21. Yüzyılda Yeni Bir Biyoloji
Biyoloji, Birleşik Devletler ve dünyayla yüzleşen birçok büyük zorluğa pratik çözümler üretme potansiyeline sahiptir.
Bu raporda, biyolojide daha fazla entegrasyona ve fiziksel, hesaplamalı ve yerbilimcileri bilim insanları, matematikçiler ve mühendisler ile yakın işbirliği üzerine kurulu olan "Yeni Biyoloji" yaklaşımı dört temel toplumsal gereksinime çözüm bulmak için kullanılmalıdır: Sürdürülebilir gıda üretimi, ekosistemin restorasyonu, optimize edilmiş biyoyakıt üretimi ve insan sağlığındaki iyileşme. Yaklaşım, zorlukların üstesinden gelmeye ve genel olarak yaşam bilimleri araştırmasının getirisini iyileştirmeye yardımcı olmak için federal, özel ve akademik sektörlerdeki kaynakları kaldırabilecek koordineli bir çaba gerektiriyor.
Yiyeceklerin bol olduğu, çevrenin geliştiği, enerjinin temiz, yenilenebilir kaynaklardan geldiği ve iyi bir sağlık olduğu bir dünyayı hayal edin. Biyolojik araştırmalara yönelik işbirlikçi, disiplinler arası bir yaklaşım -bir Yeni Biyoloji- bu hedeflere doğru gerçek bir ilerleme sağlayabilir.
Son yıllarda, yaşam bilimleri alt disiplinleri arasındaki sınırlar bulanıklaşmaya başlamıştır. Uzmanlaşmış alanlarda ortaya çıkan araçlar ve kavramlar artık biyolojide uygulanmakta ve alanlar arasındaki bağlantıları ortaya koymaktadır. Örneğin, birçok organizma için genetik bilgi tamamen tanımlandığına göre; araştırmacılar, meyve sinekleri ve insanlar kadar çeşitli türlerin evrimsel gelişimini karşılaştırabilir, böylece tüm canlı türleri tarafından paylaşılan özellikleri ve her bir organizmayı benzersiz kılan özelliklerini keşfedebilirler. Belirli bir örnek, evrimsel ve gelişimsel biyolojiyi birleştiren araştırmalardan gelmektedir. Evo-devo, yeni alan adı verildiğinde,
farklı hayvanların vücut planlarının neredeyse tüm yaşam formlarında bulunan genlerin "alet kutusu" nun farklı seviyelerde ortaya çıktığı sonucuna varmıştır.
Yeni teknolojiler ve araçlar sayesinde, biyologlar tek bir hücre, genom veya organizmayı incelemekten öteye gidiyor ve moleküllerden ekosistemlere kadar doğanın mühendisliğinin sırlarını daha yakından keşfediyorlar. Biyologlar, bilim adamları ve diğer disiplinlerdeki mühendisler arasındaki işbirliği, genom dizilimi projeleri tarafından üretilen muazzam miktardaki verilerin yorumlanması gibi önemli zorluklara yönelik pratik çözümler geliştirmeye yardımcı oluyor.
Bu son gelişmelerin potansiyeline rağmen parçaların tanımlanmasından kompleks biyolojik sistemleri belirleme aşamasına geçmek için yapılması gereken çok şey var. Dahası, ekosistem onarımı veya bireyselleştirilmiş tıp gibi pratik uygulamalar için gerekli olan sistem tasarımı, manipülasyonu ve tahmini mevcut yeteneklerin çok üzerindedir. Raporun yazarlık komitesi, biyoloji araştırmalarını bilim ve mühendislikteki diğer dallardaki gelişmelere bağlamak için bir çerçeve sağlamak için Yeni Biyoloji fikrini geliştirdi.
Biyolojik bilimlerin sunduğu büyük potansiyelden yararlanmak için, Ulusal Sağlık Enstitüleri, Ulusal Bilim Kurumu ve Enerji Bakanlığı, Birleşik Devletlerdeki mevcut biyolojik araştırmaların durumunu incelemek için bu Ulusal Araştırma Konseyi raporuna eş destek verdiler ve Biyologların biyolojik araştırma bulgularını entegre etmelerine, son derece artan miktarlarda verilerin toplanmasına ve yorumlanmasına ve karmaşık biyolojik sistemlerin davranışlarını öngörmesine olanak tanıyan son teknolojik ve bilimsel gelişmelerden en iyi yararlanma biçimi.
Meydan Okumalar Yaşıyor
Raporda, Yeni Biyolojinin önemli katkılarda bulunabileceği pratik faydalarla (gıda, çevre, enerji ve sağlık) kritik ekonomik sektörler üzerinde araştırma çabalarına odaklanılması önerildi. Her meydan okuma, tek bir bilimsel topluluğun veya federal ajansın kapsamı dışındadır ve bu somut problemlerle mücadele için etkili bir strateji geliştirilmesi, çeşitli yetenek ve kaynakları bir araya getirecek ve Yeni Biyolojinin ortaya çıkmasına önemli bir ivme kazandıracaktır.
Gıda Sorunu: Herhangi bir besin bitkisini yetiştirme şartlarına uyarlayın
Dünyanın artan nüfusunu beslemek için yeterli miktarda sağlıklı besin sağlamak çok büyük bir mücadeledir; İklim koşullarının değişmesinin sıcaklığı değiştirebileceği ve önümüzdeki yıllarda yağış modelleri, dünya tarım bölgelerindeki büyüyen koşulların değiştirilmesi ve hatta düşük yorucu verimli toprağın seline neden olması. Bu zorluklar, daha fazla üretkenlik, artan zararlılara direnç, düşük gübre ve su gereksinimleri ve çeşitli koşullar altında gelişme becerisi ile kültür bitkileri yetiştirme kabiliyetini gerektirir.
Son yıllarda genetik mühendisliği ve bitki ıslahında kaydedilen ilerlemeler az sayıdaki önemli gıda ürününde üretkenlikte belirgin artışlara izin vermesine karşın, istenen özelliklere sahip yeni ürün çeşitlerinin yetiştirilmesi hala uzun ve pahalı bir girişimdir. Yeni Biyoloji, bitki gelişimini ve bazı bitkilerin zorlu çevre koşullarında gelişmesine yardımcı olan doğal olarak oluşan özelliklerin dizilimini artırmak için genetikçiler, ekolojistler ve bitki biyologları arasındaki işbirliğini kolaylaştırarak daha verimli bir yaklaşım sağlayabilir. Genetik mühendisliği ve konvansiyonel yetiştirme tekniklerindeki gelişmeleri ve bitki bitkilerinin içinde büyüyen karmaşık ekosistemleri daha iyi anlaması, değişen koşullarda gelişebilen bitkilerin üretimine yardımcı olacaktır.
Çevre Mücadelesi: Ekosistem hasarını teşhis etmek ve onarmak
İnsanlar, gıda, oksijen ve su gibi hayatın çıplak ihtiyaçlarına, insan hayatının gelişmesine izin veren, yapı malzemeleri, yakıt ve elyaf gibi giyim eşyalarına kadar her şey için ekosistemlere bağımlıdır. Hızlı iklim değişikliği karşısında ekosistemlerin gelişmeye devam etmesini sağlamak insan yaşamı için şarttır, ancak mevcut ekosistem izleme faaliyetleri sorunları tespit etmek veya hasar görmüş ekosistemleri onarmak için araçlar sağlamak için yetersizdir.
Yeni Biyoloji yaklaşımı, ekosistem işlevinin anlaşılmasını artırmak, ekosistem değişikliğini izlemek için bir ekosistem izleme sistemi uygulamak, risk altındaki ekosistemleri tanımlamak ve ekosistemin işlevini geliştirmek için ekolojinin bilgi tabanını yaşam bilimleri ve mühendislik alanlarının diğer yönleriyle birleştirerek ekosistemleri korumaya yardımcı olabilir. Ekosistem işlevini korumak ve yenilemek için etkin müdahaleler geliştirmek. Rapor, ekosistem işleviyle ilgili temel bilgileri, problem çözme teknikleriyle birleştiren ve hem ekosistemlerin izlenmesinde hem de tedavisinde temel alınan bu yeni alanın ekosistem mühendisliği olarak adlandırılabileceğini önermektedir.
Enerji Sorunu: Sürdürülebilir Alternatifleri Fosil Yakıtlara Genişletin
Dünya için enerji gereksinimlerinin 2030 yılına kadar yüzde 60 oranında artması bekleniyor; bu artışın büyük kısmı Hindistan ve Çin gibi hızla gelişen ekonomilerden geliyor. Mevcut enerji ihtiyacının büyük bir çoğunluğu fosil yakıtlarla karşılanırken, sürdürülebilir, verimli ve temiz enerji kaynaklarının geliştirilmesi, fosil yakıtlara olan bağımlılığımızı ve tüketimimizi azaltmak için çok önemlidir. 2007'de Kongre benzine 2022 yılına kadar önemli ölçüde yükselmesi gereken yenilenebilir yakıt hacmini çağırdı. Program, biyoyakıtın önemli bir kısmının, mısır taneciklerinin nişastasından etanol üretmek yerine, selülozdan (sapların ve bitkilerin diğer yapısal kısımlarından) yapılması gerektiğini öngörüyor.
Selüloz bazlı biyoyakıt üretmek için bitkiler bir selüloz kaynağı olarak yetiştirilir ve endüstriyel bir süreç selülozu yakıt haline getirmeye yarar. Yeni Biyoloji, bir sistem meydan okuması olarak yaklaşarak biyoyakıt üretimini daha ekonomik olarak rekabetçi hale getirme potansiyeli sunuyor: en çok gübre ve su girişi en az olan selülozu en fazla üreten bitkileri seçmek veya üretmek için farklı sektörlerden uzmanlığı bir araya getiren, Biyokütle üretmek için genetik olarak biyokütle üretimini daha verimli hale getirmek veya işlenmesi daha kolay selüloz üretmek ve mikrokristal enzimleri ve metabolik yolları, selülozun yakıta optimum şekilde dönüştürülmesi için uyarlamaktır.
Yeni Biyoloji, birçok disiplinden gelen bilgileri, biyolojik sistemlerin daha derin bir şekilde anlaşılmasını sağlayarak, toplumsal sorunlara biyolojiye dayalı çözümlerin geliştirilmesine ve yeni anlayışlara katkıda bulunan bireysel bilimsel disiplinlerin zenginleştirilmesine dayanır.
Sağlık Sorunu: Kişiselleştirilmiş Gözetim ve Bakımı Başarın
Günümüzde tıbbi karar verme çoğu zaman olasılıklara dayanmaktadır; Örneğin, yüksek kolesterol düzeyleri kalp hastalıklarıyla ilişkilidir ve erken evre kanserler öngörülebilir oranlarda metastaz yaparlar. Ancak her durum aynı değildir: belirli bir tümörün yayılması bazı insanlarda korkutucu bir hızla ortaya çıkabilir ve diğerlerinde yüksek kolestrollü bazı kişiler hiç kalp hastalığı geliştirmez.
Yakında her bireyin genomunu dizilemek ekonomik açıdan mümkün olsa da, bireyin genetik yapısıyla çevresel geçmişi arasındaki bağlantıyı ve bu bireyin sağlık riskleri, hastalık duyarlılığı ve tedaviye verdiği yanıt arasındaki hakiki anlayış halen mevcut yeteneklerin çok ötesindedir. Bu bağlantıları mantıklı düşünmek, beslenme, egzersiz, güneş ışığına maruz kalma, kimyasallar, virüsler ve bakteriler gibi çevresel faktörlerin kişinin genetik planının nasıl yürütüldüğünü anlamayı gerektirir. Artan kanıtlar insan sağlığının her bedeninde ya da içinde yaşayan mikrobik topluluklara bağlı olduğunu göstermektedir, bu nedenle sağlık analizlerinde mikrobiyal genomlar da hesaba katılmalıdır.
Gerçekten kişiselleştirilmiş tıbbın meydan okuması, federal hükümetin, bilim insanlarının geniş topluluğunun bilimsel ve teknik kaynaklarından yararlanan Yeni Biyoloji odaklı bir araştırma topluluğunu gerektirir. Bireysel sağlığı izlemek ve bireysel genetik ve çevre tarihinin bireysel sağlıkta oynadığı rolleri anlamak için gerekli olan kavramsal ve teknolojik gelişmeleri desteklemek için özel sektör tarafından desteklenmektedir.
Yeni Biyoloji İçin İşe Başlanması
En iyi kaynakların kullanılabilmesi amacıyla komite akademik, kamu ve özel sektörlerin büyük toplumsal konularda bilgilere ulaşmasını sağlamak, gerekli fonları sıralamak ve koordinasyonu sağlamak için Yeni Bir Biyoloji Girişimi kurmalarını önerir. Üniversitelerin, federal kurumların ve özel sektörün güç ve kaynakları üzerine inşa edilen Yeni Biyoloji, yukarıda ortaya konan zorlukların üstesinden gelmek için gerekli olan çeşitli disiplinleri bir araya getirecektir. Komite, Yeni Biyoloji Girişimi'nin kurulması için aşağıdaki tavsiyeleri yapar:
- Ulusal Yeni Biyoloji Girişimi, Toplumsal zorluklara çözüm üretmek için Yeni Biyolojinin ortaya çıkmasını ve büyümesini hızlandıracaktır. Bu raporda, gıda, enerji, çevre ve sağlık alanlarındaki güçlükler vurgulanarak, cesur ve spesifik bir hedef belirlenmesinin, çözümlere öngörülemeyen yollar yaratmak için inovasyonu teşvik ettiği gerekçesiyle vurgulanmaktadır. Büyük hedefler belirlemek, yenilikçiliğe yol açacaktır, çünkü sorunlar bilimi ilerletecektir.
- Bu Ulusal Girişimi en az 10 yıllık bir zaman çizelgesi ve mevcut araştırma bütçelerine ek olarak fon sağlayan kurumlar arası bir çaba olmalıdır.
- Yeni Biyolojinin başarısı için kritik olacak bilgi teknolojileri ve bilimlerine öncelik verilmelidir. Yeni Biyoloji'yi güçlendirecek teknolojileri ve araçları çaprazlama ihtiyacı sürüyor ancak nispeten küçük bir yatırım dört zorlama alanının her birinde büyük kazançlar elde edebiliyor.
- Ulusal Yeni Biyoloji Girişimi, kaynakları yeni biyologları eğitmek için gerekli olan disiplinler arası müfredatların, lisansüstü eğitim programlarının ve eğitimcilerin eğitiminin oluşturulması ve uygulanmasını destekleyen programlara ayırmalıdır.
İnsan Genomu Projesi ve Ötesi
İnsan genomu taslak dizisinin 2000 yılı sürümü, on yıl süren bir projenin ve milyarlarca dolarlık yatırımın doruk noktasıydı - sonuçta, herkesin tahmin edebileceği projeden çok daha fazla kazanılmıştı. Projenin başında, görevin tamamlanması için gereken teknoloji mevcut değildi, bu nedenle disiplinler arası yeni mühendis ekipleri, bilgisayar bilimcileri ve biyologlar yeni sıralama teknolojileri geliştirmek için birlikte çalıştılar. Günümüzde bu teknolojiler, tüm genom dizileme projelerinin rutin parçalarıdır ve dizilenmiş gen sayısının üstel bir şekilde artmasına yol açmıştır.
Düşük maliyetli ve yüksek verimli sıralama teknikleri, DNA diziliminin beklenmeyen birçok alanda yararlı bir araç haline getirilmesine de yardımcı olmuştur. İyi bir örnek, belirli bir çevredeki mikrobik sakinlerin (örn. Toprak veya su örneği) bir araya getirilmiş DNA'sının dizilimini içeren metagenomik alanlardır.
Bu, daha önce gizli olan mikrobik çeşitliliğin dünyasına dair bilgiler sağlar, çünkü mikroplar bitkilerin büyümesini destekler, insan sağlığını etkiliyor, tüm eko sistemlerin kritik bileşenleri ve yakıt üretmek için tasarlanabiliyorlar; yani dört hedefin hepsine katkıda bulunabiliyorlar, bu raporda yer aldı.
Metagenomikler, burada konfokal mikroskopi kullanılarak görülen, Hawai mürekkepbalığının (mavi) üzerinde yaşayan bu biyolüminesan bakteriler (kırmızı ve yeşil) gibi mikrop topluluklarına fikir verebilir. Görsel Fotoğraf: Dr. Joshua V. Troll, Wisconsin Üniversitesi, Madison.
Kaynak: http://www.cfm.brown.edu/faculty/gk/new_biology.pdf
Çeviren ve Düzenleyen: Dr. Yalçın DEDEOĞLU
BİYOLOJİ TÜRKİYE
-
OpenLAB Uygulamalı Laboratuvar Etkinliği Başarı İle Tamamlandı
-
Yeni biyolojinin özü
-
Biyoloğun Meslek İlkeleri
-
Prof. Dr. İsmühan POTOĞLU ERKARA Eskişehir Osmangazi Üniversitesi Biyoloji Bölüm Başkanlığı Görevine Başladı
-
Bugün Dünya Biyolojik Çeşitlilik Günü
-
5.Ulusal Biyologlar Kongresi Teşekkür Metni
-
Biyologların Hak Arayışını Kararlılıkla Sürdürüyoruz
-
6. Uluslararası Katılımlı Çukurova Biyoteknoloji Günleri Tamamlandı
-
Biyologlar Dayanışma Derneği 2017 etkinlikleri
-
İmpact faktörü yüksek olan "Biodegradation dergisi" " biosurfactant konusu" içeren çalışmalar için özel bir sayı çıkarıyor.
-
2. Üniversite ve İl Temsilcileri Buluşmasını
-
Çevre ve Şehircilik Bakanlığı Tabiat Varlıklarını Koruma Genel Müdürü Ziyareti
-
4. Ulusal Biyologlar Kongresi Tamamlandı
-
Bir toplumun bilimsiz gelişmesi
-
Dernek Yöneticileri Sağlık Bakanı Sayın Prof. Dr. Recep Akdağ İle Görüştüler.