Labmedya - Laboratuvar ve Sağlık Gazetesi

Johns Hopkins Üniversitesindeki bilim insanları, hücrelerin nasıl hareket ettiğini anlamayı ve ilaçları vücutta taşımanın yeni yollarını yaratmayı amaçlayan bir araştırma kapsamında, harici bir kimyasal ipucunu takip eden ve ‘Simetri kırılması’ adı verilen biyolojinin bir yönetim prensibini gösteren minimal bir sentetik hücre inşa ettiklerini söylemektedirler.

Bir hücrenin hareketinden önce gelen bir adım olan ‘Simetri kırılması’, hücrenin başlangıçta simetrik olarak düzenlenmiş moleküllerinin, genellikle uyaranlara yanıt olarak asimetrik bir şekil halinde yeniden düzenlenmesiyle meydana gelmektedir. Bu, göçmen kuşların yüksek binalar veya güneş ışığı gibi çevresel bir pusulaya tepki olarak yeni bir oluşuma geçtiklerinde simetriyi nasıl bozduklarına benzemektedir. Mikroskobik düzeyde, bağışıklık hücreleri enfeksiyon bölgesinde yoğunlaşan kimyasal sinyalleri algılar ve simetriyi bozarak enfeksiyon kapmış dokuya ulaşmak üzere kan damarı duvarını geçmektedir. Hücreler simetriyi bozdukça, onları hedeflerine doğru hareket etmeye hazırlayan polarize ve asimetrik yapılara dönüşmektedirler.

Johns Hopkins'te yüksek lisans öğrencisiyken araştırmayı yöneten ve şu anda Massachusetts Teknoloji Enstitüsünde doktora sonrası araştırmacı olarak görev yapan Shiva Razavi, ‘Simetri kırılması biyoloji, fizik ve kozmoloji gibi çeşitli alanları etkiler ve yaşam için hayati önem taşımaktadır. Bu kavramın nasıl çalıştığını anlamak, biyolojinin temellerini oluşturmanın ve bu bilginin tedavi yöntemleri geliştirmek için nasıl kullanılacağını keşfetmenin anahtarıdır.’ diyerek açıklama yapmıştır.

Hücrelerin kimyasal çevrelerini nasıl inceleyebileceklerini ve tepki olarak kimyasal profillerini ve şekillerini nasıl yeniden düzenleyebileceklerini anlamak için sentetik hücrelerde simetri bozulmasını taklit etmenin ve kontrol etmenin yollarını bulmanın uzun süredir gerekli olduğunu düşünülmektedir.

Bu çalışma için bilim insanları, fosfolipidlerden, saflaştırılmış proteinlerden, tuzlardan ve enerji sağlayan ATP'den yapılmış basitleştirilmiş bir sentetik hücre veya protohücre olan, çift katmanlı membrana sahip dev bir kesecik oluşturmuşlardır. Küresel şekli nedeniyle bu protohücreye ‘Kabarcık’ adı verilmiştir. Bilim insanları, deneylerinde, hücrenin simetriyi bozarak neredeyse mükemmel bir küreden düzensiz bir şekle dönüşmesini sağlayan bir kimyasal algılama yeteneği ile protohücreyi başarılı bir şekilde tasarlamışlardır. Araştırmacılar, sistemin, bağışıklık tepkisindeki ilk adımı taklit etmek için özel olarak tasarlandığını ve nötrofillerin, etraflarında algıladıkları proteinlere dayalı olarak mikroplara saldırmaları için sinyal gönderebildiğini söylemektedirler.

Johns Hopkins Üniversitesinden Dr. Razavi, ‘Sıfırdan hücre benzeri bir yapı inşa ederek, bir hücrenin simetriyi kırması için gereken temel bileşenleri en basit haliyle daha iyi tanımlayabilir ve anlayabiliriz.’ diyerek açıklama yapmıştır. Araştırmacılar, bir gün kimyasal algılamanın vücutta hedefe yönelik ilaç dağıtımı için kullanılabileceğini söylemektedir.

Johns Hopkins Medicine Hücre Dinamiği Merkezi direktörü ve hücre biyolojisi profesörü, kıdemli yazar Dr. Takanari Inoue, ‘Buradaki fikir, bu baloncuklara protein, RNA, DNA, boya veya küçük moleküller gibi istediğiniz her şeyi bu baloncuklara paketleyebilmeniz, kimyasal algılamayı kullanarak hücreye nereye gitmesi gerektiğini söyleyebilmeniz ve ardından hücrenin, bir ilacın salınabilmesi için amaçlanan hedefin yakınında patlamasını sağlayabilmenizdir.’ diye açıklama yapmıştır.

Keseciğin kimyasal algılama yeteneğini etkinleştirmek için araştırmacılar, sentetik hücrenin içine FKBP ve FRB adı verilen, moleküler anahtar görevi gören iki protein yerleştirmişlerdir. FKBP proteini hücrenin merkezine, FRB proteini ise membranın üzerine yerleştirilmiştir. Araştırmacılar kabarcık hücresinin dışına bir kimyasal (Rapamisin) eklediklerinde, FKBP, FRB'ye bağlanmak için membrana taşındı ve sentetik hücrenin iskeletinin yeniden düzenlenmesi veya aktin polimerizasyonu adı verilen bir süreci tetiklenmiştir. Protohücrenin içindeki kimyasal reaksiyon, hücre zarına baskı uygulayan ve onu büken aktin'den oluşan çubuk benzeri bir yapıyla sonuçlanmıştır.

Araştırmacılar, protohücrenin kimyasal algılama yeteneğini kaydetmek için Konfokal mikroskopi adı verilen özel bir tür hızlı 3 boyutlu görüntüleme kullanmışlardır. Protohücreler kimyasal sinyale hızlı bir şekilde yanıt verdiğinden, görüntüleri her 15 ila 30 saniyede bir kare olacak şekilde hızlı bir şekilde kaydetmeleri gerekmiştir.

Yakın gelecekte araştırmacılar bu sentetik hücreleri istenen hedefe doğru hareket etme yeteneğiyle donatmayı hedeflemektedir. Bununla birlikte bilim insanları, hedefe yönelik ilaç dağıtımı, çevresel algılama, hassas hareket ve uyaranlara tepkinin çok önemli olduğu diğer alanlarda önemli potansiyel uygulamalara sahip olabilecek sentetik hücreler tasarlamayı umut etmektedir.

Yazar: Bassma BOUANANI

Kaynakça: lab-worldwide.com