İlk kez 1919 yılında Karl Ereky tarafından kullanılan ve çağımızın en popüler kavramlarından biri olan biyoteknoloji; tıp, eczacılık, tarım, gıda ve çevre gibi alanlarda son yılların en hızlı gelişen, toplumu hızla etkileyen ve heyecan veren konulardan bir tanesidir. Hayvan, bitki ve mikroorganizmaları geliştirmek, doğal olarak bulunmayan veya ihtiyacımız kadar üretilemeyen ürünleri elde etmek için kullanılan teknolojilerin tümüne “biyoteknoloji” denir.
Biyoteknolojinin mazisi aslında milattan önce 1750’de Sümerler’e, mayalandırma yöntemi ile biranın elde edilmesine dayanıyor. Tarihsel süreç içerisindeki keşifler ve teknolojinin gelişmesiyle beraber biyoteknoloji de farklı bir boyuta ulaşmıştır. Günümüzde ilaç ve aşı üretimi, gen dizilimi, canlı organizmaların yeniden programlanması, akıllı virüslerin geliştirilmesi, kök hücre çalışmaları, sağlık cihazlarının üretimi gibi alanları kapsayan biyoteknoloji insanlığın birçok hayalinin gerçekleşmesini sağlamıştır.
Biyoteknolojiyi böylesine bir değere ulaştıran teknoloji ise yapay zekâdır. Yapay zekâ terimi, ilk kez 1956 yılında Dartmouth Konferansı’nda Prof. John McCarthy tarafından kullanılmıştır. Yapay zekâ, insanların düşünme kabiliyetinin bilgisayarlara kazandırılmasıyla kompleks sorunları tıpkı insan gibi çözüme ulaştırmayı amaçlayan sistemlerdir. Sayısal mantık yürütme, analiz yapma, ses algılama ve hareket etme gibi birçok özelliğe sahip olan yapay zekâ artık hayatımızın her yerinde işimizi kolaylaştırırken biyoteknolojiye de altın çağını yaşatmaktadır. Biyoteknolojide yapay zekâ kullanılmasıyla beraber zaman ve maliyet anlamında büyük kazanımlar elde edilmiştir. Günümüzde birçok biyoteknoloji şirketi yaptıkları analizlerde yapay zekâ ve yapay öğrenme metodu uygulamaktadır.
Microsoft Elevation ve CRISPR-Cas9
2020 Nobel Kimya Ödülü’nün sahibi olan ve “DNA’da Ameliyat Yapabilen Teknoloji” olarak anılan CRISPR-Cas9, bilim dünyasında heyecan yaratan bir uygulamadır. Kısaca tanımlamak gerekirse CRISPR-Cas9, bir genom düzenleme aracıdır. DNA üzerinde değişiklik yapmak için bugüne kadar kullanılan tekniklerin hepsinden daha hızlı, daha ucuz ve daha yüksek doğruluk oranına sahiptir. Bilim insanları CRISPR gen düzenleme teknolojisini hastalıkların tedavisinden başlayarak pek çok farklı alanda kullanmaktadırlar.
CRISPR her ne kadar yüzyılın buluşlarından biri sayılsa da DNA’yı doğru ve güvenli bir şekilde düzenlemek oldukça zor bir işlemdir. Bu teknik, rehber RNA’nın DNA’daki spesifik bir bölgeyi hedeflemesi ve düzenlemesine dayanır. Ancak rehber RNA, DNA’daki hedeflenen alandan farklı bir alana yönelebilir bu da istenmeyen yan etkilere sebep olabilir. Bu konu pek çok bilim insanının aklında soru işaretleri bırakmış ve tartışmalara sebep olmuştur.
Microsoft’un yeni yapay zekâsı “Elevation” tam da bu problemi çözmek için geliştirilmiş. Elevation, CRISPR verileri ve makine öğrenimi tekniğini kullanarak rehber-hedef etkileşimlerinin ve rehber RNA’nın farklı bir hedefe yönelmesinin ortaya çıkarabileceği yan etkileri öngörebiliyor. Bu sayede yanlış kesim kaynaklı yan etki riski azalıyor ve düzenleme süreci hızlanıyor. Sonuç olarak insan DNA’sının tüm bölgelerine yönelik rehber RNA’ların geliştirilme sürecinin büyük ölçüde hızlandırılabileceği düşünülüyor.
Biyoteknolojik İlaç ve Aşı Keşfinde Yapay Zekâ Kullanımı
Organizmalardan ve canlı sistemlerden biyolojik yöntemlerle üretilen ilaçlara biyoteknolojik ilaç denilmektedir. Günümüzde FDA’nın onayladığı biyoteknolojik ürünlerle tedavi edilen hastalıklar arasında kanser, hemofili, multiple skleroz, diyabet, hepatit, büyüme geriliği, akut miyokard enfarktüs ve romatoid artrit bulunmaktadır.
Biyoteknoloji şirketlerinin çalışmalarında yapay zekâ kullanması; uygun hasta popülasyonunun tanımlanmasına, bazı çalışmalara olan ihtiyacın azaltılmasına ya da ortadan kaldırılmasına ve hatta bazı durumlarda sanal bir hastada sonuçların tahmin edilmesine olanak tanımaktadır.
Yapay zekâyla tasarlanmış ilaç moleküllerinin insan deneylerine başlayan ilk şirket olan İngiliz start-up şirketi Exscientia, geleneksel yöntemler ile 4-5 yıl süren biyoteknolojik ilaç tasarımını geliştirdiği algoritmalarla 12 ay gibi kısa bir süreye indirebilmiştir. Bu kısa sürede tasarladığı yeni ilaç obsesif kompulsif bozukluğu olan hastaların tedavisinde kullanılmaktadır. Exscientia’nın yapay zekâ platformu, DSP-1181 olarak bilinen ve beyindeki belirli bir reseptörü hedefleyen yeni bileşiğin en iyi kimyasal yapısına karar vermek için bir dizi algoritma kullanmıştır. Algoritmalar on milyonlarca potansiyel molekül üretip aday molekülleri gözden geçirmiş ve hangilerinin sentezlenip test edileceğine karar vermiştir. 60 kişilik bir start-up olan Exscientia, metabolik hastalıklar gibi diğer durumlar için de yapay zekâ destekli yeni ilaç tasarım faaliyetlerini sürdürmektedir.
Yapay zekâ destekli çalışmalar yürüten bir diğer biyoteknoloji şirketi Osman Kibar tarafından ABD’de kurulan “Samumed”; bugün kanserden felce, saç dökülmesinden yaşlanmaya ve Alzheimer’a kadar geniş bir yelpazede DNA üzerinde çalışmalarıyla bilinmektedir.
Hastalık tedavisinde ve ilaç geliştirmede kullanılan biyoteknolojideki yapay zekâ algoritmaları, son dönemin en önemli başlıklarından biri olan Covid-19 aşı çalışmalarında da karşımıza çıkmaktadır. Dünyanın önde gelen biyoteknoloji şirketlerinden olan Pfizer, BioNTech ve Moderna’nın geliştirdiği mRNA aşılarındaki yapay zekâ desteği; pandemi sürecinde zaman, bütçe ve verimlilik açısından birçok fayda sağlamıştır.
Biyoteknolojide Yapay Zekâ Kullanımı İnsan Ömrünü Uzatır Mı?
Günümüzde birçok insan çeşitli hastalıklar ve yaralanmalar neticesinde doku ve organ yetmezliğiyle karşı karşıya kalıyor. Bu durum karşısında kaybedilenin yerini alabilecek yeni bir parça, doku veya organ naklinden başka çare bulunmuyor. Dünya genelinde yaklaşık 400 bin kişi organ nakli için sıra beklerken bu sayı ülkemizde 30 bin civarındadır. İhtiyacı karşılamaya yetmeyen organ bağışı ve uygun donör sayısı sebebiyle her yıl binlerce insan organ nakli beklerken yaşamını yitiriyor.
Biyoteknoloji ve yapay zekâ gibi birçok alandaki gelişmelerle ihtiyaç duyulan doku ve organları üretmek artık hayal olmaktan çıkıyor. Bu alanda en ilgi çeken konu ise şüphesiz 3D bio-yazıcılar.
Bio-yazıcıları diğer 3D yazıcılardan ayıran en önemli özellik, kullanılan baskı malzemesi yani biyomürekkeptir. Biyomürekkebin içeriğini 3D doku yapımında önemli bir rolü olan embriyonik kök hücreler ya da doku biyopsisi yöntemi ile herhangi bir organdan elde edilen yağ, kas, sinir, kemik iliği ve bağ dokusu hücreleri oluşturuyor.
Endüstri 4.0’ın bileşenlerinden biri olan 3D bio-yazıcılar ile ilk canlı doku üretimi 2009 yılında Novagen 3D Printing Technology ile başlamıştır. 3D bio-yazıcılar ile ilk zamanlar sadece doku baskısı alınabiliyorken günümüze kadar olan süreçte kemik, kıkırdak, kulak, burun, deri, kalp, karaciğer gibi birçok doku ve organın baskısı alınabilmiştir. Üretilen doku ve organların analizinin yapılmasında, canlılar üzerindeki biyouyumluluğunun test edilmesinde ve birçok aşamada yapay zekâ destekli bir çalışma ortaya konulması; verimlilik, zaman ve maliyet açısından oldukça olumlu sonuçlar ortaya koymuştur.
Bu süreçteki önemli gelişmelerden bir tanesi Organovo biyoteknoloji şirketinin 2015 yılında 3D bio-yazıcı (NovoGen MMX Bioprinter) kullanarak kalınlığı 500 mikrona kadar olan karaciğer dokusu üretmesiyle yaşanmıştır. İlk olarak medikal çalışmalar ve ilaç araştırmalarında kullanılan bu karaciğer, yaklaşık 40 gün kadar doğal fiziksel yapısını koruyabilmiş ve tamamen işlevselliğini sürdürebilmişti. Aynı yıl içerisindeki bir diğer önemli gelişme ise 3D bio-yazıcılar ile insan gözünün performansını yakından taklit edebilen gözün şematik modelini tasarlamak için yapay zekâ destekli tasarım kullanılmasıdır. Bu tasarımın gelecekte gerçek gözün yerini alabilecek kadar geliştirilmesi fikri oldukça heyecan vericidir.
2016 yılında BBC’nin yayınladığı bir habere göre Fransız kozmetik firması L’Oreal Paris, 3D bio-yazıcıyla insan cildi üretmek için Organovo biyoteknoloji şirketiyle bir araya geldi. Üretilen yapay cildin, L’Oreal Paris’in ürün testlerinde kullanılacağı açıklanmıştır. L’Oreal şu an da plastik cerrahi hastaları tarafından bağışlanan dokulardan her yaşa ve etnik kökene göre cilt numuneleri üretiyor.
Günümüze kadar olan süreçte yaşanan bu gelişmeler sağlık, endüstri ve hatta kozmetik sektörünün geleceği ve organ nakli bekleyen hastalar için yeni bir umut kaynağı olmuştur. “Grandview Research” tarafından yapılan araştırmalara göre önümüzdeki 5 yılda biyoteknolojide yapay zekâ kullanımının çok fazla olacağı öngörülmektedir.
Tüm bu hızlı gelişmeler karşısında insan düşünmeden edemiyor: Biyoteknolojinin sağlık alanındaki uygulamalarında yapay zekâ kullanımı insanoğlunun ölümsüz olma hayalini gerçekleştirebilecek mi?
Saygılarımla,
Eda ÇİL
PharmaIno Science Intern
Erciyes Üniversitesi Eczacılık Fakültesi
Kaynaklar:
- https://www.vona-int.com/tr/biyoteknoloji-nedir
- https://ebersmedical.com/enterprise/797-l-oreal-partnering-with-organovo-to-develop-3d-printed-human-skin-tissue-for-cosmetics-testing
- https://www.engadget.com/2018-01-10-microsoft-ai-crispr-accuracy.html
- https://www.biyologlar.com/ilac-sektorunde-biyoteknoloji
- https://www.youtube.com/watch?v=p5G5aMnExpI&list=WL&index=1
- https://www.akademikakil.com/3d-uc-boyutlu-yazicilar-ve-gelecegimiz-doku-ve-organ-uretimi-ile-gelecekte-sonsuz-yasam-mumkun-olabilir-mi/fundatastekinaksu/
- https://www.webtekno.com/bilim-haberleri/3d-yazici-organ-uretimi-h11837.html
