Biomedya - Biyoteknoloji & Yaşam Bilimleri

Yani kabaca 2050 yılında Dünyamızda 2 milyar daha fazla insanla kaynaklarımızı paylaşmamız gerekecek. Bu durum ise yeryüzü kaynaklarını tüketmeden nasıl besleneceğimiz sorununu ortaya çıkarmakta. Bu soruya cevap olarak çok farklı yaklaşımlar var. Böcek çiftliklerinde proteince zengin böceklerin yetiştirilmesi, genetiği değiştirilmiş bitkilerle daha verimli tarım yapılması, laboratuvarda yapay et üretilmesi gibi farklı alanlardan farklı çözümler üzerine araştırmalar sürdürülmekte.

Bu duruma çözüm geliştirmek isteyen araştırmacıların bir kısmı ise fotosentez üzerine çalışmakta. Zaten fotosentez temel olarak tarımsal üretimin temelini oluşturan fizyolojik bir mekanizma. Araştırmacılar fotosentezi tekrar tasarlayarak daha verimli ürün almak mümkün mü sorusunun cevabını aramakta. Tabiki aslında genetiği değiştirilmiş organizmalarla ilgili farklı bir uygulama olduğunu da görmezden gelmemek gerekli. Çünkü araştırmacılar, sadece bir enzimin aktivitesini arttırmakta, bir bitkinin tüm karbon metabolizmasını değiştirmeye kadar geniş bir çerçevede fotosentez verimliliğini arttırmanın yollarını aramaktalar.

Donald Ort ve Sabeeha Merchant 2013 mayısında Cold Spring Harbor Laboratuvarlarında bitkileri ve fotosentezi yeniden tasarlayabilmek konusunda bir çalıştay organize etti ve botanik araştırmacıları ile bu sorulara cevap aradılar. Bu toplantı sonucunda “Fotosentezin yeniden tasarımı ve küresel gıda ve biyoenerji ihtiyacını karşılama” isimli bir yayın çıkardılar. Bu toplantıda ortaya çıkan fikirlerden biri bitkilerin katmanlanmasıydı. ekilen bitkilerin yapraklarının birbirine gölge yapmaması, güneşten faydalanım ve fotosentezin en yüksek seviyeye çıkması için ortaya konan bu yaklaşımda üstteki yapraklar kadar alttaki yapraklarında güneşlenmesinin arttırılması hedeflenmiştir.

Ancak bu çalışmaya katılanlar için, fotosentezin yeniden düzenlenmesi için bitkilerin yaprak dizilimlerinin optimize edilmesi kadar fizyolojik değişimlerin de fotosentezi arttıracağı aşikar bir konu. Bunun başında da RuBisCo enzimi gelmekte. RuBisCo karbon fiksasyonunda en temel basamaklardan birinde yer alıyor. Ancak RuBisCo enziminin iki özelliği fotosentezi yavaşlatıyor. Bunlardan birincisi enzimin yavaş olması. Çalışma grubundan Blankenship “Saniyede çok az turn over sayısı var” diyor ve ekliyor, “Saniyede milyonları bulan turn over’a sahip enzimler bulunurken RuBisCo çok yavaş kalıyor.” Bunun yanı sıra RuBisCo’nun karbondioksit ve oksijeni ayırma gücü kısıtlı. Yani substrat olarak karbondioksit yerine oksijene de bağlanabiliyor ve bu durumun yüzdesi bir hayli yüksek. %25-%30 oranında bu olay meydana gelebiliyor. Bu durum ise toksik yan ürünlerin çıkmasına sebep olurken, aynı zamanda karbon bağlama hızı ve etkinliğini düşürüyor.

Bunun yanı sıra araştırmacılar C4 metabolizmasını pirinç gibi C3 metabolizmasına sahip bitkilere yerleştirmenin de faydalı olabileceğini düşünüyorlar. Yani C4 metabolizmasına sahip bir pirinç türü geliştirmek hedefleniyor. Ancak bunun zor ve büyük bir hedef olduğunun farkındalar.

Bu çalışmaları ve modifikasyonları gerçekleştirmek için gerekebilecek araçları da derleyen araştırmacılar, gen aktarımı, genlerin değiştirilmesi, protein tasarımı ile RuBisCo’nun iyileştirilmesi ve sentetik genomik gibi pek çok uygulamayla bu hedeflere ulaşmayı planlıyorlar.

Genetiği değiştirilmiş tarım ürünlerine çok farklı bir yaklaşım olabilecek bu durum, insanların gelecekteki beslenme sorunu için gerçek bir çözüm üretebilecek mi ya da su ve diğer kaynaklar düşünüldüğünde yeterli gelecek mi tartışma yaratabilecek bir konu. Algal biyokütle ile proteinlerin üretilmesi, organik tarım ve tarım pratiklerine yönelen insanların sayısının her geçen gün artması, tarımsal üretimdeki zararlılar ve buna bağlı olarak kullanılan insektisit/herbisitler ve bunların toprak ve su kaynaklarına verdiği zararlar gibi pek çok sorunun bütünleşik ele alınacağı bir toplantının gelecekte oluşacak beslenme ve gıda üretimi problemleri için daha gerçekçi yaklaşımlar üretmesi mümkün olacaktır.

Kaynaklar:

http://www.un.org/en/development/desa/news/population/2015-report.html

Ort, Donald R., et al. "Redesigning photosynthesis to sustainably meet global food and bioenergy demand." Proceedings of the National Academy of Sciences 112.28 (2015): 8529-8536. http://www.pnas.org/content/112/28/8529.abstract

http://phys.org/news/2015-07-scientists-hack-photosynthesis-world-population.html