Canbolat GÜRSES Genetik ve Nanobiyoteknoloji
Michigan Eyalet Üniversitesi’ndeki Cheryl Kerfeld’in araştırma ekibi, doğal olarak bakterilerde bulunan bir yapıyı temel alarak sentetik nano ölçekli bir fabrika kurmayı başardı. Metabolic Engineering dergisinde yayımlanan bu araştırma, tıbbi, endüstriyel veya biyoenerjiyle alakalı yeni uygulamalara yol açabilir.
Doğal, nano boyuttaki fabrikalar tüm gezegendeki bakterilerde bulunur. Bunlardan bazıları besin yapar. Diğerleri, bakterileri hasta edecek, hatta öldürecek toksik materyalleri bakteriden ayırır.
Ancak tüm fabrikalar proteinden yapılmış bir kabuk bulundurmalarına rağmen ortak bir dış alanı paylaşmaktadırlar. Bilim adamları, biyoteknolojide kullanılmak üzere doğal olarak bakteride bulunan bu sistemlere dayanarak yeni fabrikalar tasarlamak istiyorlar.
Yararlı enzimleri bu fabrikalara yönlendirmenin bir yolu, fabrika kabuklarını oluşturan proteinlerin kuyruk uçlarına fiziksel olarak bu enzimlerin tutturulmasıdır. Fakat, bu noktada üzerinde durulması gereken bir tuzak vardır.
Çoğu kabuk proteinin uçları bir fabrikanın dışına bakmaktadır. Böylece, protein uçlarına kaynaşmış herhangi bir molekül, iç yüzeyde değil dış yüzeyde kalacaktır. Eğer amaç, bir veya daha fazla enzimin hücrenin geri kalanından ayrılmış bir fabrika içinde tutulması ise bu durum bir problem yaratacaktır.
Kerfeld’in laboratuvarında doktora sonrası araştırmacı olarak çalışan Bryan Ferlez, “Proteinleri fabrikanın içine göndermek için, kabuklara monte edilmiş yeni bir yapı taşına ihtiyacımız vardı” diyerek konuşmasına şöyle devam ediyor: “Bir kabuk proteinini yeniden tasarlamayı hedefledik, böylece sonuçta uç tarafı içeriye dönük bir yapı inşa ettik. Elde ettiğimiz bu yeni yapıyla, bu kabuk proteinine bağlı kargonun da kabuk içinde sona ermesini bekliyoruz.”
Yapılan bu yeni çalışmada bilim insanları, BMC-H adlı en bol bulunan kabuk proteinini kullanıyorlar ve “dairesel permütasyon” adı verilen bir teknikle içeriden dışarıya doğru bu kabuğu çeviriyorlar.
Araştırmacılar, amino asit dizisinin bölümlerini karıştırıp orijinal uçları birbirine yapıştırıyorlar. Daha sonra proteinin iç yüzüne yeni uçlar ekliyorlar. Sonuçta, doğal muadili ile neredeyse aynı görünen yeni bir sentetik kabuk proteini elde edilmiş oluyor. Dolayısıyla, her iki yeni uç da kabuğun içine bakmaktadır.
Meydana getirilen yeni yapı, fabrika kabukları inşa etmek için kullanılabilir bir yapı taşıdır. Bilim insanları oluşturulan yeni protein ile fabrika kabuklarını başarıyla ürettiler. Bu yeni protein, orijinal kabuklara boyut ve görünüm bakımından benzemektedir.
Yeni yapı, kabuğun içine moleküller katabilmektedir. Araştırma ekibi, fluoresan kargo proteinini yeni BMC-H proteinine kaynaştırarak oluşturulan bu konsepti test etti. Mikroskopi ve biyokimyasal testler, kabuğun iç kısmındaki kargoyu göstermektedir. Ayrıca, bilim insanları yeni yapının içine giren kargonun miktarını da kontrol edebilmektedirler.
“BMC-H proteininden az ya da çok yaparak bu proteinin ucuyla kaynaşmış bir fluoresan proteinin de katkısıyla, kabuk içine sokulan kargo miktarını da kontrol edebildik.” diyen Ferlez, çalışmanın bir sonraki aşaması olarak “faydalı” moleküllerin, yeni kabuk proteini ile yapılan sentetik bir fabrikaya hedeflenmek istendiğini belirtmektedir.
Metabolik yolaklar veya montaj hatları oluşturmaya başlanabileceğini ve bu nano fabrikalardaki enzimlerin miktarlarını ve yerlerini belirleyebileceklerine değinen Ferlez ayrıca, bu sistemin kauçuk, biyoyakıt ve diğer ticari ürünlerin üretimini arttırmak için yakın gelecekte bir gün kullanılabileceğinden de bahsetmiştir.
