Katalog

POLİTİK BİLİM Müfit Akyos mufıta@ttmail.com 8 Biyokimya CBT 1489/ 2 Ekim 2015 Sentetik Biyoloji ve Yapay Yaşam 2000 yılında insan genomunun (DNA’sının) çözümü sentetik biyoloji, yani insan eli ile yaratılan/yönlendirilen organizmalar disiplininin doğmasında yol açtı. 2010 yılında ise ABD’nin Craig Venter Enstitüsü, bazılarınca ilk yapay yaşam örneği olarak kabul edilen sentetik DNA’lı bir bakteri oluşturdu. Genbilim dalının önünde artık yepyeni ufuklar açılıyordu. Petaflop’tan Exaflop’a Uzanan Gelecek ABD Başkanı Obama 29 Temmuz 2015 tarihinde ülkesinin geleceği için çok önemli bir başkanlık “genelge”si yayınladı. Ulusal Stratejik Hesaplama Girişimi (National Strategic Computing Initiative) başlıklı bu genelge 2025’e kadar ABD’nin Yüksek Başarımlı Hesaplama (YBH) sistemlerinde dünya lideri olmasını öngörmektedir. Bunun için süper bilgisayarlar da denilen YBH’lerin gücünü tanımlayan flop=işlem sayısı/saniye kapasitesinin, petaflop (1015 işlem/saniye) düzeyinden exaflop (1018 işlem/saniye) düzeyine çıkartılması hedefi konulmaktadır. Ülkenin bilim, sağlık, mühendislik, teknoloji ve sanayi alanlarında önünü açacak ve ülke yönetimlerine ekonomik, bilimsel ve savunma konularında daha yüksek öncelikler koyma olanağı verecek böylesi bir altyapının oluşturulması kararı, geleceğin inşa edilmesi anlamına gelmektedir. YBH’lerin ortaya çıkışı fiziksel sistemlerin benzetim modellerinin (uçağın uçması, otomobilin çarpışması, hava, iklim ve sismik davranışlar) oluşturulmasında ihtiyaç duyulan pek çok değişken ve verinin depolanması ve işlenmesi gereksinimidir. Günümüzde büyük veri (big data) boyutuna varan farklı değişken ve verinin depolanma, işlenme ve hesaplanma gereksinimi yeni kuşak YBH sistemlerini gerekli kılmaktadır. Böylece, karmaşık biyolojik yapıların analizi, uzay çalışmaları, iklim modellemeleri, yeni nesil ilaçların geliştirilmesi için modellemeler ve benzetimler daha kısa sürede ve yüksek güvenilirlikte yapılabilmektedir. Ülkemizden güncel bir örnekle, mayına ve el yapımı yüksek patlayıcılara dayanıklı zırhlı araçların tasarımı ve benzetiminde kullanılarak insan kaybı en aza indirilebilecektir. Süper bilgisayarlar hemen bütün büyük bilimsel projelerin ayrılmaz bir parçasıdır. Süper bilgisayarları başarımlarına göre sıralayan TOP500’e göre, Çin 33,86 petaflop kapasiteli Tianhe2 (Saman Yolu2) süper bilgisayarıyla birinci sırada. ABD’yi harekete geçiren de araştırmacıların bu durumdan duydukları rahatsızlık olmalı. Haziran 2015 sıralamasının sürprizi ise ilk kez Ortadoğu’dan bir ülkenin, Suudi Arabistan’ın “King Abdullah University of Science and Technology” de kurduğu 5,536 petaflop kapasiteli “The Shaheen II” ile yedinci sıradan listeye girmesi oldu. Listedeki 68 sistemin başarımı 1 petaflopdan yüksektir. İlk 500 süper bilgisayarın 233’ü (%46) ABD’de, Japonya’nın 40, Çin ve Almanya’nın 37’şer, İngiltere’nin 29, Fransa’nın 27, Hindistan’ın 11, G. Kore’nin 9, Rusya’nın 8 Polonya’nın 7 süper bilgisayarı var. Gelişmiş ve gelişmekte olan ülkelerde YBH’ye verilen önem ve ayrılan kaynaklara ve buna paralel olarak YBH kullanımının yaygınlığına bakıldığında ülkemizin bu konuda oldukça gerilerde olduğu gözlenmektedir. Maalesef Türkiye ilk 500’de yok. Ülkemizde bilimsel faaliyetlerde gereksinim duyulan yüksek başarımlı hesaplama çalışmaları için donanım kaynaklarını İTÜUlusal Hesaplama Merkezi (UheM) ve Türk Ulusal eBilim eAltyapısı (TRUBA) sunmaktadır. Yıldız Teknik Üniversitesi’nde de benzer bir merkez kurulmaktadır. UheM web sayfasında merkezin kullanımına ilişkin herhangi bir istatistik veri bulunmuyor. TRUBA’nın Mart 2015 verilerine göre 113’den fazla üniversite ve araştırma kurumunca 56 farklı disiplinden, 1.100’den fazla araştırmacının kullandığı merkezden en çok fizikçiler yararlanıyor (%35). Sonra kimya %13, bilgisayar mühendisliği %11, elektrikelektronik mühendisliği %4, makine mühendisliği %3’le geliyor. Kurumsal yararlanmada ODTÜ ilk sırada (%15). Sonra Boğaziçi %10, İTÜ ve Bilkent %5’erle geliyor. Bu merkezlerden sanayi kesiminin yararlanmasına ilişkin herhangi bir veriye rastlanmamıştır. Ülkemizin sahip olduğu YHB kapasitesinin bilim teknoloji yenilik esaslı bir gelişmeye yeterli olup olmadığını her düzeyde uluslararası sıralamalardaki yerimize bakarak yorumlayabiliriz ama sanırım esas sorun başkan var ulusunun geleceğini inşa eder başkan var saray… Süper bilgisayarlar bütün büyük bilimsel projelerin ayrılmaz bir parçasıdır S Erdal Musoğlu, emusoglu@gmail.com entetik biyoloji, mühendislik disiplinini ve prensiplerini canlılara uygulamayı hedefleyen bilim dalıdır (1). Yaşambilimin (biyolojinin) disiplinler arası bir dalı olan sentetik biyoloji, biyoteknoloji, evrimsel ve moleküler biyoloji, biyofizik, genetik mühendislik ve bilgisayar mühendisliği gibi disiplinleri bir araya getirir. Sentetik biyoloji, biyoteknolojinin hedeflerini daha da ileriye götürür. Bilgi işleyen, kimyevi maddeleri işlemden geçiren, yeni malzeme ve yapılar oluşturan, enerji ve gıda üreten, insan sağlığını destekleyen biyolojik sistemlerin tasarım ve yapımı sentetik biyolojinin en önemli hedefleridir. Doğal evrim, bilindiği gibi, rastlantıyı gerekliliğe dönüştürerek, canlıları milyonlarca yıla yayılan sürelerde değiştirir. Sentetik biyoloji ise doğada olmayan genler ve enzimler oluşturarak belirli bir işlevi gerçekleştirecek organizmaları doğrudan tasarlamayı hedefler. Söz konusu organizmalar çeşitli kimyevi maddeler, biyoalgılayıcılar, hatta yakıt ve gıda sentezlemek (üretmek) için kullanılabilirler. Daha 1978 yılında Genentech firması, E. Coli bakterisinin genetiğinde yapılan değişikliklerle, insan vücudunun ürettiği ensülinin sentetik üretimini sağlamıştır. 2000’li yıllarda, insan genomunun çözümü yarışı sonrası geliştirilen yöntem ve aygıtlar ise canlıların ve bireylerin genom çözümlerini ve DNA sentezlemesini giderek daha hızlı ve ucuza yapmaktadırlar. Sentetik biyoloji sayesinde, grip virüsü gibi hızla mütasyon geçiren ve küresel salgınlara yol açan organizmalara karşı yepyeni aşılar üretilebilecektir. Örneğin, Çin’de 2013’de görülen kuş gribi sonrası, çinli bilim insanları bu gribe yol açan virüsün DNA’sını sekanslamış (dizisini çözmüş) ve dizi bilgisini sayısallaştırarak eposta ile ABD’ye iletmiştir (2). Hastalığa karşı aşı ise söz konusu sayısal DNA’dan hareketle yapılan biyosentezleme yöntemi ile yanlızca 10 saatte üretilmiştir! Klasik aşı üretimi ile karşılaştırıldığında bu gerçek bir devrimdir. Dikkat edilirse bu süreçte, aşının sentezlenmesi kadar genom çözümü bilgisinin sayısal olarak anında iletilebilmesi de önemlidir. ‘Sayısal Yaşam’ adı da verilen bu yöntemin, gelecekte, örneğin Mars gezegenine robot ya da insanlarla yapılan yolculuklar sıklaştığında, yerinde organizma sentezlemek (DNA bilgisinden hareketle canlı yaratmak!) için de kullanılabileceği düşünülmektedir. Yapay gen ve DNA sentezi: 2000’de Hepatit C, 2002’de Polio virüslerinin genomları araştırma ve tedavi amaçları ile sentezlendi. 2010’da ise Craig Venter Enstitüsü araştırıcıları bir bakterinin DNA’sının tamamını sentezle üreterek, DNA’sı çıkarılmış bir diğer bakteriye yerleştirdiler. Yeni bakteri tüm büyüme ve çoğalma işlevlerini yerine getirdi. Birçok uzman bu buluşu yapay yaşama atılan ilk adım olarak nitelemekte. Bilgi depolama: Sentezle üretilen DNA’lar sayı sal bilgiyi nanoölçekte depolamak ve hatasız okumak için de kullanılabilmektedir. Şimdiden, deneme amaçlı olarak, birçok kitap DNA’ya yerleştirilmiştir! Yeni proteinlerin ve kimyasalların tasarımı: Sentetik biyoloji teknikleri ile doğada olmayan proteinler oluşturulabilmektedir. Buna bir örnek, alyuvarlarımızın yaptığı gibi, oksijen moleküllerine bağlanabilen bir yapay proteindir. Bir diğer örnek ise malarya aşısı artemisinin’in genomu değiştirilmiş organizmalar aracılığı ile üretimidir. Biyoalgılayıcılar: Biyoalgılayıcılar (biosensors) genelde DNA ları değiştirilmiş bakteriler ile üretilir ve ağır metal ve toksinler gibi zararlı çevresel değişiklikleri algılamakta kullanılır. Buna bir örnek, DNA’sının yalnızca 5 geni değiştirilmiş olan ve petrol atıklarına rastladığında ışık veren bir bakteridir. Yeni malzeme üretimi: Sentetik biyoloji yöntemleri malzeme bilimine de (material science) uygulanabilir. Böylece, özellikleri genetik olarak kodlanmış nano malzemeler üretilebilir. Bu yöntemlerle, halen, çok işlevli nanofiberler ve biyofilmler oluşturulabilmektedir. Sentetik biyoloji ile üretilecek organizmaların laboratuar ortamı dışında bulunmaları ve doğadaki diğer canlılarla etkileşmeleri, hiç beklenmedik ve çok tehlikeli sonuçlara yol açabilir. Sentetik biyoloji ve ‘Yapay Yaşam’ (3) dallarının Dr. Craig Venter (4) gibi öncüleri, oluşturulacak canlıların DNA’larında, bu amaçla birçok ‘otomatik devre kesici anahtar’ görevi yapacak genler olacağını ve yukarıdaki etkilerin oluşmasının önleneceğini ısrarla vurgulamaktalar. Birçok önde gelen bilim adamı ise yaşamı DNA dizimine indirgemenin çok büyük bir basitleştirme olduğunu, bu yolla yapay yaşam sentezlemenin hem hayalci hem de çok tehlikeli olduğunu belirtmekte ve GDO’ların doğal tarım ürünleri ve biyoçeşitlilik üzerindeki olumsuz etkilerini örnek olarak göstermekteler. Dolayısı ile, sentetik biyoloji, birçok bilimsel ve teknik güçlüklere ek olarak etik ve güvenlik açılarından da önemli sorunlarla karşılaşmaktadır. AB nin COSY ve SYNBIOSAFE projeleri bu konulardaki önemli sorunları ve önlemleri belirleme ve toplumu bilgilendirme çalışmaları yürütmektedir. ABD’de de Başkanlık Biyoetik Komisyonu bu konuları incelemiş ve bu genç bilim dalını hem destekleme hem de yakından kontrol etme önerilerinde bulunmuştur. Uygar dünyanın gündemi işte böyle konulardan oluşuyor. Bilim, teknoloji, etik, insanlığın geleceği, gelişimi, güveni... Darısı, cehaletin ve gericiliğin esaretinden kurtulmayı başarabilirse, ülkemizin başına. Referanslar: 1 https://en.wikipedia.org/wiki/Syntheticbiology 2http://stm.sciencemag.org/content/5/185/185ra68 3 http://alife.org/ 4http://www.jcvi.org/cms/about/bios/jcventer/?emx=22 BİYOGÜVENLİK VE BİYOETİK