAN
İşlenebilir
Tarım
Alanı
Artan
Artan Nüfus
Nüfus
Ç.Ü.Z.F. Zootekni Bölümü, BiyometriBiyometri-Genetik ABD
Çevre
Çevre
Sosyal
Sosyal
Beslenme
Beslenme
Biyoteknoloji……….?
Biyoteknoloji……….?
Tarımda biyoteknoloji;
biyoteknoloji;
Tarım
ƒ Teknolojinin biyolojik varlıklara uygulanması
ƒ Temel bilimlerin ve mühendislik ilkelerinin,
ham maddelerin biyolojik araçlar yardımı
ile ürünlere dönüştürüldüğü süreçlere
uygulandığı bir teknoloji
(OECD, 1982 Yılı Raporu)
ƒ Dünya nüfusunun artması ve gün geçtikçe azalan doğal
kaynaklar çağımız bilim adamlarını arayışlara itmiştir. Son
yıllarda adından sık sık bahsedilen "Biyoteknoloji
"Biyoteknoloji"" ye
başta gıda ve sağlık olmak üzere birçok meseleyi
çözebileceği ümidiyle bakılmaktadır.
Eczacılık
Orman
Tıp
Gıda
Biyoteknoloji
Veterinerlik
Çevre
Enerji
Endüstri
ƒ Hayvansal ve bitkisel ürünlerin verim ve kalitesinin
artırılması
ƒ Hastalıklara ve olumsuz çevre şartlarına dirençli türlerin
geliştirilmesi
ƒ Rekombinant aşıların ve farmasötik moleküllerin
geliştirilmesi (Hepatit(Hepatit-B, LtLt-B, TGEV, çeşitli hayvan
aşıları ile insanlarda kullanılan bazı ilaçlar bitkisel üretim
sistemleri içerisinde devreye sokulmuştur)
ƒ Hastalıkların tanı ve tedavisi
ƒ Gen kaynaklarının korumaya alınması
ƒ Gıdaların miktar ve kalitesinin artırılması
ƒ Gıdaların raf ömrünün uzatılması
ƒ Fermante ürünler için starter kültürlerin geliştirilmesi
ƒ Patojen kontrolü
Biyoteknolojide Ülkelerin Durumu
ƒ ABD (40(40-50 milyar Dolar fon; 1500 şirketşirket-Gentec,
Gentec, Monsanto,
Monsanto, Dow,
DuPont,
DuPont, Syngenta,
Syngenta, Aventis)
Aventis)
ƒ Japonya (Farmakolojik alana yönelik bakteri ve funguslardan gen
klonlanması)
klonlanması)
ƒ AB (İngiltere, Almanya, Fransa ve İspanya biyoteknolojik
çalışmalarda başı çekiyor)
ƒ Çin
ƒ Arjantin
ƒ Brezilya
ƒ Kanada
ƒ Meksika
ƒ Güney Afrika
--------------------------------------------------------ƒ Türkiye (26 özel şirket ve 5 devlet kuruluşu)
ƒ Dünya genelinde 2000 yılında 63 milyar dolarlık bir
pazar oluştuğu, bunun 2007 yılında 151 milyar dolara
yükseleceği hesap edilmektedir (yılda %2’lik büyüme)
--------------------------------------------ƒ Türkiye'de biyoteknoloji pazarının büyüklüğü 960 milyon
dolar olduğu, 10 yıl içinde bu pazarın 4,54,5- 8,5 milyar
dolar arası hacme ulaşacağı tahmin edilmektedir.
ƒ Kaynak: "Uluslararası Rekabet Stratejileri:
Biyoteknoloji"
Biyoteknoloji" Raporu (TÜSİAD)
Transgenik*
Transgenik* ürün ekim alanları;
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
1997………11 milyon Ha
1998………27.2 milyon Ha
2000………44.2 milyon Ha
2002………55 milyon Ha
2003………67.7 milyon Ha
*Transgenik:
Transgenik: Genetik olarak değiştirilmiş organizma (GMO)
1
Biyoteknoloji;
Biyoteknoloji;
en çok mısır,
soya,
domates
patateste ve
pamukta
uygulanmaktadır
Neden GMO üretimi……?
ƒ Daha düşük maliyet elde etmek
ƒ Daha dayanıklı ve besin değeri yüksek ürün elde etmek
ƒ Her ikisi
Biyoteknolojinin Hayvancılıkta
Kullanım Alanları
ƒ Biyoteknolojik yöntemlerle Bt geni aktarılarak pestlere
dayanıklı transgenik mısırın yanında yine yağ sanayi ve
hayvan beslemeye yönelik yağ içeriği zenginleştirilmiş
transgenik mısır geliştirilmiştir
ƒ Yine biyoteknolojik yöntemlerle nematotlara dayanıklı ve
lizin amino asidince zenginleştirilmiş transgenik soya
türleri de geliştirilmiştir
İlk somatik klon olan Dolly’den
(Wilmut ve ark., 1996) sonra
sığır klonlama çalışmaları da
başlamış ve ilk somatik klon
sığır 1998 yılında doğmuştur
(Mudbhary , 2003).
ƒ Üreme performansının artırılması ve gen
kaynaklarının korunması
ƒ Hayvansal ürünlerin miktar ve kalitesinin
artırılması
ƒ Hayvan besleme (yem değerlendirme
kabiliyetlerinin artırılması, hayvan
yemlerinin kalitesinin iyileştirilmesi ve
yeni protein kaynaklarının geliştirilmesi)
ƒ Hayvan sağlığı (aşı üretimi, teşhis,
koruma ve hastalıklara dayanıklılık)
ƒ
Transgenik olarak geliştirilen sığır, koyun ve keçilerin
sütlerinde yabancı proteinler ürettirilerek yeni
özellikler kazandırılmıştır
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Lactoferrin (antibakteriyel)
antibakteriyel)
PPL (Emphysema
(Emphysema ve cystic fibriosise karşı)
PA (Plasminogen
(Plasminogen activator)
activator) (Kanın pıhtılaşması)
AlphaAlpha-1-trypsin (kalıtsal emfizeme karşı)
Anti thrombin (Kanın pıhtılaşması)
Faktör VIII (Kanın pıhtılaşması)
Faktör IX (Kanın pıhtılaşması)
Bu şekilde salgılanan proteinler sadece süt
içerisinde ve bol miktarda üretilmekte olup
saflaştırılması kolaydır.
ƒ Soya ve mısır
yeryüzünde en fazla
transgenik yetiştiriciliği
yapılan ve kullanılan iki
üründür.
ƒ Yetiştiriciliği yapılan
transgenik bitkiler
içerisinde soya %57
oranında bir yer
tutarken, bu oran
transgenik mısırda
%24’tür
Üreme performansının artırılması ve
gen kaynaklarının korunması
Embriyo transferi
Embriyonik klonlama
Somatik klonlama
Embriyolarda cinsiyet tayini
Dondurarak saklama
(kryoprezervasyon)
kryoprezervasyon)
Süt sığırlarında
ƒ Transgenik bir sığır olan
Rosie,
Rosie, Prematüre
bebekler için gerekli
olan insan laktalbumini
sütünde salgılayarak
anne sütüne eş değer
süt üretmektedir.
2
ƒ Annie,
Annie, genetik
mühendisliği
teknikleri ile
Lysostaphin geni
klonlanarak
mastitise karşı
direnç kazandırılan
transgenik bir
sığırdır
geliştirilmiştir
(Pursel,
Pursel, 2000).
Et sığırlarında
Belçika Mavi Sığırlarında
tek bir genin kodladığı
major etkili Double
Musclin (çift kas) geni;
ƒ Yeni Zelanda’lı bilim
adamları, daha kaliteli
peynir üretimi için,
normal süte göre %13
daha fazla protein
(kazein) içeren süt
üreten transgenik inek
geliştirmişlerdir
(Laible ve ark.,
2003).
Koyunlarda döl verimi
Kas gelişiminde %20 artış
Yağlanmada %50 azalma
Bu gen değişik sığır
ırklarında klonlanarak et
verimi artırılabilir
Yapağı verimi yüksek transgenik koyun
AntiAnti-freeze geni aktarılmış transgenik somon
Rat Büyüme Hormon Geni aktarılmış
Transgenik Fare
Rekombinant Bovine Somatotropik Hormon
(rbST)
rbST) (Sığır Büyüme Hormonu) Uygulaması
ƒ Booroola merinoslarında çoğuzluğu sağlayan
ve döl veriminden sorumlu major etkili bir gen
olan FecB geninin kromozom üzerindeki yeri
belirlenerek (6. kromozom) baz dizileri
okunmuştur.
ƒ Bu gen yerli koyun ırklarımıza aktarılarak
çoğuz doğumlar sağlanabilir.
SIĞIR BÜYÜME HORMONU GENİ
(Bovine Somatotropik Hormon Geni)
GH1
0
E1
E2
500
1000
E3
1500
GH4
E4
2000
E5
GH6
GH5
2500
ƒ Laktasyon dönemi
uygulamalarında süt
veriminde artış (İlave
(
yem vermeden %25-30
düzeyinde verim artışı
sağlanmaktadır)
3000 bp
PCR İLE ÇOĞALTMA
ACACCCAGGGTTGCCTTCTGC………………………………………………………………CT C CTTCCTCGCCC TT CTCC
TGTGGGTCCAACGGAAGACG……………………………………………………………….GAGGAAGGAGCGGGAAGAGG
ACACCCAGGGTTGCCTTCTGC…………………………………………………………………CT C CTTCCTCGCCC TTCTCC
GAGGAAGGAGCGGGAAGAGG
ACACCCAGGGTTGCCTTCTGC
TGTGGGTCCAACGGAAGACG……………………………………………………………….GAGGAAGGAGCGGGAAGAGG
MspI
PCR ÜRÜNÜ
Restriksiyon enzimleri ile kesilmekte ve jel çalışmaları yapılarak
mutasyonlar tespit (PCR-RFLP yöntemi) edilmektedir.
mGH geni aktarılmış
transgenik fare (44 gr)
Normal fare (24 gr)
3
(Devlin et al. Nature 371, 209 (1994))
Balık Üretiminde
Büyüme Hormon Geni
Domuz (Porcine
(Porcine)) Somatotropin (pST)
pST) Uygulaması
ƒ pST ile 3030-77
günlük domuzlarda
(Porcine)
Porcine) %10%10-20
oranında canlı
ağırlık kazancı
ƒ Yemden
yararlanma
oranında %13%13-33
artış
ƒ Yağ birikiminde
%70 azalma
ƒ Protein
birikiminde (kas)
%62 artış
sağlanmıştır.
ƒ Afrika kökenli Tilapia
balıklarına haftada bir kez
karın içine 100100-1000 mg/gr
mg/gr
rbST uygulanmış ve
büyümeyi teşvik edici bir
etki sağlanmıştır. Ancak
yinede bu etki doğal
tST’den önemli olmazken
bunda yaş, canlı ağırlık,
doz, formülasyon ve deneme
deseni önem kazanmaktadır.
B.staearotehrmophilus
B.staearotehrmophilus’a ait
sıcaklığa dirençli AlfaAlfa-amilaz
genini protoplast füzyonu ile B.
subtilis’te klonlanması (Özcan,
Özcan,
1996)
B. stearothermophilus’a ait sıcaklığa dirençli AlfaAlfa-amilaz ve C.
thermosulfurogenes bakterisine ait sıcaklığa dirençli BetaBeta-amilaz
genlerinin klonlanmasına yönelik çalışmalar (Özcan
(Özcan ve Özcan (Basılmamış)
Ç.Ü.Z.F. Zootekni Bölümü Hayvansal Biyoteknoloji ve Genetik
Mühendisliği Lab)
Lab) (Özcan ve Özcan,
Özcan, Basılmamış)
Selülaz yan aktiviteli
bifonksiyonel ksilanaz geni
klonlanmış B. subtilis suşları
(Özcan ve Özcan,
Özcan, 2001)
ƒ
S. thermophilus + Lizozim
ƒ
E. coli + Lizozim
ƒ Kanatlılarda ve diğer tek mideli hayvanların
tahıllardan daha iyi faydalanabilmesi için
eksik bazı aminoasitlerin biyoteknolojik
yöntemlerle üretilerek rasyona ilave
edilmesi,
ƒ Arpa,yulaf, tritikale gibi tahılların betabetaglukanaz,
glukanaz, ksilanaz,
ksilanaz, likenaz,
likenaz, fitaz gibi
enzimlerin ilavesiyle kullanımı arttırılması
ƒ Rumen bakterilerinin genetik modifikasyon
ile selüloz sindiriminin artırılması
ƒ Silajın besleme değerinin enzimatik olarak
artırılması
Genetik modifikasyonlarla yeni probiyotiklerin geliştirilmesi
(Ç.Ü.Z.F. Zootekni Bölümü Hayvansal Biyoteknoloji ve
Genetik Mühendisliği Lab)
Lab)
Likenaz geni aktarılmış S.
thermophilus ve L. Lactis suşları
a-Amilaz ile β-glukanaz
Genleri klonlanmış rekombinant
ekmek mayaları
(Saccharomyces cereviseae
a-Amilaz enzim geni aktarılmış
değişik B. subtilis B. subtilis
suşları (Altınalan ve Özcan,
Özcan,
2000)
SDS-PAGE’de termofilik S. thermophilus/pL2 ve E. coli/pL2
bakterilerinin farklı sıcaklık derecelerine maruz bırakılması sonucu
lizozim stabilizasyonunun belirlenmesi
Hayvan beslemede biyoteknolojik uygulamalar
Lizozim geni klonlanmış E. coli
bakterisi
Hayvan sağlığı
ƒ Hastalıkların tespitinde
hızlı testlerin
geliştirilmesi
ƒ Patojen
mikroorganizmaların ve
virüslerin doğrudan teşhisi
ƒ Hastalıklara dirençli
transgenik hatların
geliştirilmesi
ƒ Rekombinant aşıların ve
farmasötik moleküllerin
üretimi
ƒ Biyoteknolojik yöntemlerle
transgenik hayvanlara
organ, doku ve kan
ürettirme imkanları
bulunmaktadır
GENOM ÇALIŞMALARI
(Hayvan ırklarının biyoteknolojik yöntemlerle
DNA düzeyinde karakterize edilerek ırk
ayrımının kesin bir şekilde yapılması)
4
YK
GSK
Axe 2 (25,48 %)
-120
-110
-100
-90
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
60
70
80
DAK
BI
0
EK
SA
5.000
10.00 0
SE
Axe 1 (30,04 %)
15.000
N1
20.000
25.000
30.000
0
-1.000
-2.000
-3.000
-4.000
-5.0 00
-6.000
-7.000
-8.000
-9.000
1 0 000
1.000
3.000
4.000
5.000
8.000
9.000
11.00 0
10.000
EN 3
6.0 00
EKS
2.000
Axe 3 (24,43 %)
7.000
Yerli Sığır Irklarımızın Filogenetik Analizi
Faktöryel birleştirme yöntemiyle oluşturulmuş üç
boyutlu dağılış grafiği (Altınalan ve Özcan,
Özcan,
Basılmamış)
EKSEN 2
Sığır Genomu
Farklı Türlere ait Etlerin Büyüme Hormon
Geni Bakımından PCR ile Taranması
ƒ GENETİK MODİFİYE ORGANİZMALARAORGANİZMALARAGMO (GENETİK OLARAK DEĞİŞTİRİLMİŞ
ORGANİZMA) ÜRÜNLERİNE TOPLUMSAL
BAKIŞ
M: Markır,
1. Karahan Marketten alınan koyun eti kıymasından izole edilen DNA,
2. Yonca Marketten alınan koyun eti kıymasından izole edilen DNA,
3. Yonca Marketten alınan dana eti kıymasından izole edilen DNA,
4. Groseri Marketten alınan dana eti kıymasından izole edilen DNA,
5. Siyah alaca sığır kanından izole edilen DNA
6. Keçi kanından izole edilen DNA
7. Koyun kanından izole edilen DNA
8. Domuz kanından izole edilen DNA
9. Eşek kanından izole edilen DNA
10. At kanından izole edilen DNA
11. Tavuk kanından izole edilen DNA
12 Tavşan kanından izole edilen DNA
Marketteki GMO Ürün
Mısır
Soya
Kolza
Hindiba
Balkabağı
Patates
Özellik
Böcek direnci, herbisit toleransı
Herbisit toleransı
Herbisit toleransı
Herbisit toleransı
Virüs direnci
Böcek direnci, herbisit toleransı
GMO; Başka bir organizmadan gen aktarılmış veya
kendi genleri değiştirilmiş organizma
GMO Ürünlerin Potansiyel Riskleri
GMO’ların uluslararası ticaretteki pozisyonu
ƒ Direk sağlık etkileri (toksisite)
ƒ Alerjik reaksiyon tetikleme eğilimi (alerjenikliği)
ƒ Beslenmeyle ilgili veya toksik etkisi olabileceği
düşünülen spesifik bileşenler
ƒ Klonlanan genin stabilitesi
ƒ Genetik modifikasyonlar sonucu beslenmeyle ilgili
etkiler
ƒ Gen eklenmesinden kaynaklanan, istenmeyen bir
etki olup olmadığı
ƒ Şu an uluslararası ticarette net bir
düzenleyici sistem mevcut değil. Fakat pek
çok uluslararası organizasyon (FAO, WHO,
OECD, FDA) GMO’lar için protokoller
geliştirme çabası içerisinde
ƒ AB’de 18 GMO ürün genel risk analiz
kriterlerinden geçerek satışa
sunulmuştur.
ƒ ABD, Kanada ve Avustralya GMO’ların
serbest ticaretinden yana politika
geliştirmişlerdir.
ƒ Ayrıca AB’de GMO ürünlerin etiketinde
“Genetik Modifiye Edilmiş Üründür”
ibaresinin yazılması zorunludur
ƒ AB’nin mevzuatı oldukça katı kurallar
ihtiva etmektedir.
5
Ülkemizde Mevzuat;
SONUÇ
ƒ Tarım ve Köyişleri Bakanlığı Tarımsal
Araştırmalar Genel Müdürlüğü tarafından
1998 yılında başlatılmıştır. Bu çalışmalar;
ƒ 1. Alan denemesi
ƒ 2. Tescil
ƒ 3. ÜretimÜretim-PazarlamaPazarlama-Gıda
ƒ GMO ürünler daha çok gelir seviyesi düşük
veya açlık sınırında olan olan toplumlara
beslenme açısından bir imkan oluşturmaktadır
(A vitaminince zenginleştirilmiş pirinç, amino
asit içeriği güçlendirilmiş soya ve tahıl gibi)
TEŞEKKÜRLER
ƒ Organik tarım ise daha çok gelir seviyesi
yüksek toplumlarda gelecekte de güncelliğini
koruyacaktır.
6