Dünyanın En Küçük Teyp Kaydedicisi Mikroplardan Üretiliyor
Columbia Üniversitesi Medikal Merkezinden araştırmacılar, çok az akıllı moleküler dokunuşla, bağışıklık sistemi içerisindeki doğal bakterileri, hastalıkların tedavisinden çevresel izlemeye kadar hemen her şey için mikropların kullanılabileceği yeni bir teknoloji alanının altyapını oluşturan bir mikroskobik veri kaydedicisine dönüştürdü.
Araştırmacılar, sadece çevre ile olan etkileşimlerini kaydetmelerini değil aynı zamanda olayları zaman damgasını vurmalarını sağlayan, her insanın bağırsaklarında bulunan Escherichia coli mikrobunun sıradan bir laboratuvar türünü modifiye etti.
“Hasta tarafından yutulan bu bakteri türü, elde ettiği değişiklikleri bütün sindirim kanalı boyunca kaydedebilir, böylece daha önce erişilemeyen olgular hakkında benzeri görülmemiş bir görünüm elde edebilir.” diyor Columbia Üniversitesi Medikal Merkezi Patoloji ve Hücre Biyolojisi ve Sistemleri Biyolojisi Bölümü’nden ve Science dergisinin bugünkü sayısında tanımlandığı haliyle yeni çalışmanın kıdemli yazarı doçent Harris Wang. Diğer uygulamalar, ekoloji ve mikrobiyoloji alanında temel çalışmaları ve çevresel duyarlılığı da içerebilir ki böylelikle bakteriler çevrelerine zarar vermeden görünmeyen değişiklikleri izleyebilir.
Wang ve laboratuvar arkadaşları, birçok bakteri türünde bulunan bir bağışıklık sistemi olan CRISPR-Cas’ın avantajlarından yararlanarak mikroskobik bir veri kaydedici ürettiler. CRISPR-Cas saldırgan virüslerden elde edilen DNA parçalarını kopyalar ve böylece yeni bakteri türü patojenleri daha etkili püskürtebilir. Sonuç olarak, bakteriyel genomun CRISPR bölgesi, bakteriyel virüsleri ve onların hayatta kalan atalarının kronolojik kayıtlarını biriktirir. Aynı virüsler tekrar enfeksiyon oluşturmaya çalıştığında CRISPR bunun farkına varır ve virüsleri elimine eder.
“CRISPR-Cas sistemi doğal bir biyolojik hafıza cihazıdır” diyor Wang. “Mühendislik bakış açısından bakıldığında gerçekten iyi, çünkü zaten bilgi saklamakta gerçekten harika olmak için evrimle işlenmiş bir sistemdir.”
CRISPR-Cas, normal olarak, gelen fajların DNA’sını algılamak ve kesmek için kayıtlı sekanslarını kullanır. Bu DNA kesme aktivitesinin özgüllüğü CRISPR-Cas’ı, kültürlenmiş hücrelerin, laboratuvar hayvanlarının ve hatta insanların genomlarında kesin değişiklikler yapmak için değiştiren gen terapisi araştırmacılarının sevgilisi haline getirmiştir. Gerçekten de CRISPR-Cas gen terapisi yoluyla çeşitli hastalıkları tedavi etmek için bir düzineden fazla klinik çalışma devam etmektedir.
Fakat Wang’ın Laboratuvarında çalışan mezun öğrenci Ravi Sheth, CRISPR-Cas’ın kayıt özelliğinin fark edilmemiş potansiyelini gördü. “Siz, gerçekten güçlü bir teknoloji olan bir ses kaydını veya elektronik cihazların değişen sinyallerinin geçici olarak kaydedildiğini düşünüyorken biz bunu yaşayan hücrelere nasıl ölçeklendirebileceğinizi düşünüyorduk.”
Mikroskobik kaydediciyi inşa etmek için Sheth ile Wang laboratuvarının diğer üyeleri, plazmit olarak adlandırılan bir DNA parçasını değiştirdiler, bu sayede harici bir sinyalin karşılığında bakteriyel hücrede kendisinin daha fazla kopyasını oluşturma olanağına kavuştular. Kayıt cihazını çalıştıran ve zamanı işaretleyen ayrı bir kayıt plazması CRISPR-Cas sisteminin bileşenlerini ifade eder. Harici bir sinyal yokluğunda sadece kayıt plazmit aktiftir ve hücre genomunda CRISPR bölgesine bir ara sıra ekler. Hücrenin harici bir sinyali algıladığı zaman, diğer plazmit de aktive olur, bunun yerine onun sekanslarının yerleştirilmesine yol açar. Sonuç, hücrenin çevresine bağlı olarak değişen zaman ve sinyal dizilerini kaydeden arka plan dizilerinin bir karışımıdır. Araştırmacılar daha sonra bakteri CRISPR bölgesini inceleyebilir ve kayıtları ve zamanlamasını okumak için hesaplama araçlarını kullanabilirler.
Mevcut yazı, sistemin en az üç eşzamanlı sinyali işleyebileceğini ve günlerce kayıt yapabildiğini kanıtlıyor.
“Şimdi biz, gastrointestinal sistem veya başka yerlerde, doğal veya hastalık durumlarında değişiklik gösteren farklı değişkenlere bakmayı planlıyoruz “diyor Dr.Wnag.
Sentetik biyologlar CRISPR’ı önceleri DNA içinde resim, şiir ve kitapları depolamak için kullanıyordu, fakat bu işlem CRISPR’ın hücresel aktiviteleri ve bu olayların zamanlamasını kaydetmek amacıyla kullanıldığı ilk işlemdi.
Kaynak : sciencedaily.com
