Montreal Üniversitesi araştırmacıları bir insan saçından 20.000 kat daha ince ve programlanabilir DNA termometresini üretmeyi başardı. Bu dev bilimsel gelişme geçtiğimiz hafta Nano Letters dergisinde yayımlandı ve nano ölçekte sıcaklık ölçmeyi sağlayan doğal maddelerden insan tasarımı nanoteknolojiler ile ilgili kavrayışımızda bir sıçrayışa sebep oldu.

Bilim insanları DNA'nın moleküler yapısını ve üç boyutlu şeklini keşfedeli 63 yıl oldu. (bkz.Dünya DNA Günü ve DNA) DNA molekülü ısıtıldığında tıpkı ısıtılan lastik gibi kendini salmakta ve açılmaktadır - burada tam anlamıyla DNA moleküllerinin düzleşmesi kastediliyor-. Son yıllarda biyokimyacılar, protein ve RNA (tek zincirli, riboz şekeri içeren nükleik asit tipi) gibi biyomoleküllerin nanotermometreler gibi görev yapabileceğini ve canlı hücrelerin içindeki sıcaklığı düzleşerek (unfolding) ve/veya daha da bükülerek/dolanarak (folding) haber verebileceğini keşfetmişti.

Çalışmayı yürüten araştırmacılardan Prof. Alexis Vallée-Bélisle'nin konu ile ilgili açıklaması şöyle: "Bu, tipik olarak insan saçından 20.000 kat daha küçük olan- doğal termometrelerden ilham alarak, her biri tanımlanmış farklı sıcaklıklarda düzleşen veya bükülen çeşitli DNA yapıları ürettik."

Moleküler termometreler yaparken DNA kullanmanın en büyük avantajı, DNA kimyasının nispeten basit ve programlanabilir olmasıdır. DNA'nın çift sarmal yapısı dört farklı nükleotit monomerden oluşmaktadır ve bu monomerlerden Adenin nükleotidi iki hidrojen bağı ile karşı zincirdeki Timine; Sitozin nükleotidi ise üç hidrojen bağı ile (daha kuvvetli bir bağ oluşturuyor) karşı zincirdeki Guanine bağlanmaktadır.

Araştırmacılar bu basit dizayn üzerinden tasarladıkları DNA yapılarının, istenilen sıcaklıklarda fold/unfold olmalarını sağlamayı başardı. Bu DNA yapılarına optik haberciler ekleyerek, genişlikleri 5 nanometre (metrenin milyarda biri) olan termometreler üreten araştırmacılar bu termometrelerin sıcaklık cinsinden okunabilecek kolay tespit edilebilir sinyaller üretmelerini de sağladı.

Bu nano-ölçekli termometreler nanoteknolojinin hızla ortaya çıkan bu heyecan verici alanına da yeni kapılar ve yollar açıyor ve hatta belki de moleküler biyolojinin daha iyi anlaşılmasını sağlıyor.

Prof. Vallée-Bélisle'in açıklamasına göre, bugün biyolojide cevaplanmamış olarak duran sorulardan birisi de vücudumuzun iç sıcaklığının yaklaşık 37 santigrat derecede sabit tutuluyor olmasına karşılık, nano-ölçekte hücre içinde veya hücreler arasında sıcaklık farkının olup olmadığıdır. Aynı şekilde eğer bir fark varsa, bu sıcaklıkların ne yüksekliklere çıkıp ne kadar aşağıya inebildiğini de bilmiyoruz.

Yine araştırılmakta olan bir başka mesele de, evrimsel süreçte milyonlarca yılda oluşmuş olan ve hücrelerimizin içinde ve dışında işlev gören nanomotorlar ve nanomakineler çalıştıkça ısınıp ısınmadığıdır. Üretilen DNA termometrelerin tüm bu soruların araştırılmasında kullanılabileceğini öngörmek çok zor olmasa gerek.

---

Kaynak: David Gareau, Arnaud Desrosiers, Alexis Vallée-Bélisle. Programmable Quantitative DNA Nanothermometers. Nano Letters, 2016; DOI:10.1021/acs.nanolett.6b00156

---