TÜRÜNÜN İLK ÖRNEĞİ YAPAY PROTEİN : LOCKR

Akıllı hücre tedavilerinin yeni çağında yapay protein kullanıcılarının sınırsız potansiyelleri ;

Pek çok tedavi sadece doğru zamanda ve çok hassas dozlarda uygulandığında güvenli ve etkilidir. Çok erken veya çok geç, çok büyük veya çok küçük bir miktarda verildiğinde ilaçlar etkisiz veya hatta zararlı olabilir. Birçok durumda, doktorlar ilacın ne zaman veya ne kadar dağıtılacağını bilemeyebilir.

San Francisco’dan Hana El-Samad ve Washington Üniversitesi’nden David Baker liderliğindeki biyomühendislerden oluşan bir ekip, bu soruna kayda değer bir çözüm geliştirdi. Yaptıkları çalışmalara göre minik özerk robotlar gibi davranan akıllı hücreler, gelecekte hasarı ve hastalığı tespit etmek ve doğru zamanda ve doğru miktarda yardım sunmak için kullanılabilir.

Hana El-Samad

David Baker

Şaşırtıcı bir şekilde bu, bir bilgisayarda tasarlanan ve laboratuarda sentezlenen, canlı hücrelerin içine yepyeni biyolojik devreler inşa etmek için kullanılabilen, türünün ilk örneği olan yapay protein sayesinde doğrudan insan müdahalesi olmadan gerçekleştirilebilir. Bu devreler, sıradan hücreleri dikkate değer yeteneklerle donatılmış akıllı hücrelere dönüştürür.

Anahtar protein veya LOCKR olarak bilinen bu yeni protein, 24 Temmuz 2019’da Nature dergisinde yayınlanan bir çift makalede anlatılmıştır. Ve biyologların tasarladığı ya da doğanın kendisinin şimdiye kadar sunduğu hiçbir şeye benzemez.

UCSF’de Biyokimya ve Biyofizik Profesörü ve yeni çalışmaların ortak yazarı El-Samad, “Biyoteknoloji cephaneliğindeki pek çok alet, laboratuarda kullanılmak üzere doğal olarak meydana gelen molekülleri kullanmasına rağmen, LOCKR’nin doğada karşılığı yoktur.” dedi. “LOCKR, insanlar tarafından baştan sona tasarlanan ve inşa edilen bir biyoteknolojidir. Bu, proteinin hücrenin diğer bileşenleriyle etkileşime girme şekli üzerinde eşi görülmemiş bir kontrol seviyesi sağlar ve çözülemeyen – ve daha önce çözülememiş – biyoloji alanındaki sorunlarla, tıp ve sanayi için önemli etkilerle başa çıkmamıza izin verir.

LOCKR açıldığında, herhangi bir hücresel işlemi kontrol etmek için tasarlanabilen bir moleküler kolu ortaya çıkaran bir kovan yapısını andırır. İki yeni makalenin ilk bölümünde araştırmacılar, hücrelerin içindeki moleküler trafiği yönlendirebilecek, spesifik proteinleri bozabilecek ve hücrenin kendi kendini imha sürecini başlatabilen silahları tanımlamaktadır.

Ancak LOCKR’ın kolu, kovan açılıncaya kadar gizli kalır. Protein adının önerdiği gibi, kovan moleküler bir “anahtar” ile karşılaşıncaya kadar kapalı kalır. Bilim adamları tarafından kovanın “kilidine” tam olarak uyması için tasarlanmış bir protein ile açılır. Bir anahtarın yokluğunda, LOCKR aslında kapatılır ve anahtar ile açılır.

LOCKR’nin “açık” veya “kapalı” olduğunu kontrol etme yeteneği, bir elektrik düğmesi gibi çok fazla davrandığı anlamına gelir. Anahtarlar basit görünse de (ilkel olsa da) oldukça minyatür anahtarlar tüm modern elektroniklerin temel yapı taşıdır. Anahtar benzeri bir protein olan LOCKR ile bilim insanları sonunda hücrelerin içindeki bu tür devrelerin biyolojik eşdeğerini oluşturabilirler.

Biohub Araştırmacısı  Chan ZuckerbergEntegre devrelerin bilgisayar çipi endüstrisinin patlamasını sağladığı gibi, bu çok yönlü ve dinamik biyolojik anahtarlar yakında canlı hücrelerin davranışları ve nihayetinde sağlığımız üzerinde hassas bir kontrolün kilidini kaldırabilir” dedi.

İki makalenin ikinci bölümünde, araştırmacılar teknolojinin devre oluşturma potansiyelinin etkileyici bir gösterimini anlatıyor. İlgili proteini bozmak için açılıp kapatılabilen degronLOCKR adlı aracın bir versiyonunu kullanarak, hücrenin iç ve dış ortamından gelen ipuçlarına tepki olarak hücresel aktiviteyi dinamik olarak düzenleyebilen devreler inşa ettiler.

Genetik olarak kodlanmış bir sensörü içeren devreler normal hücre aktivitesinde bir bozulma tespit ettiğinde, degronLOCKR hücre bozulmasına neden olan hücresel “yazılımı” yönlendiren proteinleri yok ederek, hücre normale dönene kadar cevap verdi.(termostatların sürekli olarak ortam sıcaklığını nasıl algıladığını ve istenen bir sıcaklığı korumak için kapatılması veya açılması için HVAC sistemlerini yönlendirmesini hatırlatan bir süreç)

Ancak hücrelerde buna benzer yeni biyolojik devreler oluşturmak için degronLOCKR kullanmak, bir biyo-mühendislik numarasından daha fazlasıdır. Doktora araştırmasını yakın zamanda El-Samad’ın laboratuarında tamamlayan iki çalışmanın ortak yazarlarından biri olan Andrew Ng‘e göre, teknolojinin potansiyeli neredeyse sınırsız.

El-Samad’la birlikte çalışan Ng “LOCKR ve daha spesifik olarak degronLOCKR, hücrelerin henüz güvenli ve etkili tedavilerin bulunmadığı çok çeşitli zayıflatma koşullarını tedavi etmesi için tamamen yeni bir olasılık alanı sunuyor” dedi.

UC Berkeley-UCSF Biyomühendislik Yüksek Lisans Programı. “Bu teknolojilerle, yalnızca hayal gücümüzle kısıtlıyız.”

Bu amaçla, El-Samad, Ng ve ortakları şimdi travmatik beyin hasarı  dahil olmak üzere çeşitli hastalıkları ve rahatsızlıkları tedavi edebilecek degronLOCKR tabanlı akıllı hücreler inşa ediyorlar.

Beyin travmatik bir yaralanmaya maruz kaldığında vücut güçlü bir enflamatuar yanıtı aktive ederek yanıt verir. Enflamasyon vücudun iyileşme sürecinin önemli bir parçası olsa da travmatik beyin hasarında enflamasyon seviyeleri, gerekli olanı hatta sağlıklı olanı aşabilir. Birçok travmatik beyin hasarı  vakasında, iltihap beyne kalıcı hasar veren tehlikeli seviyelere ulaşır.

Araştırmacılar, yakın zamanda enflamasyonu algılamak ve bağışıklık sisteminin aktivitesini modüle etmek için tasarlanmış degronLOCKR tabanlı devreler kurarak hastanın kendi hücrelerini akıllı hücrelere dönüştürebileceklerini düşünüyor. Umut, bu tasarlanmış hücreler hastanın vücuduna geri döndüğünde, enflamasyonu dar terapötik bölgede iyi tutacağıdır.

Ancak, bilim adamlarının bu teknolojiyle mücadele ettikleri tek durum travmatik beyin hasarı  değil. El-Samad, akıllı hücrelerin bir gün, şu anda tedavi edilemeyen çeşitli hastalıkları tedavi etmek için, en son ilaçlara ve hücre tedavilerine, henüz hiçbir tedavinin bulunmadığı otoimmün hastalıklara kadar birçok hastalığı tedavi etmek için kullanılabileceğini düşünüyor.

El-Samad, “DegronLOCKR ve gelecekte gelişim için planlanan benzer molekülleri kullanarak yeni nesil akıllı, hassas ve sağlam canlı hücre tedavilerinde çok iyi bir şekilde faydalanabilecek ve giderek daha karmaşık devreler oluşturabileceğiz.” dedi.

KAYNAKÇA

Bu araştırma ilginizi çektiyse BİYOTEKNOLOJİ NEDİR? yazımızı da okumanızı öneririz.

Yazar Hakkında

Yorum Ekle