Zamanı Hisseden Yapay Hücreler Geliştirildi
Bilim insanları, biyolojik saat proteinlerini kullanarak zamanı doğru bir şekilde ölçen sentetik hücreler tasarladılar ve sirkadiyen ritimlerin moleküler gürültüye nasıl direndiğine dair yeni bilgiler elde ettiler.
UC Merced’deki araştırmacılar, canlı organizmalarda gözlemlenen doğal günlük döngülere oldukça benzeyen, olağanüstü bir hassasiyetle zamanı ölçebilen küçük yapay hücreler üretmeyi başardılar. Bu keşif, biyolojik saatlerin hücreler içinde meydana gelen rastgele moleküler dalgalanmalar sırasında bile doğru zamanlamayı nasıl koruduğuna dair yeni bilgiler sunuyor.
Nature Communications’da yayınlanan çalışma, biyomühendislik profesörü Anand Bala Subramaniam ve kimya ve biyokimya bölümünden profesör Andy LiWang tarafından yönetildi. Başyazar Alexander Zhang Tu Li, doktorasını Subramaniam’ın rehberliğinde tamamladı.
Genellikle sirkadiyen ritimler olarak adlandırılan biyolojik saatler, uyku, metabolizma ve diğer temel vücut fonksiyonları gibi temel 24 saatlik döngüleri yöneten iç sistemlerdir. Bu ritimlerin siyanobakterilerde nasıl işlediğini daha iyi anlamak için araştırma ekibi, zamanlama mekanizmasını vezikül olarak bilinen basitleştirilmiş sentetik hücre yapıları içinde yeniden oluşturdu. Bu veziküller, biyolojik saati çalıştıran çekirdek proteinlerle dolduruldu ve bir protein, zamanlama aktivitesini görünür kılmak için floresan bir işaretleyici kullanılarak etiketlendi.
Tasarlanan hücreler, en az dört gün boyunca 24 saatlik bir döngüyü izleyen tutarlı bir parlayan sinyal yaydı. Saat proteinlerinin konsantrasyonu veya vezikül boyutu azaltıldığında, ritmik parıltı kayboldu. Bu bozulma, tutarlı ve öngörülebilir bir düzende meydana geldi.
Saat Stabilitesinin Modellenmesi
Ekip, bu bulguları açıklamak için bir hesaplama modeli oluşturdu. Model, saat proteinlerinin daha yüksek konsantrasyonlarında saatlerin daha sağlam hale geldiğini ve protein miktarları veziküller arasında biraz değişse bile binlerce vezikülün güvenilir bir şekilde zamanı tutmasını sağladığını ortaya koydu.
Model ayrıca, genleri açıp kapatmaktan sorumlu olan doğal sirkadiyen sistemin bir başka bileşeninin, bireysel saatlerin korunmasında önemli bir rol oynamadığını, ancak bir popülasyon genelinde saat zamanlamasını senkronize etmek için gerekli olduğunu öne sürdü.
Araştırmacılar ayrıca, bazı saat proteinlerinin veziküllerin duvarlarına yapışma eğiliminde olduğunu, yani düzgün işlevini sürdürmek için yüksek toplam protein sayısının gerekli olduğunu belirtti.
Subramaniam, “Bu çalışma, basitleştirilmiş, sentetik sistemler kullanarak biyolojik zaman tutmanın temel prensiplerini inceleyip anlayabileceğimizi gösteriyor.” dedi.
Sirkadiyen Biyoloji İçin Yeni Bir Araç
Subramaniam ve LiWang liderliğindeki çalışma, biyolojik saatleri inceleme metodolojisini ilerletiyor, diyor Ohio Eyalet Üniversitesi’nde mikrobiyoloji profesörü ve sirkadiyen saatler uzmanı Mingxu Fang.
Fang, “Siyanobakteriyel sirkadiyen saat, doğası gereği gürültülü olan yavaş biyokimyasal reaksiyonlara dayanır ve bu gürültüyü azaltmak için yüksek sayıda saat proteinine ihtiyaç duyulduğu öne sürülmüştür,” diyor. “Bu yeni çalışma, hücresel boyutları taklit eden, boyutu ayarlanabilir veziküller içinde yeniden yapılandırılmış saat reaksiyonlarını gözlemlemek için bir yöntem sunuyor. Bu güçlü araç, farklı hücre boyutlarına sahip organizmaların farklı zamanlama stratejileri nasıl ve neden benimseyebileceğinin doğrudan test edilmesini sağlayarak, yaşam formları genelinde biyolojik zaman tutma mekanizmalarına dair anlayışımızı derinleştiriyor.”
Kaynak: https://scitechdaily.com