Hücre & Mikrobiyoloji

Biyologlar Bugüne Kadar Geliştirilmiş En Doğala Yakın Suni Hücreleri Ürettiler

Biyologlar Bugüne Kadar Geliştirilmiş En Doğala Yakın Suni Hücreleri Ürettiler


Hiçbir biyolog gerçek bir şey olan, kimyasal biyoloji ile uğraşan biyolog Neal Devaraj’ın ve meslektaşlarının Kaliforniya Üniversitesi San Diego’da (UCSD) yaptığı mikroskobik “hücrelere” şaşırmayacaktır. Hücrelerimizi saran lipit membran yerine, bu taklit hücre bir plastik – polimerize edilmiş akrilat tabaka kullanmaktadır. DNA içeren çekirdek benzeri bir bölmeyi barındırmasına rağmen, gerçek bir hücrenin çekirdeği gibi bir zardan yoksundur ve ana bileşenleri insan vücudunda bulunan minerallerdir.

Yine de bu sahte hücreler son teknolojidir, işin bir parçası olmayan Minneapolis’teki Minnesota Üniversitesi’nden sentetik biyoloji ile uğraşan biyolog Kate Adamala “Gerçek işleyen bir sentetik ökaryotik hücre inşa etmeye en yakın olanı” der. Gerçek hücreler gibi, küreler komşularına protein sinyalleri göndererek ortak davranışları tetikleyebilir. Devaraj ve ekibi yakın zamanda bioRxiv sitesinde yayınlanan bir ön baskıda da açıkladı, “çekirdek”, hücrelerin geri kalanıyla konuşuyor ve proteinlerin sentezini artıran RNA salgılıyor. Yapay çekirdekler, diğer hücre taklitlerinden gelen sinyallere bile cevap verebilir. Adamala, “Bu yıl sentetik biyolojideki en önemli makale bu olabilir” diyor.

Sentetik biyoloji ile uğraşan biyologların yapay hücreler için büyük hayalleri vardır. Vücuttaki bazı ilaçları taşımak için halihazırda kullanılan lipozomlar gibi daha basit sentetik yapılarla karşılaştırıldığında, çevrelerine karşı daha hassas olabilir ve daha çeşitli işler yapabilirler. Gelecekte, yapay hücreler ilaçlarını hedeflerine daha kesin bir şekilde ulaştırabilir, kanser hücrelerini avlayabilir, toksik kimyasalları tespit edebilir veya tanı testinin doğruluğunu artırabilir. Etkileşen sentetik hücrelerin bir araya gelmesi, yapay dokuları ve çevrelerine duyarlı ve adapte olan akıllı malzemeler oluşturabilir. Bilim adamları hücre faksimiliğini geliştirmek için uğraşırken, yaşamın nasıl ortaya çıktığını ve aynı mühendislik zorluklarından bazılarını aşmayı da öğrenebilirler.”

Bir hücrenin protein üretme ve DNA’yı kopyalama gibi bazı fonksiyonlarının izole edilmiş hücrelerde gerçekleşmesi yeterli olmayacaktır. Devaraj, “Sentetik materyaller geliştireceksek, bireysel ünitelerin işbirliği yapmasını sağlamalıyız” diyor. Araştırmacılar zaten, şekerler ve hidrojen peroksit gibi nispeten küçük molekülleri değiştirerek birbirleriyle iletişim kurabilen sentetik hücreler geliştirmişti. Bununla birlikte Devaraj, vücudumuzda, insülin hormonu ve immün hücrelerimizi harakete geçiren sitokinler dahil olmak üzere birçok moleküler sinyalin protein olduğunu ve tipik olarak çok daha büyük olduğunu not eder.

Hücreye daha çok benzeyen bir taklit hücre yapmak için Devaraj ve meslektaşları doğadan uzaklaştı. En son sahte hücreleri “biraz doğal hücreler gibi gözüküyorlar, ancak tamamen yapay malzemelerden yapılmışlar” diyor UCSD’de sentetik biyoloji ile uğraşan bir biyolog olan yazar Henrike Niederholtmeyer. Araştırmacılar, DNA, insan vücudundan gelen mineraller ve her bir akrilat molekülü gibi ham maddeler içeren küçük damlacıkları çıkarmak için sıvı dolu mikroskobik kanallara sahip bir silikon çip kullandılar. Ultraviyole ışık ve kimyasal işlem her damlacık etrafında oluşturmak için gözenekli bir membran oluşmasını teşvik etti. Aynı zamanda, damlacık içindeki mineraller ve DNA, yumuşak bir kontakt lens dokusuyla bir jel içinde yoğunlaşarak çekirdeğin bir uyarlamasını yaratıyor, diyor Devaraj.

Sonuç, yeni iletişim yeteneklerine sahip bir hücre kopyasıydı. Bazı deneyler için Devaraj’ın ekibi, hücre taklitlerinin çekirdeklerinin içine yeşil floresan proteinini (GFP) kodlayan DNA yerleştirdiler. Ayrıca oluşturdukları bazı taklit hücrelerini, GFP moleküllerini yakalayan yapışkan bir DNA dizisi olan bir ayırıcı bir mekanizma ile donattılar. Araştırmacılar, taklit hücrelerini çevreleyen sıvıya, enzimlerin karışımını ve ribozomlar gibi protein sentezi için diğer gerekli maddeleri ekleyerek, bu DNA dizilerini çalıştırdılar. Bu moleküler mekanizma gözenekli zarı geçti, çekirdekteki genetik bilgiyi okudu ve GFP’nin sentezini harekete geçirdi.

Bilim insanları daha sonra, kendi kendini ışık yayarak belli edemeyen ancak GFP için DNA dizisini barındıran alıcı hücrelerde, GFP üretmek için tasarlanan taklit hücreleri karıştırdılar. 2 saat sonra, göndericilere bitişik olan alıcı hücreler, GFP mesajını komşulardan aldıklarını belirten bir şekilde parlıyorlardı. Benzer bir deneyde, ekip, alıcılarda GFP sentezini başlatan farklı bir protein sinyali yayınlayan taklit hücreler üretti. Gerçek hücreler gibi, bu hücre taklitçileri yakındaki benzerleri ile iletişim kurabilir ve protein üretmeleri için onları uyarabilir.

Taklit hücreler aynı zamanda, yeterli sayıda olduklarında hücrelerin davranışlarının değiştiği yeterli çoğunluğu algılama adı verilen başka bir gerçekçi özellik sergiledi. Bu özellik, araştırmacılar, GFP sentezinin aktivatörünü salgılayan ve tetiklendiklerinde GFP’yi de üretebilen farklı yoğunlukta taklit hücreleri içeren çözeltileri test ettiklerinde ortaya çıktı. Bir çözelti, sentetik hücrelerin sadece birkaçını içeriyorken, neredeyse hiçbiri yeşile dönüşmemiştir. Ancak bir eşik yoğunluğuna ulaştıktan sonra neredeyse hepsi ışık verdi. Görünen o ki, GFP üretmeye başlayabilmeleri için, yapay hücrelerin aktive edici proteinin asgari miktarını çevrelerinden almaları gerekir.

Hücre taklitçileri dayanıklıdır, bir dondurucuda 2 yıl geçirdikten sonra hasara uğramadan kalıyor. Dayanıklılıkları, onları iyi çevresel sensörler yapabilir – UCSD ekibinin şimdi araştırdığı yapılar için yapılan birkaç uygulamadan biri. Devaraj ve meslektaşları, bu veya diğer sentetik hücreleri büyüme ve bölünme yetenekleriyle donatmayı umuyorlar.

Londra’daki Imperial Üniversitesi’den Biyomühendis Yuval Elani, taklit hücrelerin tasarımından etkilendi. “Bu biyolojik olmayan bileşenleri kullanma fikri etkileyici olan şeydir.” Ancak eğer diğer araştırmacıların geliştirdiği yapay hücreleri oluşturan “doğal” bileşenlerle uyumsuz oldukları anlaşılırsa, yapay bileşenler uygulamalar için bir dezavantaj olabilir, diye ekledi.

Kaynak ve ileri okuma: Science

Çeviri: Hande Nur Şahin / Moleküler Biyoloji ve Genetik Bölümü 2. Sınıf Öğrencisi

Eklenme Tarihi : 31 Aralık 2018

Yorum Yap