İnsan Böbreği Hücresi Bilgisayara Dönüştürüldü

Boston Üniversitesi bilimcileri, memeli hücrelerini minik biyobilgisayarlara, yani canlı bilgisayara dönüştürmeyi başardı. Hücreleri, programlanabilir ve böylece karmaşık hesaplama işlemlerini gerçekl..
Görsel Telif: posteriori / Shutterstock

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.

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.

Ekibin hazırladığı Boolean mantık tablosu, 6 girdili ve 1 çıktılı bir genetik devre. 2 tane veri girdisi alıyor (A ve B) ve 4 tane seçim girdisi (S1, S2, S3, S4) ile kontrol ediliyor. Böylece GFP çıktısını üretiyor.

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.

Farklı fluoresan proteinleri kodlayan 4 genin işleyişine ilişkin tablo görülüyor.

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.

16 mantıksal işlemin gerçekleştirilmesinde kullanılan mimariler görülüyor.

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.

BLADE için biyolojik olarak ilgili girdi ve çıktılarla arayüz oluşturuldu.

Bilimkurgu gibi görünse de artık elde edilmiş bir teknoloji olan bu başarı, ilerleyen yıllarda biyobilgisayarlar ve biyoelektronik alanında ne gibi gelişmeler yaşanabileceğinin ipucunu veriyor. Konuyla ilgili olan şu iki yazımızı da okumanızı öneririz:


Kaynaklar:

  • Engadget, “Scientists turn human kidney cells into tiny biocomputers
    <https://www.engadget.com/2017/03/28/cells-biocomputers/?sr_source=Twitter>
  • Science, “Scientists turn mammalian cells into complex biocomputers
    <http://www.sciencemag.org/news/2017/03/scientists-turn-mammalian-cells-complex-biocomputers>
  • Futurism, “New Research Turns Mammalian Cells Into Biocomputers
    <https://futurism.com/new-research-turns-mammalian-cells-into-biocomputers/>
  • Nplus1, “Создана рекордно сложная библиотека для программирования человеческих клеток
    <https://nplus1.ru/news/2017/03/30/boolean-cells>

İlgili Makale: Nature Biotechnology, “Large-scale design of robust genetic circuits with multiple inputs and outputs for mammalian cells”
<http://www.nature.com/nbt/journal/vaop/ncurrent/full/nbt.3805.html>


Bu içerik BilimFili.com yazarı tarafından oluşturulmuştur. BilimFili.com`un belirtmiş olduğu “Kullanım İzinleri”ne bağlı kalmak kaydıyla kullanabilirsiniz.

Etiket
  • Projelerimizde bize destek olmak ister misiniz?
  • Dilediğiniz miktarda aylık veya tek seferlik bağış yapabilirsiniz.
  • Destek Ol
Yorum Yap (3 )

Yorum yapabilmek için giriş yapmalısınız.

  • Mert 10 Ağustos 2017 - 20:38
  • Tam olarak ne yapmışlar? Bilgisayara mı yuklemişler , bilgisayara dönüştürmek ne demektir? Nasıl kullanılacak , ne işlevleri olucak vs

  • insangiller 12 Nisan 2017 - 01:06
  • 113 tane çalışan devre yapılmış ve bu yapılan devreler 6 farklı veri girdisiyle çalışıyormuş ve 16 tane mantıksal işlemi başarı ile gerçekleştirebiliyormuş deniliyor o mantıksal işlemler neymiş veriden kasıtları sıfır ve birlermi kodlanmış bit verileri okunabilir veriye ve veri depolamayı yar iletkenler olmadan nasıl becerebilmişler ne bilim umarım becerebilmişlerdir her ne kadar eksik ve kopuk bilgilerde verilmiş olsa şahsen bir elektronikçi olarak benim çok ilgimi çekti bu çalışmanın detaylarını görmek isterdim mümkünse.

Bunlar da ilginizi çekebilir

Bağış Yap, Destek Ol!
Projelerimizde bize destek olmak isterseniz,
Patreon üzerinden
bütçenizi zorlamayacak şekilde aylık veya tek seferlik bağışta bulunabilirsiniz.
E-Bülten Üyeliği
Duyurulardan e-posta ile
haberdar olmak istiyorum.
Reklam Reklam Ver
Arşiv