Sürdürülebilir Tarım için Biyoteknolojik Çözümler: Genetiği Değiştirilmiş Böcek Patojeni Mikroorganizmalar

Phynart Studio/iStockphoto.com                                                           

Son yüzyılda dünya nüfusunun hızla artması, tarımsal üretimde ciddi baskılar yaratıyor. Birleşmiş Milletler’in tahminlerine göre 2100 yılında dünya nüfusunun 10 milyarı aşacağı öngörülüyor. Artan nüfusun besin ihtiyaçlarının karşılanması, yalnızca üretimin artırılmasıyla değil, aynı zamanda bu üretimin çevresel sürdürülebilirlik ilkesine uygun şekilde gerçekleştirilmesiyle mümkün olabilir. Geçtiğimiz yüzyılda gerçekleşen 'Yeşil Devrim' hareketi, tarımsal verimliliği artırmak adına kimyasal gübre ve pestisit kullanımını yaygınlaştırmıştı. Bu uygulamalar kısa vadede üretimi artırsa da uzun vadede toprak verimliliğinin düşmesine, biyolojik çeşitliliğin azalmasına ve insan sağlığının olumsuz etkilenmesine yol açtı. Dünya Sağlık Örgütü verilerine göre her yıl yaklaşık 385 milyon kişi pestisit zehirlenmesine maruz kalıyor. Tüm bu olumsuzluklar, daha çevreci ve biyolojik temelli çözümlere ilgiyi artırdı. Bu kapsamda tarımsal zararlılarla mücadelede, özellikle entomopatojenik (böcek patojeni) mikroorganizmalar önemli bir alternatif olarak öne çıkıyor.

Entomopatojenik mikroorganizmalar, böceklerde hastalık yapabilen bakteri, virüs, mantar ve nematodları içeriyor. Doğada yaygın olarak bulunan bu mikroorganizmalar, tarımsal ürüne zarar veren böcekleri doğal yollarla hasta ederek etkisiz hâle getiriyor.

Entomopatojenik mikroorganizmalar arasında en dikkat çeken türlerden biri Bacillus thuringiensis (Bt) bakterisi. Bt bakterisi, bazı böcek larvalarını hedef alarak öldüren Cry adlı proteinleri (toksin) üretir. Bu proteinler, böceğin sindirim sisteminde hasara neden olarak larvanın ölümüne sebep olur. Bt bakterisinin avantajı; insanlar, hayvanlar ve faydalı böcekler üzerinde zararlı etkilerinin olmaması ve çevrede biyolojik olarak parçalanabilir olmasıdır. Bu nedenle tarımda zararlı böceklere karşı biyolojik mücadelede büyük önem taşıyor. Bt bakterisi tarımda doğrudan biyopestisit olarak kullanılabilirken genetik mühendisliği sayesinde bu bakterilerin Cry proteinlerini üreten genleri bitkilere aktarılabiliyor. Böylece bitkiler zararlılara karşı kendilerini savunabilir hâle geliyor.

Bt domates, Bt mısır ve Bt pamuk gibi genetiği değiştirilmiş ürünler, özellikle ABD, Latin Amerika, Japonya ve Çin’de yaygın uygulamalarla pestisit kullanımını azaltarak tarımsal verimliliği artırmayı sağladı. Ancak böceklerin bu organizma/mikroorganizmalara zamanla direnç geliştirebilmesi, daha gelişmiş biyoteknolojik çözümleri gerekli kılıyor. Bu çözümlerden biri Rekombinant DNA teknolojisiyle birden fazla Cry proteinini aynı anda üretebilen mikroorganizmalar ve bitkiler geliştirilmesidir. Bu 'gen yığılması' (gene pyramiding) stratejisi, böceklerin tüm proteinlere aynı anda direnç geliştirmesini engellemeyi hedefliyor.

Uğur Azizoğlu, University of California Riverside, Sachs Lab

Son araştırmalar, Bt bakterileri üzerinde genetik düzenlemeler yaparak yalnızca Cry proteinlerini değil, aynı zamanda zararlı böcek gelişimini engelleyen peptit ve hormonların üretimini de sağladı. Bu sayede çevreye zarar vermeden zararlı popülasyonlarının kontrol altına alınabileceği yeni nesil biyopestisitler geliştiriliyor.

Elbette bu teknolojilerin çevresel etkileri ve biyogüvenlik yönlerinin de göz önünde bulundurulması gerekiyor. Özellikle genetiği değiştirilmiş organizmaların ekosistemdeki dolaşımı, faydalı böcekler üzerindeki olası etkileri ve genetik materyalin hedef olmayan organizmalara geçiş riskinin etraflıca araştırılması gerekiyor. Doğaya ve insan sağlığına zarar vermeden zararlı böceklerle mücadelede etkili olan bu biyoteknolojik araçların güvenli kullanımı ve yaygınlaştırılması, gıda güvenliğini sağlamada kilit rol oynayacak gibi görünüyor.

Kaynaklar:

• Azizoglu, U., et al. (2023). Biotechnological advances in Bacillus thuringiensis and its toxins: Recent updates. Reviews in Environmental Science and Biotechnology, 22, 319–348. https://doi.org/10.1007/s11157-023-09652-5.
• Azizoglu, U., Jouzani, G. S., Yilmaz, N., Baz, E., & Ozkok, D. (2020). Genetically modified entomopathogenic bacteria, recent developments, benefits and impacts: A Review. Science of the Total Environment, 734, 139169. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.139169.
• Hedden, P. (2003). The genes of the Green Revolution. Trends in Genetics, 19(1), 5–9. https://doi.org/10.1016/S0168-9525(02)00009-4.
• Kumari, P., Tripathi, D. K., & Chhillar, H. (2022). Biotechnological approaches for host plant resistance to insect pests. Frontiers in Genetics, 13, 914029. https://doi.org/10.3389/fgene.2022.914029.
• Pingali, P. L. (2012). Green revolution: Impacts, limits and the path ahead. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 109(31), 12302–12308. https://doi.org/10.1073/pnas.0912953109.
• Qaim, M., (2009). The economics of genetically modified crops. Annual Review of Resource Economics 1, 665–669.
• Salehi Jouzani, G., Sharafi, R., Argentel-Martínez, L., Peñuelas-Rubio, O., Ozkan, C., Incegul, B., Goksu, R., Hayta, Z., Yilki, D., Yazici, B., Hancer, V., Sansinenea, E., Shin, J. H., El-Shabasy, A., & Azizoglu, U. (2025). Novel insights into Bacillus thuringiensis: Beyond its role as a bioinsecticide. Research in Microbiology, 176(3-4), 104264. https://doi.org/10.1016/j.resmic.2024.104264.
• Tabashnik, B. E., & Carrière, Y. (2015). Successes and failures of transgenic Bt crops: Global patterns of field-evolved resistance. In M. Soberón, Y. Gao, & A. Bravo (Eds.), Bt resistance: Characterization and strategies for GM crops producing Bacillus thuringiensis toxins (pp. 1–14). CABI. https://doi.org/10.1079/9781780644370.0001.
• Tudi, M., Ruan, H. D., Wang, L., Lyu, J., Sadler, R., Connell, D., Chu, C., & Phan, H. (2021). Agriculture development, pesticide application and its impact on the environment. International Journal of Environmental Research and Public Health, 18(3), 1112. https://doi.org/10.3390/ijerph18031112
• Watkins, P. R., Ellis, R. T., & Roberts, J. L. (2011). Insects, nematodes and other pests. In A. Altman & P. M. Hasegawa (Eds.), Plant biotechnology and agriculture: Prospects for the 21st century (1st ed., pp. 353–370). Elsevier. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-381466-1.00023-7.
• United Nations, Department of Economic and Social Affairs, Population Division. (2022). World Population Prospects 2022: Summary of results (Issue 9). https://www.un.org/development/desa/pd/sites/www.un.org.development.desa.pd/files/wpp2022_summary_of_results.pdf.

Yazar Hakkında:

Doç. Dr. Uğur Azizoğlu

Kayseri Üniversitesi, Safiye Çıkrıkçıoğlu Meslek Yüksekokulu, Bitkisel ve Hayvansal Üretim Bölümü

Erciyes Üniversitesi, Betül-Ziya Eren Genom ve Kök Hücre Araştırma Merkezi (GENKÖK)

Azizoglu Research Group