PORTLAND DEVLET ÜNİVERSİTESİ DNA’NIN BİLİMSEL KEŞFİ BİLİM YÖNETİMİ FREDERICK BETZ PORTLAND DEVLET ÜNİVERSİTESİ KONFERANS 3 BİLİMDE İLERLEME ÖRNEKLEME: DNA’NIN BİLİMSEL KEŞFİ

BİLİMSEL YÖNTEM “Bilim” doğanın keşfi ve anlaşılmasıdır. Bilim, doğa hakkında araştırma yapmak için gerekli bir dizi aktiviteden oluşur. Bilimsel araştırmanın amaçları şunlardır: doğanın yeni yönlerini keşfetmek ve deney ve gözlem aracılığıyla doğayı anlamak sonucunda bir teori geliştirmek. Deney ve gözlem yoluyla toplanan bilgi, bilimsel teori haline getirilir ve geçerliliği daha fazla deney ve gözlem yoluyla kanıtlanır. Teori geliştirmek ve geliştirilen teorinin geçerliliğini kanıtlamak için deney ve gözlem yapma biçimine “bilimsel yöntem” adı verilir.

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

TAHMİN TAHMİNDE MUTLAKA DOĞAL OLAYLAR ARASINDA SOMUT BİR İLİŞKİ BULUNMALIDIR; GEREKLİLİK VE YETERLİLİK BİR AÇIKLAMADAKİ İKİ MANTIKSAL FAKTÖRDÜR. “A” OLAYI ZAMAN İÇİNDE “B” OLAYINDAN ÖNCE GELİYORSA, “A” OLAYI “B” OLAYININ GERÇEKLEŞMESİNİN HEM GEREKLİ HEM DE YETERLİ SEBEBİ OLABİLİR. ÖNCEKİ BİR “A” OLAYININ VARLIĞI İLE DAHA BAĞINTI SONRAKİ BİR “B” OLAYININ ORTAYA ÇIKMASI NEDENSEL BAĞINTI GEREKLİ VE YETERLİ ÜRETKEN BAĞINTI GEREKLİ VE YETERLİ DEĞİL TESADÜFİ BAĞINTI GEREKLİ DEĞİL VE YETERLİ TEMATİK BAĞINTI GEREKLİ DEĞİL VE YETERLİ DEĞİL BİLİM DALLARI İLİŞKİ TÜRLERİ FEN BİLİMLERİ NEDENSEL İLİŞKİLER SOSYAL BİLİMLER VE YÖNETİM BİLİMLERİ ÜRETKEN İLİŞKİLER TARİH TESADÜFİ İLİŞKİLER BEŞERİ BİLİMLER TEMATİK İLİŞKİLER

ÖRNEK -- BİYOLOJİ BİLİMİ -- ÜNİVERSİTELERİN TEMEL ARAŞTIRMA YAPMADAKİ PERFORMANSINI ANLAMAK -- KALITIM TEORİSİNİN GELİŞTİRİLMESİ - DNA

Örnek Olay -- Biyoteknolojinin Kökeni Bu örnek, AR-GE altyapısının bir parçası olan üniversitelerin, yeni endüstri alanları yaratacak radikal yeniliklere, nasıl bilimsel temel sağladığını göstermektedir. 1870’lerden 1970’lere kadar yüz yıllık dönemde yapılan çeşitli biyolojik araştırmalar, yirminci yüzyılın sonlarına doğru ortaya çıkan biyoteknoloji endüstrisinin bilimsel temelini oluşturmuştur. Radikal yenilikler sağlayan yeni temel teknolojilerin geliştirilmesiyle beraber yeni endüstri alanları oluşmaktadır. Ancak, bu alanların ortaya çıkma hızı, genellikle uzun zaman alan bilimsel ilerlemelere bağlıdır. Örneğin, biyoteknolojinin bilimsel temelini oluşturan en son bilimsel olay, 1972 yılında Stanley Cohen ve Herbert Boyer tarafından DNA’nın manipülasyon tekniğinin keşfedildiği kritik biyoloji deneyidir – rekombinant DNA. Bu deneyin öncülüğünü yapan bilimsel fikirler yaklaşık yüzyıl öncesinden ortaya atılmıştır.

Yaşam nasıl yeniden üretilir? Bu soruya yanıt verebilmek için, araştırmanın, aşağıda verilen aşamalarının gerçekleştirilmesi gerekmektedir: 1. Hücre yapısının araştırılması. 2. Hücre çekirdeğinin ve DNA’nın ayrıştırılması ve kimyasal analizi. 3. Kalıtımın ilkelerinin oluşturulması. 4. DNA’nın üremedeki işlevinin keşfi. 5. DNA’nın moleküler yapısının keşfi. 6. DNA’nın genetik kodunun çözülmesi. 7. Rekombinant DNA tekniklerinin bulunması. Yaşam hakkındaki bu soru, doğanın temel sorgulamasıdır - bilimsel sorgulama. Araştırmanın aşamaları, sorgulamadaki “bilimsel sorulardan” oluşur.

BİYOLOJİ: Hücrenin Yapısı On dokuzuncu yüzyılın başlarında, o zamanlar yeni bir bilim dalı olan biyoloji alanında çalışan bilim insanları, bakteri ve hücreleri incelemek için, on sekizinci yüzyılda icad edilen mikroskobu kullanmaktaydılar. Hücreler, canlı varlıkları oluşturan birimlerdir. Bilim insanları, hücrelerin, hücre duvarı, bir çekirdek ve duvarın içerisinde çekirdeği sarmalayan bir protoplazmadan oluştuğunu görmüşlerdir. 1838’de Christina Ehrenberg, hücre çoğalırken hücre çekirdeğinin bölündüğünü gözlemlemiştir. 1842’de Karl Nageli, bitki hücrelerinin çekirdeklerinde çubuk benzeri kromozomlar gözlemlemiştir.

DNA’nın Keşfi ve Kimyasal Analizi Bilim, bilim dallarından oluşan bir sistemdir; ve herhangi bir bilim dalındaki bilgi ve teknik, bir diğerinde kullanılabilir. 1869’da, kimyacı Friedrich Miescher, hücrelerin çekirdek bölgelerinden bir madde çökertmiş ve bu maddeye nuclein adını vererek DNA’yı keşfetmiştir. İzleyen çalışmalar, bu maddenin nükleik asit ve protein olmak üzere iki bileşeninin olduğunu göstermiştir. Bu çalışmalar devam ederken, mikroskobik tekniklerde de sürekli gelişimler yaşanmıştır. Mikroskop için kullanılmak üzere, hücrenin seçilen kısımlarının boyanmasını sağlayan özel kimyasallar bulunmuştur. Paul Ehrlich, yeni kimyasallarla boyanan hücrelerde, kömür-katran renkleri ile hücreyi oluşturan bileşenlerin kimyasal komposizyonları arasında bir ilişki bulunduğunu keşfetmiştir. Bu durum, teknolojinin bilime nasıl katkı sağladığını gösteren bir örnektir, çünkü kullanılan yeni renkler gelişen kimya sanayinin bir ürünüdür.

1873 yılında A. Schneider, kromozomlar ve hücre bölünmesinin – mitoz – (hücre çekirdeğinin ikiye bölünmesi ve iki yavru hücre çekirdeği oluşması ile sonuçlanan kromozom bölünmesi) çeşitli evreleri arasındaki ilişkiyi tanımlamıştır. 1879 ve takip eden yıllarda Kossel, Miescher ve Levine, nükleik asitlerin kimyasının tanımlanması için açıklayıcı ilkeleri ortaya koymuşlardır. 1914 başlarında Emil Fisher, bir nükleotidin (nükleik asit bileşeni, DNA) kimyasal sentezi için çalışmaya başlamış, ancak 1938 yılına kadar, sentez işleminde belirgin bir ilerleme kaydedilememiştir. DNA’nın kimyasal bileşiminin öğrenilmesi için, DNA’nın kimyasal olarak sentez edilmesi önemli bir bilimsel teknikti. 1950 yılı itibariyle, DNA’nın kimyasal bileşimi nihayet tanımlanmıştı. – ancak moleküler geometrisi hala tanımlanamamıştı. DNA’nın keşfi ile kimyasal bileşiminin tanımlanması arasında neredeyse 100 yıllık bir süre geçmiştir.

Kalıtımın İlkeleri 1900’den 1930’a kadarki dönemde DNA’nın kimyası yapısı araştırılmaktayken, aynı zamanda modern genetiğin temelleri de atılmıştır. Kalıtımın doğasının anlaşılması, on dokuzuncu yüzyılda Darwin’in evrim üzerine yazılmış epik eseri ve Mendel’in genetik hakkındaki öncü çalışmaları ile başlamıştır. Genetik araştırmalardaki çağdaş ilerlemeler, 1910 yılında Thomas Morgan’ın araştırma grubunun, meyve sineğinin kalıtımı üzerindeki araştırmaları ile başlamıştır. Morgan, Mendel’in analizlerinin geçerliliğini kanıtlamış ve bir anlamda Darwin’in evrim mekanizmasını gösteren hat mutasyonların x-ışınları ile oluşturulabileceğini göstermiştir. (1980’lerin sonlarına doğru insanın gen haritasının çıkarılmasına yönelik uluslararası “insan genomu” projesi başlayacaktı.)

DNA’nın Üremedeki İşlevi Genetikçiler kalıtımın ilkelerini ortaya koymaktaydılar, ancak kalıtımın mekanizmaları hala açıklanamamıştı. DNA kalıtımın aktarıcısı mıydı, ve eğer öyleyse nasıl? 1928 yılında Frederick Griffith, ölü-bulaşıcı bakteriler ile canlı-bulaşıcı olmayan bakterilerin karışımı ile, canlı bulaşıcı bakterilerin yaratılabileceğini bulmuştur. 1935 yılında Lional Avey, bu transformasyonun canlı ve ölü bakteri DNA’ları arasındaki değişim sonucunda gerçekleştiğini göstermiştir. Bu olay DNA’nın gerçekte ne yaptığının ilk açık kanıtıydı: genetik bilginin taşınması.

DNA’nın Yapısı Kalıtımın öğeleri (genler ve DNA) ve bunların işlevlerinin (kalıtım işlevlerinin aktarımı) keşfi için ne kadar uzun bir zaman, ne kadar fazla sayıda araştırma ve ne kadar farklı bilim dalında özelleşmiş insanın çalışması gerektiğini gördük. Ancak, elde edilen bu bilginin teknoloji tarafından kullanılması için atılması gereken bir adım daha bulunmaktaydı – DNA mitotik sürecinin yapısal mekanizmalarının anlaşılması. Bu adım, daha sonraları “phage grup” olarak adlandırılan bir grup bilim adamı tarafından atılmıştır ve çağdaş “moleküler biyoloji” alanının, dolayısıyla biyoteknolojinin doğmasına sebep olmuştur.

Phage grubunun çalışmalarında en önemli aşama Ford Kuruluşu tarafından sağlanan fon desteği olmuştur. Kuruluş içindeki bir program görevlisi, biyoloji ve fizik uzmanlarının yer aldığı bu araştırmayı desteklemeye karar verdi. Phage gruptan Watson, Ford Kuruluşundan post- doktora bursu almak için Avrupa’ya gitti. Rutherford Laboratuvarı Cambridge’de bir araştırma merkeziydi.

BİLİM VE TEKNOLOJİ ALTYAPISI BİLİM YÖNETİMİNE DAİR DERSLER BİLİM VE TEKNOLOJİ ALTYAPISI Yeni temel teknolojilerin (yeni endüstri alanları ve araçlar yaratan) keşfi, bilim ve teknolojideki ilerleme sayesinde olur. Bu ilerleme, ülkenin kurumsal alt yapısı (bilimsel ve teknolojik ilerlemeler gerçekleştiren) içerisinde örgütsel olarak yaratılır. Buna, bir ülkenin bilim ve teknoloji (B&T) alt yapısı ya da kimi zaman dendiği gibi, ulusal araştırma ve geliştirme (Ar-Ge) sistemi adı verilir.

B&T alt yapısına ilişkin olarak teknolojik yenilikçiliğin ilk problemi, sanayiinin ne zaman ve nasıl bilimsel ilerlemeye ihtiyaç duyduğudur. Sanayi bilimden ziyade teknolojiyi doğrudan kullandığı için bilimdeki yeniliklere sadece dolaylı olarak ve: (1) var olan bir teknolojinin daha da geliştirilmesi, o teknolojinin altında yatan bilim daha derinden anlaşılmadan gerçekleşemiyorsa, (2) yeni temel teknolojilerin oluşturulması yeni bilimsel buluşları gerektirdiği zaman ihtiyaç duyar. B&T alt yapısı hakkında ikinci problem, bilimin ilerlemesinde ilk uygulayıcıların sanayiden ziyade üniversitelerin olması gerçeğinden kaynaklanır. Sanayi üniversitenin bilimde ilerleme gerçekleştirmesini beklemelidir ancak, geleneksel olarak üniversiteler, bilimi ne doğrudan sanayiinin kullanabileceği bir şekilde, ne de onların ihtiyacı olan zamanda geliştiremezler.

Bununla bağlantılı olarak, ülkenin bilim ve teknoloji politikası uygulamalarında karşılaşılan sorunlar: Firmalar, hızlı bir şekilde değişen bilim ve teknoloji dünyasında, teknik olarak rekabet edebilmek için üniversiteleri nasıl kullanabilirler? (2) Üniversiteler, bilimin ilerlemesini desteklemek ve sanayinin bilim ihtiyacını uygun bir şekilde ve zamanında karşılayabilmek için, hem sanayiden hem de devletten nasıl fon sağlayabilirler? (3) Devlet, üniversiteler ve sanayi arasındaki işbirliğini iyileştirmek için Ar-Ge desteğini nasıl yönlendirebilir?