PORTLAND DEVLET ÜNİVERSİTESİ

... konulu sunumlar: "PORTLAND DEVLET ÜNİVERSİTESİ"— Sunum transkripti:

1 PORTLAND DEVLET ÜNİVERSİTESİ
BİLİM YÖNETİMİ FREDERICK BETZ PORTLAND DEVLET ÜNİVERSİTESİ KONFERANS 4 BİLİMDE İLERLEME (DEVAMI) ÖRNEK: DNA’NIN BİLİMSEL KEŞFİ

2 S1 T1 S2 T2 BİLİMSEL YÖNTEMİN BİLGİ MODELİ GÖZLEM TAHMİN
ÜNİVERSİTE S1 T1 DOĞAL OLAY BİLİM ADAMI GÖZLEM BİLİM DEPARTMANLARI BİLİM DALI TEORİ S2 T2 DOĞAL OLAY BİLİM ADAMI TAHMİN BİLİM, DENEY VE GÖZLEM İÇİN CİHAZLAR İCAT EDER. CİHAZLARIN OLUŞTURULMASI İSTENEN HASSASİYET DÜZEYİNE BAĞLIDIR. DENEYLER, CİHAZLARI, DOĞAYI KONTROL ALTINA ALARAK DOĞANIN ÖZELLİKLERİNİ GÖZLEMLEMEK VE SOYUTLAMAK İÇİN KULLANIRLAR. TEORİ, DOĞANIN NESNELER VE ONLARIN İLİŞKİLERİ AÇISINDAN ÇIKARIM YAPILARAK GENELLENMESİDİR. TAHMİN, TEORİNİN NEDENSEL AÇIKLAMASINA DAYANAN, GELECEĞE YÖNELİK KESTİRİMDİR.

3 1940 yılında, “phage grubu” nun kurucuları olan M. Delbruck, S
1940 yılında, “phage grubu” nun kurucuları olan M. Delbruck, S. Luria ve A. Hershey, virüsler üzerine ortak çalışmaya başladılar. Grubun öğrencilerinden biri, ABD’deki Illinois Üniversitesi’nde Luria ile birlikte çalışan James Watson’du. Watson, 1951 yılında mezun olduğunda, o dönemde biyoloji bilimi için en büyük amaç olan DNA’nın yapısını keşfetmeyi istiyordu. Watson, Cambridge’deki Rutherford Laboratuarının, organik moleküllerin röntgen araştırmaları konusunda güçlü olduğunu duymuştu ve DNA’nın röntgen filminin gerekli olduğuna inanıyordu. Röntgen filmi, moleküllerin geometrisini gösterebilirdi. Watson, Ford Vakfı’nın sağladığı doktora sonrası araştırma bursu ile, Luria’dan, kendisine Rutherford Laboratuarında araştırma yapma imkanı sağlamasını istedi.

4 Rutherford Laboratuarının bünyesinde, röntgen ile DNA’nın yapısını belirleme konusunda çalışmakta olan bir araştırmacı bulunuyordu. Bu Portekizli genç ve parlak bilim insanının adı Rosalind Franklin’di. Franklin, Rutherford’a geldiğinde, uzman araştırmacı Maurice Wilkins’in gözetiminde, kristalize olmuş DNA’nın röntgen dağılımı ile ilgili bir projede çalışmaya başlamıştı. Röntgen kristallografisi (X-ray crystallography), kristallere doğru röntgen ışınları gönderip (yüksek-enerjili fotonlar), ortaya çıkan röntgen dağılım şeklinden kristallerin yapılarını belirlemek için kullanılan bir tekniktir. (Bu durum; büyük bir dalganın, bir çizgi halinde dizilmiş iskele direklerine çarpması ile oluşan küçük dalgaların izlenmesiyle, direkler arasındaki uzaklığın ölçülmesine benzetilebilir.) Bilimsel cihazlar ve cihaz kullanma teknikleri, bilimin ilerlemesinde kritik önem taşır. Mikroskobun, hücre ve yapısını incelemede gerekli olması gibi, röntgen kristallografisi de DNA yapısının gözlemlenebilmesi için esastır.

5 Watson, Rutherford Laboratuarında Francis Crick adında bir çalışma arkadaşı buldu. Francis Crick, fizik alanında yüksek lisans yapmaktaydı. Crick, Watson’dan biraz daha yaşlıydı, çünkü yüksek lisans çalışmaları İkinci Dünya Savaşı sırasındaki ordu görevi yüzünden kesintiye uğramıştı. Watson, biyoloji ve organik kimya alanlarındaki bilgilerini, Crick ise fizik alanındaki bilgisini ortaya koydu – bunlar DNA’nın moleküler modelinin oluşturulması için gerekli bilgilerdi. Bununla birlikte, iyi bir kristal DNA röntgen dağılım filmine ihtiyaçları vardı. Franklin, bu konu üzerinde çalışmaktaydı ve bu hiç de kolay bir iş değildi. DNA’nın iki kristal formu bulunmaktaydı, fakat bunlardan yalnızca bir tanesi iyi film verebilirdi. Dahası, yapı olarak yorumlanabilecek bir film elde edilebilmesi için kristal formun doğru bir şekilde yönlendirilmesi gerekiyordu. Franklin, en sonunda iyi bir film elde etti. Kendisi kusursuz bir bilim insanıydı. (ancak, Watson, Crick ve Wilkins tarafından kendisine kötü davranıldı).

6 Bu dönemde Watson, Linus Pauling ve Robert Corey’in kristalin amino asitleri ve küçük peptid proteinlerinin yapıları üzerine çalışmalarından haberdar oldu. Pauling, ilk sarmal formdaki protein örneğinin yapısal tanımını yayınlamıştı – sarmallar mümkündü! Ayrıca Pauling, dünyanın en ünlü organik kimyacılarından birisiydi. Ve Watson, Pauling’in yakında DNA yapısını modelleyeceğinden korktu – genç ve hırslı bilim adamının bilimsel ölümsüzlüğünün ve ününün çalınması. Watson, DNA’nın yapısının keşfi konusunda kendisini Pauling ile bilimsel bir yarış içinde görüyordu. Ancak, Pauling genç Watson’un varlığından habersizdi. Yeni nesil bilim adamları, bilimsel ilerleme için çok önemlidir.

7 Teori + cihaz + gözlem = bilimsel ilerleme.
Pauling’in makalesini okuyan Watson, sonrasında bir varsayımda bulundu: sarmal bir molekülün röntgen dağılım filmi nasıl olur? Eğer DNA sarmal yapıdaysa, Watson bunu röntgenden yorumlayabilmek istiyordu ve bir başka genç uzmandan dağılım modellemesi konusunda eğitim için yardım istedi. Film, sarmal ekseninin “baş-aşağı” durumunda çekilirse, sarmalın açısını hesaplayabileceğini öğrendi. Dolayısıyla Watson, DNA’nın röntgen filmini nasıl yorumlayacağı hakkında bilgi sahibi oldu – keşke elinde bir tane film olsaydı. Bilimde, hem donanımlı beyinler hem de donanımlı gözler, keşif için hazırdırlar. Deneysel keşif için uygun teorik altyapı ve uygun cihazlar gereklidir. Teori + cihaz + gözlem = bilimsel ilerleme.

8 Cihaz, gözlem, deney, modelleme, teori.
Bu sırada Watson ve Crick, DNA hakkındaki kimyasal literatürü silip süpürmüşler ve DNA’nın “top-ve-kablo-siluet” modellerini yapmaya koyulmuşlardı. İlk olarak “üçlü-sarmal” modelini denediler, ancak bu model işe yaramadı. Bir olaya ilişkin “model” oluşturulması, yeni bir bilimsel teori geliştirilmesi için atılan ilk adımdır. Cihaz, gözlem, deney, modelleme, teori.

9 En sonunda Watson, Franklin’in iyi bir film elde ettiğini duydu, ancak Franklin’in filmi kendisine göstermeyeceğinden korkuyordu. Franklin, bir rakip olarak, Watson kadar hırslıydı ve elde ettiği filmin anlamını kendisi çözmeden önce filmi göstermek istememekteydi. Watson, Franklin’in izni olmadan gizlice filmi inceledi. İşte oradaydı! Açık bir şekilde bir sarmal, hem de bir çift-sarmal! Watson’un kristallografi üzerine eğitimi sonunda işe yaramıştı. Watson modeli ölçtü ve Crick ile birlikte sarmalın açısına dair bilgi edinme telaşına girdi. Watson ve Crick kendi modellerini, birbiri içine giren spiral merdivenler gibi kendi etraflarında dönen iki amino asit zinciri lifinden oluşan bir çift-sarmal şeklinde bir modelde birleştirdiler. Modelde, fiziksel hesaplamalar ve organik kimya birbiriyle mükemmel bir uyum içindeydi. Şüphesiz! Bu, biyolojinin kutsal kasesi (holy grail) idi. – DNA’nın çift sarmal yapısı!

10 -- Ayrıca teknolojide – tasarım süreci ve işlev.
Dahası DNA yapısı, DNA işlevinin sürecine dair de bilgi vermekteydi. Bu model, DNA’nın mitoz hücre çoğalmasında yaptığı moleküler eylemi açıkça göstermekteydi. DNA, birbiri üzerine kıvrılmış iki adet sarmal yapıdan oluşur. Üreme sırasında, iki sarmal çözülür, birbirinden ayrılır, protein yapımı için iki özdeş model oluşturur ve bu da yaşamın yeniden üretilmesidir. Bu çözülme ve proteinlerin kimyasal olarak yeniden üretilmesiyle, kalıtım gerçekleşmiş olur. Yapı ve işlev (süreç), biyolojinin bilimsel paradigmasındaki iki temel fikirdir. -- Ayrıca teknolojide – tasarım süreci ve işlev.

11 Şimdi ise hikâyenin kötü tarafı – bilimsel saygınlık ve insan onuru.
Watson, Crick ve Wilkins, DNA yapısı ve işlevi üzerine olan makalelerini yayımladılar – ANCAK FRANKLIN’İN ADI NE YAZARLAR NE DE ARAŞTIRMACILAR ARASINDA GEÇİYORDU. Franklin’in verilerini kullanmışlardı. Wilkins, sözde onun gözetmeniydi ancak onu desteklememişti. Watson ve Crick modeli kurmuşlardı. Wilkins, röntgen verileri sayesinde makalede yer alıyordu. Öte yandan, işi Franklin yapmıştı. HATALI BİLİMSEL ETİK! HATALI PROFESYONEL TAVIR! Watson, daha sonra çift-sarmalın bulunmasına dair bir kitap yazdı. Bu kitapta, yaptığı çalıntıyı ve Franklin’e karşı gösterdiği kötü davranışları da itiraf etti.

12 1995 yılında, Watson ve Crick ile Wilkins biyoloji dalında Nobel Ödülü’ne layık görüldüler. Nobel komitesi daha sonra, Rosalind Franklin’in, ödülün verilmesinden önce gerçekleşen beklenmedik ölümü sebebiyle adının ödül alanlar arasında geçmediğini bildirdi. Nobel Komitesi açıkça onun katkısından bahsedebilirdi. Bu durum, bilim dünyası için iyi bir örnek değildir, çünkü Franklin yaptığı katkılardan ötürü, farkedilip uygun şekilde takdir edilmeliydi. Watson, çalışmarıyla bilim tarihine parlak bir bilim insanı olarak gececek, ancak profesyonelliğe uymayan bu tavrıyla tarihte kötü bir örnek olarak yer alacaktır. Wilkins, bilim tarihine, meslektaşlarına gerekli saygıyı göstermeyen, onların emeğini ve saygınlığını kendisininmiş gibi gösteren zayıf bir bilimsel lider olarak geçecektir. Ve Crick! Crick için hiçbir bahane yoktur! Kendisi de Franklin gibi bir fizikçiydi ve Franklin’in adının makalede geçmesi gerektiğini bilmeli ve bu konuda ısrar etmeliydi.

13 BİLİM YÖNETİMİ – BİLİMSEL ETİK, BİLİM YÖNETİMİNİN
Roseland Franklin Cambridge’den ayrıldı ve Fransa’ya gitti. Orada proteinler üzerine araştırmalarına devam etti. Paris’te yaşadığı süre içerisinde iyi dostluklar kurdu ve gerçekten iyi vakit geçirdi. Trajik bir şekilde, genç yaşta kanserden öldü. Bu örnekte anlatılmak istenen, ödüllerin her şey demek olmadığıdır. Önemli olan, yaşam boyunca bilime iyi hizmet etmek ve iyi yaşamaktır! BİLİM YÖNETİMİ – BİLİMSEL ETİK, BİLİM YÖNETİMİNİN ÖNEMLİ BİR PARÇASIDIR: DÜRÜST ARAŞTIRMA VE ADİL BİLİMSEL SAYGINLIK.

14 Genetik Kodlama Aynı dönemde, DNA’daki bilginin nasıl işlendiğinin çözülmesine yönelik bir çalışma başlamıştı. Proteinler, hücrenin ve yaşamın yapısal elemanları ve katalizörleridir. Proteinler, hücrenin yapısal elemanı olarak ve hücre içerisindeki metabolik işlemler için katalizör (enzim) görevi görürler. DNA, protein üretimi için yapısal şablon oluşturmakta ve RNA adlı aracı şablonlar aracılığıyla proteinleri çoğaltmaktadır. DNA, RNA sentezinin yapısını, RNA ise proteinlerin sentez yapısını oluşturur. Asıl öğrenilmesi gereken, protein üretimi bilgisinin DNA içerisinde nasıl kodlanmış olduğudur. 1965 yılında, Marshall Nirenberg ve Philip Neder, DNA triplet kodunu (kodon) deşifre ettiler. DNA’yı oluşturan amino asitler proteinin bölümünü kodlamak için üç asitlik gruplar halinde hareket etmekteydiler.

15 Bilimin, kalıtımın kimyasal temelini keşfetmesi ile DNA’nın moleküler yapısının ve kalıtım bilgisini taşıma işlevinin anlaşılması ve modellenmesi arasında yaklaşık yüzyıl geçmişti.

16 Rekombinant DNA Teknikleri
1965 yılında pek çok bilim insanı genlerle çeşitli denemeler yapmaya başladı yılında, Stanford’dan Paul Berg, bir hayvan virüsü (Svrp lambda fajı) kullanarak Escherichia coli bakterisine DNA transferi gerçekleştirmek istedi. Aynı dönemde, Stanford’da yüksek lisans öğrencisi olan Peter Lobban da, gen birleştirmeye yönelik benzer bir fikir üzerinde çalışmaktaydı. Lobban, Stanford Tıp Fakültesi’ndeki Dale Kaier’ın altında çalışmaktaydı. Bilimde, fikirler olgunluğa ulaştığında, aynı amaç için rekabet eden pek çok bilim insanı olabilir. Bilim insanları bir şeyi ilk keşfeden veya ilk defa anlayan olmanın ünü peşindedir, ikinciyi kimse hatırlamaz.

17 Berg, DNA’ya bağlanan bir miktar EcoRI enzimi elde etti ve enzimi öğrencilerinden biri olan Janet Mertz’e verdi. Öğrencisinden, DNA’nın kesilmesinde enzimin davranışının ne olduğunu araştırmasını istedi. Mertz, EcoRI enziminin SV40 DNA daireciğine bağlanmasıyla oluşan kesilmelerin boşta kalan uçlarının yeniden daire haline tamamlandığını gördü. Mertz, Stanford’daki bir meslektaşından enzimin hareketini elektron mikroskobunda incelemesini rica etti. EcoRI enzimine maruz kalan herhangi iki DNA molekülünün, hibrid DNA molekülleri oluşturabilecek şekilde, “yeniden bir araya getirilebileceklerini” gördüler. Doğa, DNA’ya öyle bir yapı vermişti ki bir defa kesildiğinde kendini yeniden birleştirebiliyordu.

18 Stanford Üniversitesi Tıp Bölümü’ndeki bir başka profesör (Cohen), Janet Mertz’in sonuçlarından haberdar oldu. Cohen, EcoRI enzimi kullanarak plazmidlerden hibrid bir DNA molekülü kurmayı düşünmekteydi. Plazmidler, hücre çekirdeğinin dışında yüzen ve hücre metabolizması için gerekli enzimleri üreten DNA çemberleridir (çekirdeğin içindeki DNA, çekirdeğin çoğalması içindir). 1972 yılında Cohen, Hawaii’deki bir biyoloji konferansına katıldı. Kendisi Boyer’in meslektaşıydı ve EcoRI enzimini Berg’e vermişti. Bir akşam yemeğinde Cohen, Boyer’e virüslerin yardımı olmadan hibrid bir DNA molekülü yaratmayı teklif etti. O yemekte bulunan bir başka meslektaşları, Seattle’deki Washington Üniversitesinden Stanley Falfkow, onlara, yeniden birleştirilen DNA’nın yeni ortamda çalışıp çalışmayacağını anlamaları için bakterilerde antibiyotiğe direncin oluşmasını sağlayan bir plazmid (RSF1010) verdi. Hawaii Konferansından dönerken Boyer ve Cohen deneylerini birleştirme kararı aldı. 1973 baharında Cohen ve Boyer, plazmid DNA’larında üç ekleme tamamladılar. Boyer, 1973 yılı Temmuz ayında Nükleik Asitler hakkında ABD’de düzenlenen Gordon Araştırma Konferansı’nda bu deneylerin sonuçlarını sundu (hemen sonrasında, Ulusal Bilimler Akademisi Tutanakları, Kasım 1973’de yayınlandı).

19 SONUÇ Kalıtımın doğası üzerine yapılan yüz yıllık bilimsel araştırmanın ardından, insanlık şimdi genetik yapıyı moleküler düzeyde değiştirmeye başlayabilirdi – ve böylece yeni bir sanayi alanı doğdu: Biyoteknoloji. Boyer ve Cohen, Nobel ödülü alabilirlerdi. Boyer ilk biyoteknoloji şirketine (Genentech) katılarak halka açılır ve milyoner olabilirdi. Biyologların, endüstriyel bilim insanları oldukları günler başlamıştı.

20 BİLİMSEL İLERLEME VE TEKNOLOJİNİN BİLİM TEMELLERİ
Bilim, bilimsel teknolojinin bilgi temelini sağlar: Bilim insanları, sürekli olarak nelerin var olduğuna ve bunların nasıl çalıştığına dair temel ve evrensel sorular soran araştırmaların peşine düşerler. Böylesi sorulara cevap verebilmek için bilim insanları nesneleri keşfedecek ve araştıracak yeni cihazlara ihtiyaç duyarlar. Bu araştırmalar, farklı bilim dallarına ait, farklı araç ve teorik tekniklerde uzmanlaşmış gruplarca yürütülür. biyolog, kimyacı ve fizikçiler. Bilimdeki büyük ilerlemeler, bilinmeyenin parçaları keşfedildiğinde, gözlemlendiğinde ve birisi bunları gerektiği gibi nasıl bir araya getireceğini hayal ettiğinde gerçekleşir. Bir bilimsel model, kavramsal olarak güçlüdür, çünkü çoğu zaman, yapının getirdiği sürecin yapı ve dinamiklerini gösterir. Bilimsel ilerleme, uzun zaman, sabır, süreklilik ve maliyet gerektirir. Aletler, icat edilmek ve geliştirilmek zorundadır. Olayın keşfedilmesi ve üzerinde çalışılması gerekir. Süreçler, karmaşık, kritik, çok aşamalı ve detaylıdır.

21 6. Ekonomik açıdan bakıldığında, bilim, gelecekteki olası teknolojilere yapılan toplumsal bir yatırım olarak görülmelidir. Bilimsel keşif uzun zaman gerektirdiği ve karmaşık olduğu için, bilim, toplumun bir çeşit temel işlevi gibi düşünülmeli ve genel giderler kapsamında desteklenmelidir. Temel bilgi üretimi desteklenmediği takdirde, teknolojik yenilikçilik, yaratıcı fikirler için gerekli bilgiden yoksun kalacak ve doğal olarak duraklayacaktır. 7. Bir kez bilim yeni bilgi kaynakları yarattığında, yeni teknolojik buluşlar gerek bilim adamları gerekse teknoloji uzmanları (örneğin bilim adamları rekombinant DNA tekniklerini bulmuşlardır.) tarafından gerçekleştirilir. Bu radikal teknolojik buluşlar, yeni bir teknoloji S-eğrisi başlatır. Bu nokta, teknolojik devrime yatırım yapmak ve buna dayalı yeni sanayi alanları oluşturmak için uygun zamandır.

22 Yeni teknoloji pek çok sanayi üzerinde yaygın etkiye sahip olduğunda (genetik mühendisliğinin tıp, tarım, ormancılık, deniz biyolojisi, malzemeler üzerinde olduğu gibi), teknolojik devrim ekonomik büyümeyi tetikleyebilir. Ekonomide görülen dalgalanmaların temelinde, bilimsel ilerleme sonucu geliştirilen yeni endüstriyel teknolojiler yatmaktadır. 9. Bu süreç, işletmeler için yönlendiricidir. İşletmeler, kullandıkları kritik teknolojilerin altında yatan temel sorunlarla ilgilenen üniversite araştırmalarına destek olmalıdır. İşletmeler, kullandıkları kritik-teknolojilerinin temelleri üzerine çalışan üniversite merkezleri ile ortak hareket etmeye ihtiyaç duyar. – teknolojik tahminlerde bulunurken “bilimsel bir pencereden” bakabilmek için.