Canbolat GÜRSES Genetik ve Nanobiyoteknoloji
Kendi kendini kopyalayan nanomalzemelerin mühendisliği mümkün mü? Eğer doğanın yapı taşlarını ödünç alırsak olabilir. DNA’nın bileşen parçaları olan nükleotidler, kendi kendine monte olabilen yapıların tasarımı için özel kimyasal etkileşimlere sahip kendini kopyalayan moleküllerdir. Biyolojik sistemlerde, DNA proteinlerin yardımı ile çoğaltılır. Ancak, Sungkyunkwan Üniversitesi ve Tohoku Üniversitesi’nden Junghoon Kim, Junwye Lee, Shogo Hamada, Sung Ha Park ve Satoshi Murata proteinleri gerektirmeyen, kontrol edilebilir ve kendini kopyalayan bir sistem tasarladılar.
Bu kendini kopyalayan sürecin nasıl işlediğini anlamak için farklı bileşen parçalarını bilmek önemlidir. Kim ve arkadaşları r1 ve r2 isimli fonksiyonel domainlerden oluşan çift zincirli DNA oluşturarak alfa ve beta olarak işaretleyip bağlantı noktaları olarak yapışkan uçlar içeren iki DNA T motifi dizayn ettiler. Ayrıca, bir uzatma motifi tasarladılar. r1 motifinin on iki tanesi küçük bir halka olan R1 halinde kendi kendine birleşirken, r2 motifinin on iki tanesi ve on iki uzatma motifi daha büyük bir halka olan R2’yi kendi kendine birleşerek oluşturdu.
Bu bileşenler, iki farklı durumda olabilir, “döllenmiş” ya da “döllenmemiş”. Döllenmiş yapılar replikasyon için gerekli özellikleri içerir. r1 ya da r2 motifinin tek zincirli bir alfa ya da beta domaini tamamlayıcı alfa ya da beta domaini olan bir zincire bağlandığında döllenme gerçekleşir. Bu durumda halkadan veya orijinal motiften uzanan tek zincirli bir çıkıntı oluşur. Bu çıkıntı halka ya da motifin döllenmiş olduğunu gösterir.
DNA halkasından uzayan bu çıkıntılar, tamamlayıcı işgalci zincirlere bağlanır. Bu durumda işgalci zinciri ve çıkıntıyı içeren bu hibrit yapılar başlangıç halkasını kırarlar ve sonunda dallanmaya bağlı olarak bu parçalar kırılırsa başka bir halkayı kendi kendilerine oluştururlar.
Bu süreç iki farklı replikasyon yolu aracılığıyla devam etmektedir. Bir yol katlanarak büyümektedir. Diğer yol ise Fibonacci dizisine göre büyür. Seçilen belirli yol hangi istilacı zincirin sisteme ekleneceğine bağlıdır.
Yazarlar DNA halkası popülasyonları AFM ve absorbans çalışmaları bu toehold aracılı sürecinde büyüdü olduğu belirlenmiş. AFM çalışmaları için, her fazdan küçük bir örnek alınmış ve bu aşamada mevcut halkaların ortalama sayısı belirlenmiştir. Absorbans verileri her aşamasında halkaların göreceli konsantrasyonunu belirlemek için ayarlanmıştır.
Ayrıca yavru zincirlerin jel elektroforezi ve her bir fazdan DNA ürünlerinin ekstraksiyonu ile solüsyondaki yerel DNA motiflerinin kendi kendilerine meydana gelmeleri sonucunda olduklarına nazaran başlangıç halkasından tek zincir başlangıçlarının birleşmesi sonucunda olduklarını da doğrulamışlardır. AFM ve işgalci zincirlerle çalışılan bireysel her bir fazın sırasında halka oluşturup oluşturmadığını görmek için bir solüsyona eklenmiştir.
Kim ve arkadaşları başlatıcı aracılı zincir değişimi ve DNA motiflerinin kendi kendini oluşturma yeteneklerinin termodinamik özelliklerini kullanarak nano ölçekli kendini eşlemenin gerçekleşebileceğini göstermişlerdir. Bu çalışmada sentetik DNA T motifleri dizileme reaksiyonlarının gerçekleşmesine izin veren kendi kendini oluşturan yapılara dönüşmüştür. Bu araştırma fonksiyonel olarak programlanabilen kendini eşleyen nanoyapıların mümkün olduğunu kanıtlamıştır.
