Sentetik Biyoloji ve 3D Baskı ile Programlanabilir Canlı Malzemeler Üretmek
Yeni çalışmada, biyo-imalat ve inşaatta devrim yaratabilecek karmaşık, kendi kendini onarabilen malzemeler oluşturmak için 3D baskı ve genetiği değiştirilmiş bitki hücreleri kullanılıyor.
Bilim insanları büyüyebilen, kendini onarabilen ve hatta çevresine tepki verebilen yeni tür malzemeler üretmek için hücrelerden yararlanıyor. Bu katı “tasarlanmış canlı malzemeler”, hücrelerin istenen şekilde oluşturulmuş cansız bir matris içine yerleştirilmesiyle elde ediliyor.
Araştırmacılar bugün (1 Mayıs) ACS Central Science dergisinde, daha sonra genetik olarak değiştirilen ve programlanabilir malzemeler üreten bitki hücrelerini içeren bir biyomürekkeple 3D baskı yaptıklarını bildirdiler. Uygulamalar bir gün biyo-üretim ve sürdürülebilir inşaatı içerebilir.
Malzeme Mühendisliğinde Bitki Hücrelerini Keşfetmek
Son zamanlarda araştırmacılar, öncelikle canlı bileşen olarak bakteri ve mantar hücrelerine dayanan mühendislik ürünü canlı materyaller geliştirmektedir. Ancak, bitki hücrelerinin benzersiz özellikleri, tasarlanmış bitki canlı materyallerinde (EPLM’ler) kullanımları için heyecan uyandırdı.
Daha önce, bilim insanları tarafından oluşturulan bitki hücresi temelli malzemeler oldukça basit yapılara ve sınırlı işlevselliğe sahipti. Ziyi Yu, Zhengao Di ve meslektaşları, özelleştirilebilir davranışlara ve yeteneklere sahip genetik olarak tasarlanmış bitki hücreleri içeren karmaşık şekilli EPLM’ler yaparak bunu değiştirmek istediler.
24 gün sonra, yaprak şeklindeki bu mühendislik ürünü canlı malzemede basılan iki farklı biyomürekkepte bitki hücreleri tarafından üretilen renkler açıkça görülebiliyor. Kredi: ACS Central Science 2024’ten uyarlanmıştır, DOI: 10.1021/acscentsci.4c00338
Yenilikçi 3D Baskı Teknikleri
Araştırmacılar tütün bitkisi hücrelerini, DNA segmentlerini bitki genomlarına aktarmak için yaygın olarak kullanılan bir bakteri olan Agrobacterium tumefaciens içeren jelatin ve hidrojel mikropartikülleri ile karıştırdı.
Bu biyomürekkep karışımı daha sonra ızgaralar, kar taneleri, yapraklar ve spiraller gibi şekiller oluşturmak için düz bir plaka üzerine veya başka bir jel ile doldurulmuş bir kabın içine 3D olarak basıldı. Daha sonra, basılı malzemelerdeki hidrojel mavi ışıkla sertleştirilerek yapılar sertleştirildi. Takip eden 48 saat boyunca, EPLM’lerdeki bakteriler DNA’yı büyüyen tütün hücrelerine aktardı.
Malzemeler daha sonra bakterileri öldürmek için antibiyotiklerle yıkandı. Takip eden haftalarda, bitki hücreleri EPLM’lerde büyüyüp çoğaldıkça, aktarılan DNA tarafından dikte edilen proteinleri üretmeye başladılar.
Kavram Kanıtı ve Gelecekteki Uygulamalar
Bu kavram kanıtlama çalışmasında, aktarılan DNA, tütün bitkisi hücrelerinin yeşil floresan proteinler veya betalainler – doğal renklendiriciler ve besin takviyeleri olarak değerlendirilen kırmızı veya sarı bitki pigmentleri – üretmesini sağladı. Araştırmacılar, biri damarlar boyunca kırmızı pigment, diğeri ise yaprağın geri kalanında sarı pigment oluşturan iki farklı biyomürekkeple yaprak şeklinde bir EPLM basarak, tekniklerinin karmaşık, uzamsal olarak kontrol edilen ve çok işlevli yapılar üretebileceğini gösterdi.
Araştırmacılara göre, canlı organizmaların özelliklerini cansız maddelerin kararlılığı ve dayanıklılığı ile birleştiren bu tür EPLM’ler, bitki metabolitleri veya farmasötik proteinler üretmek için hücresel fabrikalar olarak veya hatta sürdürülebilir inşaat uygulamalarında kullanım alanı bulabilir.
Kaynak: https://scitechdaily.com
Derleyen: Figen Berber
Sentetik Biyoloji Yoluyla Gezegenin Düzenleyici Gücü Ortaya Çıkıyor