Klasik Biyoteknoloji
Klasik biyoteknoloji, fermantasyonun çok eski zamanlardan günümüze kadarki gelişimini konu edinir. Geçmişte yapılan deneyler ve keşiflerden elde edilen bilimsel ve uygulamalı bilgi birikimi, birçok endüstriyel süreç için sağlam bir temel oluşturmuş ve bu da bugünkü ürün ve hizmet bolluğunu sağlamıştır.
19. yüzyılın ortalarından günümüze hücre süreçleriyle ilgili biriktirilen tüm bilgiler, fermantasyon teknolojisinin geliştirilmesi için en küçük kırıntısına kadar kullanılmıştır. Fermantasyon hakkındaki bilgiler, çok sayıda önemli endüstriyel ürünün kolaylıkla imal edilebildiği bir seviyeye ulaşmıştır.
Bira/Alkol Üretimi
Bira üreticileri, 1700’lerin başında, büyük ölçekte alkol üretimine başlamıştır. İngiliz, Alman, Belçika ve kırmızı bira olarak bilinen ürünlerin üretimi için, maya hücrelerinin sıvı yüzeyine yükseldiği en iyi fermantasyon süreçleri önerilmiştir. 1883 yılında üreticiler, tabanda gerçekleşen fermantasyonu tanıtmışlardır. Bu süreçte maya, işlemin gerçekleştiği fıçının tabanında Soluk sarı renkli bira pale ale ) gibi birçok bira, ABD ’ de ve Avrupa ’ da bu yöntemle üretilmektedir.1800 lü yıllarda üreticiler, biranın fermantasyon sürecinde saf maya kültürü kullanımı için gerekli bilgi birikimine sahiplerdi. Bira mayası üretimi için, 1886 yılında E. C. Hansen tarafından bir ekipman tasarlanmıştır ve bugün hala kullanılmaktadır. 1911 yılında, üreticiler ezme işlemi boyunca asit oranını ölçebilecekleri yeni bir yöntem benimsemişlerdir. Böylelikle biralarının kalite kontrolünü daha iyi bir şekilde yapabilmişlerdir.
Sirke üretimi
Sirke, bu süreçte uzmanlığın ve ekipmanların ilerlemesine örnek olan, bir başka fermantasyon ürünüdür. Şarap, mikroorganizmaların faaliyetleri ile sirkeye dönüşünceye kadar sığ fıçılarda bekletilir. İlk sirke büyük olasılıkla tesadüfen elde edildi. Fakat üreticiler, havanın yani oksijenin bu dönüşüm sürecini hızlandırdığını fark etmişlerdir. Mangal kömürü gibi bir maddeyle dolu bir fermantasyon odası kullanılarak sirke üretimi için yeni bir yöntem geliştirilmiştir. Havalandırma ile şarap veya diğer bazı alkoller ortamdan uzaklaştırılır. Modern sirke üretiminde ise mayalandırma kullanılır. Sonraki yüzyıla geçerken, sirke üreticileri, üretimin kalite kontrol aşamasındaki değişkenler üzerinde hakimiyet kurmaya başlamışlardır.
Diğer Ticari Fermantasyon Ürünleri
1900 1940 yılları arasında, ticari fermantasyon ürünleri;
Gliserol,
Aseton,
Bütanol,
Laktik,
Sitrik asit ve Ekmek mayasını kapsayacak şekilde genişletilmiştir.
Aslında endüstriyel fermantasyon 1. Dünya Savaşı sırasında kurulmuştur. Çünkü Almanya, patlayıcılar için gerekli bir fermantasyon ürünü olan gliserole çok miktarda ihtiyaç duymaktaydı. Almanya, alkolik fermantasyonun substratı olan sodyum bisülfatı ekleyerek gerekli miktarda gliserol üretmiştir. Aseton ve bütanol de 1. Dünya Savaşı sırasında patlayıcılar için fermantasyonla üretilmiştir.
Modern Fermentörler
Organik çözücülerin fermantasyonu 1. Dünya Savaşı sırasında başlamıştır.1940 larda aseptik tekniklerin oluşturulmasıyla gelişmiştir. Mikrobiyal kontaminasyonu önlemek için buharla sterilize edilebilen fermentörler kullanılmıştır. Modern fermentörlerin ya da biyoreaktörlerin popüler olduğu ve antibiyotiklerin üretilebildiği süreç içerisinde 2 . Dünya Savaşı patlak vermiştir. Antibiyotikler, savaş sırasında bakterilerle mücadele etmek için duyulan ilaç ihtiyacından dolayı öncelikle üretilen ilk bileşenler olmuştur.
Penisilin Üretimi
Penisilin antibiyotiği, Penicillium kültürleri yoluyla üretilmiştir. Zamanla geniş ölçekli penisilinin üreten kültürler Diğer antibiyotiklerin fermantasyonu da hemen bunu takip etmiştir.
Biyotransformasyon
Klasik biyoteknoloji, terapötik değere sahip önemli maddelerin kimyasal dönüşümler yoluyla üretimine olanaksağlamıştır.1950’li yıllarda biyotransformasyon teknolojisi, kolesterolü diğer steroidlere dönüştürmek için geliştirilmiştir (örneğin kortizon ve cinsiyet hormonları gibi).Mikroorganizmalar, istenilen bileşik içindeki uygun substratı dönüştürmekte kullanılır.
Örneğin; kolesterol, mikrobiyal hidroksilasyon reaksiyonu ileöstrojen ve progesteron gibi steroidlere dönüştürülebilir. Mikroorganizmalar, steroidlerin dönüşümündeki temel basamaklardaki hidroksilasyon ve dehidroksilasyon reaksiyonlarını kolayca gerçekleştirebilirler.
Bitkisel steroidler de kimyasal dönüşümlerde substrat olarak kullanılabilirler. Mikroorganizmaların bu yeteneği, bileşiklerin geniş yelpazede sentezlenmesini ve alışılmadık substratların kullanımını ticari olarak mümkün hale getirmiştir.
Diğer Primer Metabolitlerin Üretimi
1950’li yılların ortalarında, aminoasitler ve diğer primer metabolitler üretilmiştir. Çok sayıda spesifik metabolit, fermantasyon süreci boyunca hücre metabolizmasının yönü değiştirilerek üretilebilmektedir. Aynı zamanda, enzimler ve vitaminler gibi diğer fermantasyon ürünleri de bu süreçlerle üretilmiştir.
Sekonder Metabolitlerin Üretimi
1960’lı yıllarda, mikrobiyal hücreler büyük ölçüde protein kaynağı olarak üretilmekteydiler. Aynı yıllarda birçok sekonder metabolit de fermantasyon ile üretilmeye ve terapötik (tedavi edici) aktiviteler için kullanılmaya başlandı.
Endüstriyel Fermentasyon
Bugün, amino asitler gibi primer metabolitler, farmasötik bileşenler, çeşitli kimyasal maddeler, hormonlar ve pigmentler ticari kullanım için endüstriyel fermantasyonla üretilmektedir.
Birçok antibiyotik de ticari olarak Antibiyotik üreten mikroorganizmalar büyük fermentörlerde yetiştirilir ve antibiyotiğin son ürünü elde edilir. Çeşitli alanlarda kullanılan enzimler de mikroorganizmalar, hayvan ve bitki hücreleri tarafından ticari olarak üretilmektedirler.
Modern Biyoteknoloji
Günümüzde, hücrede yer alan biyokimyasal reaksiyonlar, hücrenin genetik mimarisi ve hücre yapısı hakkındaki karmaşık bilgi birikimi ile canlılar manipüle edilebilmektedir.
Modern, multidisipliner biyoteknoloji, ilk mikroskoptan ilk moleküler klonlama deneylerine kadar 300 yıldan daha fazla bir süreye yayılan teknolojik gelişmelerin ve bilimsel keşiflerin bir sonucudur.
İlk mikroskopi ve gözlemler
1950 de, Hollandalı gözlük yapımcısı Zacharias Janssen ilk bileşik mikroskobu yapmıştır. Hollandalı tüccar ve bilim adamı Antonie van Leeuwenhoek, görüntüyü 200 kez büyüten bir mikroskop yapmıştır.
Hücre Teorisinin Gelişimi
Kendi araştırma araçlarını geliştiren bilim adamları, dokuların hücrelerden oluştuğunun ve bu hücrelerin de daha fazla hücre oluşturmak için bölündüğünün farkına varmaya başlamışlardır.
Dolayısıyla şu kanıya ulaşmışlardır: Her hücre canlıdır ve hücre, işleyen bir birimdir.1838’de Alman botanikçi, canlı bitki dokusunun hücrelerin bir araya gelmesiyle oluştuğunu ve her bir bitkinin tek bir hücreden ortaya çıktığını belirlemiştir.
Bir yıl sonra Alman Fizyolog Theodor Schwann hayvanlar için aynı kanıya varmıştır. Hücre teorisi 1858 yılında Alman patolog Rudolf Virchow tarafından şu şekilde ifade edilmiştir: Hücreler hücrelerden oluşur ve hücre yaşamın temel birimidir.
Vitalizmin Çöküşü
Bu zaman kadar geçerli olan vitalizm Tek bir parçadan ziyade organizmanın bir bütün olarak
canlılığa sahip olduğunu ifade eder. Hücre teorisinin açıklanmasıyla vitalizm gözden düşmüştür.1880’lerin başlarında mikroskop, doku koruma teknikleri ve boyamalardaki gelişmelerle bilim adamları hücre yapısını ve fonksiyonunu anlamada ilerleme kaydetmişlerdir.
Pastörizasyonun Keşfi
1850 ve 1880 yılları arasında, Louis Pasteur, yaşamın süreçleri hakkındaki bilgilerimize önemli bir katkıda bulunmuştur. Pasteur, şaraptaki maya hücrelerinin bozunmada etkili olduğunu ve bunun yıllanan şarabın ekşiliğini arttırdığını keşfetmiştir. Eğer alkol oluşumu sonrasında ve laktik asit üretimi öncesindeki (arada) ısıtma yapılırsa, şarabın korunduğunu tespit etmiştir. Bu ısıtma pastörizasyon olarak adlandırılır ve bugün yiyeceklerin korunmasında önemli rol oynar.
Mikroorganizmalar Nereden gelmektedir?
Pasteur, mikroorganizmaların düşünüldüğü gibi kendiliğinden oluşmadığıyla ilgili bir deney yapmıştır. Sterilize edilmiş, haşlanmış et suyunu, hem kuğu boyunlu şişeye hem de düz boyunlu şişeye yerleştirmiştir. Bir süre sonra sadece düz boyunlu şişedeki su kontamine olmuştur. Çünkü; havadan gelen mikroplar düz boyunlu şişenin boyun kısmından kolayca geçip suya ulaşabilir ve orada çoğalabilirlerken, kuğu boyunlu şişenin kıvrımlı kısmına takılıp kalırlar ve suya ulaşamazlar. Dolayısıyla mikroorganizmalar, diğer mikroorganizmaların oluşumuna yol açmaktadır.
Enzim Buluşu
1896 yılında Eduard Buchner, şekerin etil alkole dönüştürülmesinde maya hücrelerinin yerine maya özütünü kullanmıştır. Bu maya özütünün, enzimlerden oluştuğu (biyolojik katalizör) bulunmuştur.
Proteinlerin Kimyasal Yapısı
Proteinlerin kimyasal yapısı büyük merak konusuydu. Bilim adamları proteinlerin, genetik aktarımın ve biyokimyasal süreçlerin anahtarını sakladığına ve bunun proteinlerin karmaşıklığı ve çeşitliliği ile ilgisi olduğuna inanıyorlardı.1920’li ve 1930’lu yıllarda birçok önemli metaboliklerin biyokimyasal reaksiyonları aydınlatıldı. 1935 yılında, 20 aminoasidin hepsi izole edildi. Araştırmalar, teknolojideki gelişmelerle1920’lerin sonlarına doğru ultra santrifüj geliştirildi ve 1940’ların başlarında ultra santrifügasyon yöntemi ile hücre organellerinin ve makromoleküllerin büyüklük, şekil ve yoğunluğa göre ayrılması sağlanmıştı.
Birbirini Takip Eden Gelişmeler
1-Gelişmiş mikroskop bulundu.
2-Kalıtım prensipleri ortaya çıktı
3-Kalıtsal materyale ilişkin araştırmalar yapıldı
4-Gen ve protein arasındaki ilişki incelendi
5-Griffith Transformasyon deneyi
6-Avery MacLeod McCarty deneyi
Modern Biyoteknolojiye Geçiş
Modern biyoteknolojinin bilimsel temeli sadece nükleik asitlerin bulunması ile atılmadı. Ayrıca in vitro ortamda DNA’yı işlemek için enzimatik araçların aydınlatılması gerekti. Bilim insanları, DNA sentezine, Spesifik fragmentler içinde DNA kesimine ve Onları farklı kombinasyonlarda birleştirilmesine izin veren enzimler saflaştırdılar.
Modern biyoteknoloji alanında ilerlemeler ile;
Tıp ve veterinerlikle ilgili ilaçların üretim, Bilimsel tarım, Hayvan bilimi, Çevre bilimi, Biyoetik ve patent konularında devrim niteliğinde gelişmeler yaşanmıştır.
KAYNAKÇA
http://bektastepe.net/course slides/biyoteknoloji.html
kimyevi.science.blog 