Enzim üretiminin tarihçesi

İnsanoğlunun ihtiyaçları, yere ve zamana göre değişmektedir. Dünün isteği bugünün ihtiyacı olabiliyor. Bu çerçeve de bilim insanları ihtiyaçlarını karşılamak için sürekli bir arayış içindedir. Bu arayışın en büyük kaynağı tabiattaki muhteşem yapıdır. İnsanoğlunun tabiattan esinlenerek birçok teknolojik başarıya imza atmıştır.

Bu anlamda bilim adamları tabiattaki enzimlerin mucizevi etkisinden hareketle endüstriyel anlamda enzim üretmenin yollarını araştırmışlar hayatın birçok alanına dokunan enzimleri üretmeyi başarmışlardır. Enzimler çeşitli mikroorganizmalardan alınarak çoğaltıldı. Biyoloji biliminin içinde var olan molekülleri, insanoğlu almış, yine endüstride kullanmak üzere üretmiş, çoğaltmış ve verimli üretimin önünü açmıştır.

Enzimler bizim doğal hayatımızın bir parçası. Biz sadece bunu adını çok duymuyoruz. Örneğin ilkokul sıralarında öğrendiğimiz bir bilgi vardır. ‘Karbonhidratların sentezi ağızda başlar diye. Bunun teknik açıklaması şudur: Ağzımızda bulunan tükürük bezinde amilaz enzimi vardır. Amilaz enzimi ağzımıza koyduğumuz lokmadaki nişasta içerikli ürünleri sentezlenmeye, parçalanmaya başlar.

Nişastayı parçalamak için birçok yol denenmiştir, sonra enzimlerin varlığı fark edilince tabiatın bize verdiği büyük bir kolaylıktan da yararlanma fırsatı bulunmuştur. Giderek artan pazar payı ve yatırımlara sahip olan enzimler her alanda kullanılmaya başlamıştır. Geçmişte enzim kullanım alanları kısıtlı iken yapılan araştırmalar ve elde edilen olgular sonucunda birçok yeni kullanım alanı keşfedilmiştir. Zaman geçtikçe de her alanda kullanım seviyesini arttırmaya devam etmektedir.

TÜBİTAK’ın yayınladığı bilim teknik dergisinden özetle enzim üretiminin tarihçesi;

‘Bugünkü modern enzim teknolojisi 1874’de Danimarkalı kimyager Christian Hansen’in, kurutulmuş sığır midelerinden ‘renet’ enzimini tuz ekstraksiyonu ile elde etmesiyle başladığı söylenir. Bu preparat, endüstriyel amaçla üretilmiş ve görece saf olan ilk enzim preparatı olduğu iddia edilmektedir. Aslında bu önemli buluşa, daha önceden yapılmış uzun evrimsel işlemler sonucu ulaşılmış. Enzimler aslında uzun zamandan beri bizim hayatımızdalar, fakat bunun farkında değiller. Yani isminin enzim olduğunu bilmiyorlar. Bu manada ya enzim açısından zengin sebzeler olarak, ya da ekmek ve bira yapımı gibi çeşitli amaçlarla kullanılan mikroorganizmalar olarak, insanoğlu tarafından yüzyıllar boyunca kullanılmış. Hatta enzimlerin antik çağlarda peynir yapımında kullanıldığına ilişkin ipuçları bile var. İ.Ö. 800 yılı civarında yazılmış olan ünlü Ilyada ve Odessi epik şiirinden, oğlak ya da koyun midelerinin, peynir yapımında kullanıldığı anlaşılıyor. Enzimlerin işlevleri anlaşılmış ve tarih boyunca kullanılmışlarsa da, bunların gerçek özelliklerinin anlaşılması yakın geçmişte olmuştur. Enzimatik işlemler, özellikle de fermantasyon, on dokuzuncu yüzyılın en gözde ilgi alanıydı ve bu dönemde çok değerli buluşlar yapıldı.

Bundan sonra diyastaz ve bunun gibi aktivitesi olan maddelere "ferment" denildi. Daha sonraki yıllarda fermantasyon teknolojisi alanında gelişmeler devam etti. 1876’da Kühne, canlı organizmalardan elde edilen bu fermentlere "enzim" denilmesini önerdi. Bu kelime "mayanın içinde" anlamına geliyor. Yunancada "en" "içinde" ve "zyme" de "maya" ya da "hamur mayası" anlamına geliyor.

Uzakdoğuda yüz yıllık bir gelenek hakimdi. Bazı yiyeceklerin, soya bazlı tatlandırıcıların ve bazı içkilerin yapımında, "koji" denen bir küf mantarı kullanılıyordu (hâlâ da kullanılıyor). Koji, buharda tutulmuş pirincin içine bir küf mantarı karışımının katılmasıyla hazırlanıyor. Bu karışımın içeriğiyse nesilden nesile aktarılıyor. Bu işlem, Japon bilim adamı Takamine’nin küf kaynaklı amilaz enziminin endüstriyel boyutlarda üretimi için bir fermantasyon işlemi geliştirmesine kaynak oldu. İşlem, nemlendirilmiş pirinç ya da buğdayın üzerinde Aspergillus oryzae’nin üretilmesini içeriyor. Elde edilen ürün "Takadiastaz" olarak adlandırılıyor ve günümüzde de sindirime yardım etmek amacıyla kullanılıyor.

Takamine’nin yeni fermantasyon yöntemini geliştirdiği sıralarda, enzimlerin kullanımlarıyla ilgili yeni bir alan ortaya çıktı: Haşıllama (desizing). Haşıllama, dokuma işlemi sırasında ipliklerin kıvrılıp kırılmasını önlemek için güçlendirici olarak kullanılan nişasta pastasının kumaştan arındırılması işlemidir. Daha önceleri kumaşlar, asit, baz ya da oksitleyici ajanlarla işlenir, ya da günlerce suya yatırılır ve böylece ortamda doğal olarak bulunan mikroorganizmalar nişastayı parçalardı. Ancak, her ikisi de kontrol edilmesi zor yöntemlerdi ve bazen malzeme hasar görüyor ya da rengini kaybediyordu. İşte bu yüzden, aynı amaçla malttan çıkarılan enzimlerin kullanılması büyük bir adım sayıldı. Daha sonra bu amaçla bakteri kaynaklı amilaz kullanıldı.

Enzimlerin endüstriyel kullanım alanlarının gelişmesine bir katkı da, I. Dünya Savaşı’ndan önce, Alman kimya ve endüstri kodamanlarından Otto Röhm’den geldi. Diğer işleri yanında Röhm, hayvan postu ve derilerin tabaklanmadan önce hazırlanmalarını içeren çalışmalar yapıyordu. Uyguladığı bu işlemle, derinin sağlamlığı için gerekmeyen bazı proteinler temizleniyordu. Eğer işlem yapılmazsa deri, pek çok ürün içın gerekli olan yumuşaklık ve esnekliği kazanamıyordu. Yapılan işlemle, derinin kalitesi de kontrol edilebiliyordu; örneğin, ayakkabı için kullanılacak deriye bu işlem çok az yapılırken, yumuşaklığın istendiği eldiven gibi ürünler için işlem daha çok yapılıyordu. Geleneksel olarak bu işlem için köpek ve domuz dışkısı gerekiyordu. Bu, kötü kokulu ve pis bir işti. Röhm’ün teorisine göre, dışkılar etkilerini gösteriyorlardı, çünkü bunlar hayvanın sindirim enzimlerinden bir miktar içeriyorlardı. Eğer durum böyleyse, bu işlem için doğrudan pankreastan elde edilecek enzimler kullanılabilirdi. Bu enzimler üretilmeye çalışıldı ve beklenen etki görüldü. Doğal olarak Röhm de bu sonucu, kuramının doğruluğunun ispatı olarak algıladı. Ama daha sonraki deneyler gösterdi ki, işi gerçekleştiren pankreas enzimleri değil, bağırsaklarda yaşayan bakterilerin enzimleriydi. Bunun yanında Röhm, enzimlerin endüstri için ne kadar değerli olduklarını gösteren başka araştırmalar da yaptı. Ne var ki yaptığı çalışmalar 50 yıl sonrasına değin hakettiği değeri göremeyecekti. Röhm, protein lekesi olan giysilerin, içinde enzim bulunan deterjanla yıkanarak temizlenmesi yöntemini buldu ve bu işi gerçekten yapabilen ilk enzimli deterjanı üretmeyi başardı.

İki Dünya Savaşı arasında, enzim teknolojisi alanında, yavaş da olsa, ilerleme kaydedildi. Bitki ve hayvan hammaddelerinden enzim ayrıştırılması yöntemleri geliştirildi. Aynı zamanda ayrıştırılan enzimlerin saflaştırılması alanında da gelişmeler oldu. Willstatter ve arkadaşlarının 1920 – 1928 yılları arasında yaptıkları araştırmalar, bu teknolojiyi bir adım daha ileriye taşıdı. Çalışmalarında, bir enzimi çok saf bir biçimde elde etmeyi başardılar. Hemen hemen aynı zamanlarda (1926’da) Amerika’lı biyokimyacı James B. Summer, üreaz denen bir enzimi kristal formda elde etmeyi başardı. Dört yıl sonra da, yine Amerika’lı bir biyokimyacı olan John H. Northrop, pepsin ve tripsin enzimlerini kristal formda elde etti. Endüstriyel fermantasyon yöntemlerinin geliştirilmesi düşüncesi, penisilinin keşfedilmesiyle filizlendi.

Sıvı kültür (Submerged) yönteminin geliştirilmesine yönelik çalışmalar savaş boyunca devam etti ve savaştan sonra iyice hız kazandı. Böylece artık penisilin çok miktarlarda ve ekonomik yollarla üretilmeye başlandı. Bu yöntemin geliştirilmesi sadece penisilin üretimine değil, enzim üretimine de büyük katkı sağladı. 1950’lerde bu yöntem kullanılarak Novo’nun laboratuvarlarında, tekstil endüstrisinde kullanılmak üzere, bakteriyal amilaz üretilmeye başlandı. 1959’da deterjan endüstrisinde önemli bir gelişme yaşandı. İsviçre’li kimyager Dr. Jaag, Bio40 adı verilen ve tripsin yerine bakteriyel proteaz içeren bir ürün geliştirdi. Her ne kadar bu yeni ürün tripsinden daha iyi çalışıyor olsa da, yine de ideal bir ürün değildi. Daha sonra 1962’de bütün ihtiyaçlara cevap veren yeni bir ürün geliştirildi. Bu alkali proteazı, deterjanın içinde bulunan diğer maddelerden pek etkilenmiyordu ve istenilen sıcaklıkta çalışabiliyordu. Enzimlerin endüstriyel amaçla kullanılmaları 1965’ten sonra iyice yaygınlaştı. Artık günümüzde pek çok alanda enzimlerden yararlanılıyor.