İNSAN BÖBREĞİ HÜCRESİ BİLGİSAYARA DÖNÜŞTÜRÜLDÜ
Nature Biotechnology dergisinde yayımlanan makale ile ayrıntıları paylaşılan çalışmada, Boston Üniversitesi'nden sentetik biyolog Wilson Wong liderliğindeki ekip; memeli hücrelerini biyobilgisayara nasıl dönüştürdüklerini ve nasıl hesaplama gerçekleştirdiklerini anlatıyor. Üstelik bu heyecan verici çalışmada kullanılan memeli hücresi, insan böbreğine ait!
Boston ekibi, yaptıkları araştırmada kullandıkları genetik devrenin kendisini, hücrelerde zaten varolan "promoter" (başlatma, yazım başlatıcı) mekanizmasını kullanarak tasarladı. Bu DNA parçası, bir hücrenin DNA'sının RNA'ya yazımını gerçekleştirir ve ardından yazılan kod proteine çevrilir. Araştırmacılar, seçilen parçaları kesmek suretiyle genleri açıp kapatma düğmesi rolünde olup; DNA rekombinaz olarak adlandırılan ve bir tür makas görevi gören enzime güvendi. Bir promoterin arkasına fazladan 4 tane DNA kırpığı yerleştirildi. Bu kırpıntılardan biri, yeşil fluoresan protein (GFP) üretmek üzere tasarlanmıştı. GFP, özel bir madde tarafından çalışır duruma getirildiğinde hücreyi aydınlatır.
Wong ve ekibi, bu tekniği kullanarak %96,5 başarı oranıyla 113 farklı devre yapılandırabildi. Bu değişik türde devreler, değişken hedef zincirlerle farklı rekombinazlar kullanılarak düzenlendi. Çalışmalarının en büyük başarısı, 6 farklı girdili bir devre kullanarak insan hücrelerinden bir Boolean mantıksal işlem tablosu yapmaları olsa gerek. Girdiler çeşitli şekillerde bir araya getirilerek, 16 mantıksal işlemin herbiri gerçekleştirilebildi.
Ekip, geliştirdikleri sisteme BLADE (İng. Boolean Logic and Arithmetic through DNA Excision) adını verdi. Bu sistem sayesinde, hücre içi süreçleri rekombinazlar aracılığı ile kontrol edebiliyorlar. BLADE sistemini, CRISPR-Cas9 sistemi ile birlikte kullanma olanağı da var.
BLADE sisteminin işleyişini sınamak amacıyla araştırmacılar fluoresan proteinler olan tagBFP, EGFP, iRFP720 ve mRuby2'yi Jurkat T limfosit hücrelerinde kodlayan 4 gen üzerinde çalıştı. Deney sonucunda rekombinazların doğru biçimde çalıştıkları görüldü ve proteinlerin deney başlangıcından iki hafta sonra bile hücrelerde parıldadıkları görüldü.
Bilgisayar, özünde hesaplama yaparak bilgi işleyen bir makinedir. Bilgisayarın devresi ne kadar güçlü olursa, o da o kadar karmaşık hesaplamalar yapabilir duruma gelir. Benzer biçimde, minibilgisayar olarak çalıştırılmak üzere genetik düzenlemesi yapılan hücreler de, düzenlenişlerine bağlı olarak az ya da çok güçlü olabilirler.
Wong'un ekibinin çalışmasından önce, hesaplama işlemlerini gerçekleştirmek amacıyla başka araştırmacılar tarafından organik malzemelerin genlerinin genetik mühendisliği yapılmıştı. Örneğin oksijen düzeyi düştüğünde hücrelerin ışık salınımı yapmaya başlamasının sağlanması gibi. Ancak bu basit biyobilgisayarlar, genlerini manipüle etmenin nispeten kolay olduğu E. coli ve diğer bazı bakteriler ile sınırlıydı. Memeli hücrelerinin genetik devre olarak kullanımı ise zordur; çünkü belirli genleri açma ve kapatma becerileri, transkripsiyon faktörlerine bağlıdır. Bu konuda DNA rekombinaza başvuran Boston ekibi, böylece sorunu aşabilmiş.
Bilimkurgu gibi görünse de artık elde edilmiş bir teknoloji olan bu başarı, ilerleyen yıllarda biyobilgisayarlar ve biyoelektronik alanında ne gibi gelişmeler yaşanabileceğinin ipucunu veriyor.
Kaynaklar:
• Engadget, "Scientists turn human
kidney cells into tiny biocomputers"
• Science, "Scientists turn mammalian cells into complex biocomputers"
• Futurism, "New Research
Turns Mammalian Cells Into Biocomputers"
• Nplus1, "Создана рекордно сложная библиотека для программирования человеческих клеток"
• https://bilimfili.com/insanbobregi-hucresi-bilgisayaradonusturuldu
Boston Üniversitesi bilimcileri; memeli hücrelerini minik biyobilgisayarlara, yani canlı bilgisayara dönüştürmeyi başardı. Hücreleri, programlanabilir ve böylece karmaşık hesaplama işlemlerini gerçekleştirebilir duruma getiren bu tekniğin, gelecekte pek çok hastalığa çare olabileceği düşünülüyor.