Kimyasal Tepkilerle Hareket Eden Yapay Hücre Geliştirildi
Katalonya Biyomühendislik Enstitüsü’ndeki (IBEC) araştırmacılar, kimyasal navigasyon yeteneğine sahip, canlı hücreler gibi belirli maddelere doğru göç edebilen dünyanın en basit yapay hücresini yarattılar.
Science Advances’ta yayınlanan bu çığır açıcı buluş, mikroskobik baloncukların kimyasal izleri takip edecek şekilde nasıl programlanabileceğini gösteriyor. Çalışma, kemotaksi yoluyla kendini itebilen enzimleri kapsülleyen bir lipit kesecik formunda “minimal bir hücrenin” gelişimini anlatıyor.
Hücresel taşıma, birçok biyolojik sürecin hayati bir parçası ve evrimde önemli bir dönüm noktasıdır. Tüm hareket türleri arasında kemotaksi, birçok canlı sistemin besinler gibi faydalı sinyallere doğru veya zararlı sinyallerden uzaklaşmak için kullandığı temel bir stratejidir.
IBEC’deki Moleküler Biyonik grubunda doktora öğrencisi, Barselona Üniversitesi Fizik Fakültesi’nde profesör ve çalışmanın ilk yazarı olan Bárbara Borges Fernandes, “Bakteriler yiyecek bulmak için ona güvenir, beyaz kan hücreleri enfeksiyon bölgelerine ulaşmak için onu kullanır ve hatta sperm hücreleri bile kemotaksi yoluyla yumurtaya doğru ilerler,” diye açıklıyor.
“Özellikle büyüleyici bulduğumuz şey, bu tür yönlendirilmiş hareketin, kamçı veya karmaşık sinyal yolları gibi genellikle söz konusu olan karmaşık mekanizmalar olmadan bile gerçekleşebilmesi. Bunu minimal bir sentetik sistemde yeniden oluşturarak, bu hareketi mümkün kılan temel prensipleri ortaya çıkarmayı hedefliyoruz,” diye ekliyor.
Yapay bir hücre tasarlayabilmek, bilim insanlarının hücre birimlerinin daha karmaşık yapılara doğru evrimi nasıl yönlendirdiğini daha iyi anlamalarına yardımcı olabilir.
IBEC’de ICREA Araştırma Profesörü, Moleküler Biyonik Grubu Baş Araştırmacısı ve çalışmanın lideri olan kıdemli yazar Profesör Giuseppe Battaglia, “Bu sentetik hücreler, doğanın navigasyon sisteminin planları gibidir,” diyor. “Basit inşa et, derinlemesine anla.”
Lipozomlar ve Gözenekler: Tekneler ve Motorlar
Bunu başarmak için araştırma ekibi, hücre benzeri veziküllerin iki substratın (glikoz ve üre) gradyanlarında nasıl hareket ettiğini inceledi. Lipozom adı verilen lipit bazlı veziküllerin içine glikoz oksidaz veya üreaz enzimlerini yerleştirerek, glikoz ve üreyi kendi son ürünlerine dönüştürdüler.
Daha sonra lipozomlar, temel bir zar gözenek proteini eklenerek modifiye edildi. Bu protein, substratların sentetik hücreye girmesi ve reaksiyon ürünlerinin çıkması için bir kanal görevi görür.
Aktif hareketin simetrinin bozulmasına bağlı olduğu bilinmektedir. Enzimlerin partikül içinde hapsolması ve gözeneklerin birincil değişim noktaları olarak kullanılmasıyla, partikül etrafında bir kimyasal konsantrasyon farkı oluşur. Bu, vezikülün yüzeyi boyunca sıvı akışına neden olur ve partikülün hareketini yönlendirir. Sanki lipozom bir tekne, gözenek ve enzim ise onun motoru ve navigasyon sistemiymiş gibi.
Pasif taşımadan aktif kemotaksiye
Araştırma ekibi, genel popülasyon davranışını anlamak için 10.000’den fazla vezikülün glikoz veya üreaz gradyanlı mikroakışkan kanallar içindeki taşınmasını analiz etti. Farklı sayıda gözenekli veziküllerin yörüngelerini incelediler ve bunları gözeneksiz kontrol veziküllerinin yörüngeleriyle karşılaştırdılar.
Borges, “Kontrol veziküllerinin kemotaksi dışındaki pasif etkiler nedeniyle daha düşük substrat konsantrasyonlarına doğru hareket ettiğini gözlemliyoruz. Veziküllerdeki gözenek sayısı arttıkça, kemotaktik bileşen de artıyor. Bu durum, sonunda hareket yönünü tersine çevirerek veziküllerin daha yüksek substrat konsantrasyonlarına sahip bölgelere doğru hareket etmesine neden oluyor,” diye açıklıyor.
Bu sonuçlar biyokimyasal açıdan umut verici çünkü incelenen elementler hücrelerin büyük çoğunluğunun yapısında her yerde mevcut.
“Bir keseciğin hareketini izleyin. Gerçekten izleyin. O küçük baloncuk sırlar barındırıyor: Hücreler birbirlerine nasıl fısıldaşıyor, yaşamın yükünü nasıl taşıyorlar. Ama biyolojinin mekanizması gürültülü, çok fazla parça var! Bu yüzden hile yapıyoruz. Tüm dansı sadece üç şeyle yeniden inşa ediyoruz: yağlı bir kabuk, bir enzim ve bir gözenek,” diyor Battaglia.
“Telaş yok. Şimdi gizli kurallar ortaya çıkıyor. Sentetik biyolojinin gücü işte bu: Bir bulmacayı temellerine kadar çözün, birden karmaşanın içindeki müziği görürsünüz. Bir zamanlar karmaşık görünen şey ne? Saf, zarif kimya, daha azıyla daha fazlasını yapmak.”
Çalışma, teorik tahminleri yapan Barselona Üniversitesi’ndeki (UB) José Miguel Rubí ekibiyle iş birliği içinde yürütüldü.
Kaynak: https://phys.org
“OI” Yeni Yapay Zeka mı? Biyobilgisayarlar Bir Gün İnsan Beyin Hücreleri Üzerinde Çalışabilir