Konu Yorum
Biyomühendislik Çağı’nın başlangıcı, sadece insan sağlığını iyileştirme potansiyeli nedeniyle değil, dünyadaki herkes için çok büyük bir önem taşıyor. Uzun vadede, gelişmiş biyomühendislik teknolojilerinin gelişi bu gezegeni gerçekten sürdürülebilir kılmaya da yardımcı olacak.
Biyoloji dünyası, Yapay Zeka Çağı ve Temiz Enerji Çağı’nı başlatan dönüşümler kadar derin bir değişimden geçiyor. Aslında bu alanda olup bitenler, diğer iki alanda yaşananlara çok benziyor: Her biri birer mühendislik eşiğini aşmış durumda.
Hürmüz’ün Yedi Kalesi: İran’ın “Batmaz Uçak Gemileri” ve Küresel Enerji Denklemi
Okumak istersen →Yapay zekanın gelişi, zekayı bir teknolojiye dönüştürdü. İnsanlık tarihi boyunca zeka; mühendisliğini yapmayı bir kenara bırakın, henüz tam olarak anlayamadığımız karmaşık ve yumuşak beyinlerin içine hapsolmuştu. Artık zeki makinelerimiz var. Bu da demek oluyor ki zeka, teknolojilerin yapabildiği her şeyi yapmaya başlayabilir: Kapsamını genişletebilir, maliyetini düşürebilir ve sürekli daha iyiye gidebilir.
Aynı şey enerji dünyasında da yaşandı. İnsanlık tarihi boyunca enerji, sınırlı bir meta idi; yakıtı toplar ve yakardık. Ancak sonra, neredeyse sınırsız enerji kaynaklarından yararlanmak için güneş pilleri gibi teknolojileri nasıl kullanacağımızı çözdük. Artık enerji bir teknolojiye bağlı olduğu için, onu daha iyi ve daha ucuz hale getirmek adına mühendislik sürecini devam ettirebiliriz. Güneş ve rüzgar enerjisi şimdiden karbon bazlı yakıtlardan üretilen elektrikten daha ucuz ve daha da ucuzlamaya devam edecek.
Biyolojiyle hep iç içe yaşadık, ama artık biyomühendislikle yaşayacağız.
İnsanlık tarihi boyunca biyoloji —vücudumuza ve diğer tüm yaşam formlarına güç veren süreçler— olağanüstü karmaşık bir olguydu. Yaşamın mühendisliğini yapmayı bir yana bırakın, onu zar zor anlıyorduk. Ancak son birkaç on yılda bu durum değişti. Canlıların nasıl çalıştığını her geçen gün daha iyi kavrıyoruz. Hatta bu yolda, biyoteknolojileri kullanarak canlıları doğrudan tasarlamaya başlayabilecek kadar mesafe katettik. Artık diğer teknolojilerle yaptığımızı bunlarla da yapabiliriz: Zamanla onları daha iyi ve daha ucuz hale getirebiliriz.
Biyomühendislik, önümüzdeki 25 yıl boyunca dünyayı daha iyiye doğru dönüştürmede kilit bir rol oynayacak; ben bu gelecek döneme “Büyük İlerleme” (The Great Progression) diyorum ve bu, bir sonraki kitabımın konusu. Bu atılımların bir kısmı insan sağlığı dünyasında gerçekleşecek. Çoğu insan biyolojiyi düşündüğünde doğrudan bu alanı hatırlar ve Biyomühendislik Çağı’nda bu alanda köklü değişiklikler görmeyi bekleyebiliriz. Periyodik hastalıklara tepki vermekten, sağlığımızı öngördüğümüz ve yönettiğimiz bir sisteme geçeceğiz. Sadece hastalandığımızda daha hedef odaklı ilaçlara sahip olmakla kalmayacak, aynı zamanda daha iyi ve daha uzun yaşamamıza yardımcı olacak çok daha kişiselleştirilmiş bir sağlık hizmetine kavuşacağız.
İnsan sağlığı kadar önemli olan ancak üzerinde çok daha az durulan bir diğer konu da, doğanın geri kalanını şekillendirmek için biyoteknolojinin kullanılmasıdır. İnsan vücudunun nasıl çalıştığını ve onu daha iyi çalışması için nasıl tasarlayacağımızı öğrendikçe; eş zamanlı olarak tüm canlıların nasıl işlediğine dair de daha fazla bilgi ediniyoruz. İnsan genlerinin, hücrelerinin ve proteinlerinin nasıl çalıştığına dair yeni içgörülerimizi bitkilere, hayvanlara, bakterilere ve virüslere (ve tam tersi şekilde bunlardaki bilgileri insana) uygulayabiliriz. Hatta insanlar üzerinde deney yapmanın getirdiği etik ve yasal engeller göz önüne alındığında, insan dışı organizmaları tasarlamakta çok daha özgür olacağız.
Gelişmiş biyoteknoloji araçları, tarımı çok daha verimli ve yüksek teknolojili bir şekilde yönlendirmemize olanak tanıyacak. Arzu edilen özellikleri ekinlere ve hayvanlara doğrudan genetik mühendisliği ile aktarabileceğiz; bu, onlarca yıldır seçici yetiştirme gibi çok daha az hassas ve çok daha emek yoğun süreçlerle peşinden koştuğumuz bir şeydi. Bir de sentetik biyoloji var: Organizmaları daha önce hiç yapmadıkları şeyleri yapmaları için programladığımız, evrimin asla ulaşamadığı özellikler yarattığımız gelişmiş bir biyomühendislik dalı.
Bu yetenek sayısız olasılığın kapısını aralıyor; belki de şu an kullandıklarımızdan çok daha temiz inşaat malzemelerini biyomühendislik ile üreteceğiz. Nihai hedef, kirli endüstriyel üretimi mümkün olduğunca temiz biyolojik üretimle (biyo-üretim) değiştirmek ve böylece artan çevre sorunlarımıza çözüm bulmaya yardımcı olmaktır.
Eski Endüstriyel Üretim Sistemi
Son 15 yılda temiz enerji teknolojilerindeki inanılmaz teknolojik ilerlemeler ve fiyat düşüşleri, insanlığın iklim değişikliği konusunda dönüm noktasını geçebileceğine dair umut veriyor. Ancak enerji altyapımızı 2050 yılına kadar çoğunlukla temiz enerji teknolojilerine dönüştürsek bile, sorunun tamamını çözmüş olmayacağız.
Enerji kullanımı, insanların atmosfere $CO_{2}$ salmasının yollarından sadece biridir; inşa edilmiş çevre (yapılaşma) de bu soruna katkıda bulunur. Beton ve çelik şu anda hemen hemen her büyük yapıyı inşa etmek için temel malzemelerdir, ancak bunların imalatı $CO_{2}$ emisyonu üretir. Çimento ve beton, her yıl küresel toplam emisyonun %8’ini oluştururken; çelik ve diğer metaller %9’unu oluşturmaktadır.
Tarım da, esas olarak fosil yakıtlar kullanılarak üretilen amonyaktan elde edilen sentetik gübre kullanımı yoluyla bu duruma katkıda bulunur. Et için hayvan yetiştirmenin de bir etkisi vardır; sığırlar, sera gazı olarak $CO_{2}$‘den bile daha güçlü olan metan gazı salgılarlar.
Küresel ısınmayı tamamen çözsek bile, Dünya nüfusu 10 milyara ulaşırken bu yüzyılda başa çıkmamız gereken bazı büyük çevre sorunlarımız olmaya devam edecek.
Tüm bunlara geniş bir perspektiften bakalım. Modern dünya, karbon enerjisi olmasaydı bugünkü kadar gelişmiş ve müreffeh olamazdı. Kömür, petrol ve doğal gazdan yararlanma konusundaki birbirini izleyen atılımlar, bugün kanıksadığımız pek çok şeyin altyapısını oluşturan Sanayi Devrimi’ne güç vermek için kritik öneme sahipti. Bu enerji kaynaklarını kullanmada o kadar başarılı olduk ki, onları yakmanın bir yan ürünü olan $CO_{2}$, gezegenin iklimini değiştirdi. Kolektif olarak ne yaptığımızı son birkaç on yıla kadar tam olarak anlamamıştık bile.
Dolayısıyla, durumu tarafsız bir şekilde anlamanın yolu şudur: İnsanlığın o dönemde ulaştığı gelişmişlik düzeyi göz önüne alındığında, karbon enerjisi muhtemelen son birkaç yüzyıl boyunca medeniyete güç vermenin kaçınılmaz bir yoluydu. Ölçeklenebilir ve yoğunlaştırılmış güçlü enerji elde etmenin en bariz yoluydu. Ancak artık bu sistemin başlangıçta fark ettiğimizden daha fazla soruna yol açtığını biliyoruz. Temiz enerji sistemlerine geçebileceğimiz başka bir gelişim aşamasına ulaştık.
Aynı bakış açısı, Sanayi Devrimi’nin fabrika tabanlı üretim süreçlerine de uygulanabilir. 18. yüzyılda, Aydınlanma Dönemi ve Sanayi Devrimi’nin ilk günlerinde bu süreçler, önceki üretim yöntemlerine göre muazzam bir gelişmeydi ve dünyayı daha iyiye doğru değiştirme potansiyeline sahipti; nitekim büyük ölçüde bunu başardı da. Ancak yüzyıllar sonra, devasa boyutlara ulaştıktan sonra sistem artık miadını doldurmaya ve çözdüğünden daha fazla soruna yol açmaya başladı.
Endüstriyel üretimin yan ürünü olan kirlilik, karbon enerjisiyle aynı sorunlarla karşılaşıyor. Hatta aralarında bir örtüşme de söz konusu. Sanayi, küresel doğrudan $CO_{2}$ emisyonlarının yaklaşık dörtte birini oluşturuyor (tükettiği elektriği de sayarsanız bu oran üçte bire yaklaşıyor). Endüstriyel üretimin tüm süreci, genellikle madencilik şeklinde olan ve doğal çevre ile ekosistemler üzerinde olumsuz etkisi bulunan hammadde çıkarımıyla başlar. Ham mineraller daha sonra endüstriyel süreçlerde uç değerlerdeki sıcaklıklara kadar ısıtılır; bu süreçler yararlı ürünler üretirken, aynı zamanda toksik kimyasallar, hava ve su kirliliği şeklinde birçok istenmeyen yan ürün de yaratır.
Sanayi Devrimi’nin ilk günlerinde bu dışsallıklar dehşet vericiydi ve yaygın hasara yol açmıştı. Son 50 yılda hükümet düzenlemeleri ve teknolojik iyileştirmeler, gelişmiş ekonomilerdeki en kötü aşırılıkları dizginledi. Ancak küresel rakamlar hala çarpıcı: Sanayi, tarım ve evsel kullanımdan kaynaklanan küresel atık suyun tahminen %80’i arıtılmadan doğaya salınıyor. Hava kirliliği her yıl hala milyonlarca erken ölüme neden oluyor. Toksik atıklar toprağa gömülüyor ve yüzyıllarca, hatta daha uzun süre orada kalıyor.
Bunlar sadece mevcut endüstriyel süreçlerimizin istenmeyen yan ürünleri; üretmeyi amaçladığımız ürünler bile son derece sorunlu hale geliyor. Plastik, 20. yüzyılın çığır açan, ucuz ve dayanıklı bir mucize malzemesiydi. Ancak bugün, her yıl 20 milyon tondan fazla plastik ekosistemlere karışıyor. Gelişmekte olan dünyadaki nehirler, bin yıl boyunca bozunmayacak plastik şişelerle tıkanmış durumda. Okyanuslarda, Pasifik Okyanusu’nun ortasında yüzen yaklaşık 100.000 metrik tonluk bir kütle olan ve Fransa’nın yaklaşık üç katı büyüklüğündeki “Büyük Pasifik Çöp Yığını” gibi plastik birikintileri oluştu.
Eğer gerçekten sürdürülebilir bir dünya kurmak istiyorsak, sadece küresel ısınmayı çözmenin ötesine geçmeli; karadaki ve sudaki çevre kirliliğiyle de ilgilenmeliyiz. Modern dünyayı bugünkü haline getiren “çıkarımcı” (extractive) sistemlerin ötesine geçmeliyiz. Karbon enerjisi tamamen yer altından enerji kaynaklarını çıkarmakla ilgiliydi. Endüstriyel üretim de çıkarımcıydı: Hammaddeleri kazıp çıkarmak, aşırı ısı ve güç kullanarak onları yararlı ürünlere dönüştürmek ve sonra ihtiyacımız olmayan yan ürünleri çöpe atmak. Birkaç yüz yıl boyunca bunun yanımıza kar kalmasını sağladık. Ancak zaman doldu.
Şanslıyız ki, artık hem karbon enerjisinin hem de endüstriyel üretimin ötesine geçme yeteneğine sahibiz. Enerji cephesinde cevap temiz enerji teknolojileri; biyomühendislik ise —biyo-üretim yoluyla— mevcut endüstriyel süreçlerimizin yerini almaya başlayabilir. Bu dönüşümün tamamını önümüzdeki 25 yılda gerçekleştiremeyebiliriz ancak çok sıkı bir başlangıç yapabilir ve yüzyılın geri kalanında işi bitirebiliriz.
Doğanın Kusursuz Eserini Yeniden Tasarlamak
Yaşam, Dünya üzerindeki son birkaç milyar yıllık evrimini bir şeyler üretmenin en uygun yolunu belirleyerek geçirdi. Bir bitki işlevini sürdürmek için çok az enerjiye ihtiyaç duyar ve bu enerjiyi her gün ışımaya devam eden Güneş’ten alır. Bitkinin büyümesini sağlayan üretim, düşük sıcaklıklarda ve çevresindeki organizmalar üzerinde düşük etkiyle gerçekleşir. Ömrünün sonunda bitki biyolojik olarak parçalanır; toprağa geri döner ve burada ayrışan parçaları diğer yaşamları desteklemek için girdi olarak kullanılabilir.
İnsanlar henüz bir bitki ya da başka bir canlı kadar zarif/estetik herhangi bir şeyi tasarlayıp inşa edebilmiş değil. Ancak artık doğanın milyarlarca yıllık deneme yanılma sürecinden sonra ulaştığı tasarımları ve süreçleri inceleyebilir; son 25 yılda elimize geçen yeni araçları ve bilgileri kullanarak bu teknikleri kopyalayabiliriz. İnsanlığın gelecekte neleri inşa edebileceği konusunda devasa bir kademe atladık. Artık Biyomühendislik Çağı’na adım attık.
Bu kademe atlayışı, sadece endüstriyel üretimin kötü dışsallıklarını elimizden geldiğince hafifletmeye devam etmekle kalmayıp, bu eski üretim yönteminin birçok yönünü yeni biyo-üretim biçimleriyle ikame etme ve hızla genişleyen bir sentetik biyoloji dünyası yaratma potansiyeline sahip olduğumuz anlamına geliyor.
Su yollarımızı tıkayan plastik şişe belasını ele alalım. Yeni biyomühendislik araçlarımızı ve doğadan öğrendiklerimizi kullanarak, doğru koşullar altında biyolojik olarak parçalanabilen plastik alternatifleri tasarlayabiliriz. Bu malzemeden yapılmış bir şişe, mağazalarda ve evlerde içecekleri muhafaza edebilir; ancak tuzlu suya veya uzun süreli güneş ışığına maruz kaldığında parçalanarak okyanuslarımızı veya doğayı kirletmemesi sağlanabilir.
Bu malzemeye henüz tam olarak sahip değiliz ancak biyolojik olarak parçalanabilen torbalar ve pipetler gibi ürünler bu yönde iyi bir ilerleme kaydettiğimizi gösteriyor. Biyolojik olarak parçalanabilen şişe, kesinlikle önümüzdeki on yıl civarında gerçekleşecek bir gelişmedir.
Aynı yeniden mühendislik yaklaşımını, sorunlu birçok endüstriyel ürüne alternatif düşünmek için de kullanabilirsiniz. Endüstriyel olanların yerine geçecek ürünler yapmak için doğadaki teknikleri nasıl uygulayabiliriz? Canlılara nasıl genetik mühendisliği yapacağımızı anladığımıza göre, doğanın halihazırda bulduğu çözümleri nasıl yeniden yönlendirebilir veya geliştirebiliriz?
Karbon etkilerini azaltmak için çelik ve çimento kullanımını küçültmemiz gerekiyor. Daha iyi inşaat malzemeleri için biyomühendislik kullanabilir miyiz? Belki de ağaçları daha güçlü, ateşe daha dayanıklı ve daha hızlı büyüyecek şekilde genetik olarak tasarlarız. Bu teknikler şu anda üniversitelerde ve laboratuvarlarda araştırılıyor.
Biyomühendisliğin ilk aşamaları için “toplanmaya hazır diğer düşük meyveler” arasında mahsuller için gübre alternatifleri geliştirmek yer alıyor. Belirli doğal mikroplar; nitrojeni nasıl bağlayacaklarını (gübrelemenin anahtarı), zararlıları nasıl hedefleyeceklerini ve bu süreçte toprak sağlığını nasıl geri kazanacaklarını biliyorlar. Bunlar, organik çiftçilerin şu anda kullandığı düzensiz yöntemlerin çok ötesinde ölçeklendirilebilir.
Tekstil ve polyester, naylon, akrilik gibi sentetik liflerin üretiminde kullanılan endüstriyel süreçlerin yerini, daha iyi biyomühendislik ürünleri alabilir. Doğa; kıyafetlerde iyi işleyen ve mikroplastik dökmeyen mikrobiyal ipek gibi polimerleri nasıl eğireceğini zaten biliyor.
Bir Teknoloji Olarak Et
Yapay et (kültür eti), biyomühendisliğin gelecekteki gidişatı hakkında daha iyi bir fikir verecek kadar gelişmiş durumdadır.
2013 yılında, tam da CRISPR atılımını gerçekleştirdiğimiz sıralarda, Hollandalı bilim insanı Mark Post; kültür eti (laboratuvar ortamında yetiştirilen et olarak da bilinir) üretebileceğini kanıtladı. Kültür eti yapmak için bilim insanları, inek gibi bir hayvandan alınan hücreleri; hücrelerin büyümesi ve çoğalması için uygun ortamı ve koşulları sağlayan bir kap olan biyoreaktöre yerleştirirler. Biyoreaktörden çıkan nihai ürün gerçek ettir; onu taklit etmek için tasarlanmış bitki bazlı bir ürün değildir. Biyolojik olarak, hayvan hücrelerinden yetiştirilen hayvan kas dokusudur. Yani ettir.
İlk kültür eti şirketi 2015 yılında kuruldu. Şimdiki adı Upside Foods olan bu şirket, Post’un ürettiği kültür etinin maliyetini nasıl düşüreceğini çözmek zorundaydı; Post’un ilk hamburgeri Google kurucu ortağı Sergey Brin tarafından finanse edilmiş ve 300.000 dolara mal olmuştu. Diğer girişimler de bu çabaya katıldı ve 2023 yılına gelindiğinde sadece önemli ölçüde daha ucuz kültür sığır eti prototiplerine sahip olmakla kalmadık, aynı zamanda birkaç restoranda sınırlı ticari satışı onaylanmış kültür tavuk etine de ulaştık.
Yeni gelişmekte olan kültür eti alanı inişli çıkışlı bir seyir izledi ancak diğer teknolojilerle aynı trendi takip ediyor: Kıt ve pahalı (300.000 dolar) olarak başlayan bir şey, sonunda ucuz ve bol hale gelir. Henüz o noktada değiliz ama önümüzdeki beş yıl içinde olabiliriz.
Kültür eti geliştirilmesi neden bu kadar önemli? Toplam et tüketimi ve dolayısıyla üretimi, 1960’lardan bu yana her on yılda bir agresif bir şekilde artıyor. Görünen o ki, dünyanın herhangi bir bölgesindeki yoksul bir insanın, geçim sınırının biraz üzerinde gelir elde ettiğinde yapmak istediği ilk şeylerden biri et yemek oluyor. Dünya çapında daha fazla insanı yoksulluktan kurtardıkça, küresel et tüketimini de artırdık. 1960’larda dünya yılda yaklaşık 70 milyon ton et üretiyordu. Bugün bu rakam 350 milyon tona yakın; yani dört kattan fazla artmış durumda.
Sığır eti endüstrisi, diğer tüm ana et kategorilerinden çok daha büyük bir iklim ve arazi ayak izine sahiptir. Sığır eti üretmek, domuz veya tavuk eti üretimine kıyasla 10 kata kadar daha fazla $CO_{2}$ eşdeğeri emisyon üretir. Ayrıca sığırlar, atmosferden daha çabuk dağılsa da $CO_{2}$‘den çok daha güçlü bir sera gazı olan metanı önemli miktarlarda salarlar.
Sığır eti, insanların ürettiği en çok arazi gerektiren gıdalardan biridir; üretimi, ağırlık bazında tavuk etinden 27 kat daha fazla arazi gerektirebilir. Geleneksel sığır eti üretim yöntemlerinden ne kadar çok uzaklaşabilirsek, iklim için kesinlikle o kadar iyi olacaktır. Eğer tüm geleneksel sığır etini, temiz enerji kullanılarak üretilen kültür eti ile değiştirebilseydik, çevre üzerindeki etki muazzam olurdu.
Genetik uzmanı Jamie Metzl, mükemmel kitabı Superconvergence‘da şöyle yazıyor: “Eğer kültür etinin potansiyel ölçeğine ilişkin hesaplamalar nihayetinde doğru çıkarsa ve hücreden yetiştirilen et hayali tam olarak gerçekleşirse, bugün tükettiğimiz tüm sığır etini sağlamak için sadece 1.650 evcil sığıra ihtiyacımız olurdu. Dünyanın 2050 yılı için tahmin edilen hayvansal protein ihtiyacını karşılamak içinse yalnızca 2.800 civarında sığır yeterli olacaktır.”
Metzl şöyle devam ediyor: “Hücre kültürlü sığır etinin, geleneksel yöntemlerle yetiştirilen sığır etine kıyasla %95 daha az arazi, %96 daha az yem bitkisi ve yaklaşık %65 daha az su gerektirme potansiyeline sahip olduğu tahmin edildiğinden, her alanda sağlanacak tasarruf devasa olacaktır. Bugün sığır yetiştiriciliği küresel sera gazı emisyonlarının tahminen %9,5’inden sorumlu olduğu için, bu rakamı kabaca yarı yarıya azaltabiliriz.”
İşin en can alıcı noktası ise, bu 2.800 sığırın hiçbirinin kesilmesine gerek kalmayacak olmasıdır. Kültür eti sürecini başlatan ilk hücreleri canlı hayvanlardan alabilirsiniz. Tüm mezbahalardan kurtulabilir, bu hayvanların acı çekmesine son verebilir ve yine de aynı harika lezzetteki etin tadını çıkarabiliriz; üstelik çevre için çok daha iyisini yaparak. Bu, Biyomühendislik Çağı’nın ilk büyük zaferlerinden biri olabilir.
Kaynak link: Biology’s New Era.
