DNA’dan Yapılmış İçi Boş Nano Nesneler Virüsleri Yakalayarak Onları Zararsız Hale Getirebilir
Bugüne kadar, çoğu viral enfeksiyona karşı etkili bir panzehir yoktur. Münih Teknik Üniversitesi’ndeki (TUM) disiplinler arası bir araştırma ekibi şimdi yeni bir yaklaşım geliştirdi: DNA origami yöntemini kullanarak genetik materyalden uyarlanmış nano kapsüllerle virüsleri yutar ve etkisiz hale getirmektedir. Strateji, hücre kültürlerinde hepatit ve adeno-ilişkili virüslere karşı çoktan zaten test edilmiştir. Korona virüslerine karşı da başarılı olabilir.
Tehlikeli bakterilere karşı antibiyotikler var fakat akut viral enfeksiyonları tedavi etmek için çok az panzehir vardır. Bazı enfeksiyonlar aşı ile önlenebilir ancak yeni aşı geliştirmek uzun ve zahmetli bir süreçtir.
Şimdi Münih Teknik Üniversitesi, Münih Helmholtz Araştırma Merkezi ve Brandeis Üniversitesi’nden (ABD) disiplinler arası bir araştırma ekibi, akut viral enfeksiyonların tedavisi için yeni bir strateji öneriyor: Ekip, genetik materyalimizi oluşturan madde olan DNA’dan oluşan virüsleri yutan ve onları zararsız hale getiren nanoyapılar geliştirdi.
DNA Nanoyapıları
Daha korona virüsünün yeni varyantı dünyayı beklemeye almadan önce, Münih Teknik Üniversitesi Fizik Bölümü’nde Biyomoleküler Nanoteknoloji Profesörü Hendrik Dietz ve ekibi, kendilerini bir araya getiren virüs boyutunda nesnelerin inşası üzerinde çalışmaktaydı.
1962’de biyolog Donald Caspar ve biyofizikçi Aaron Klug, virüslerin protein zarflarının inşa edildiği geometrik ilkeleri keşfettiler. Bu geometrik spesifikasyonlara dayanarak, Münih Teknik Üniversitesi’nden Hendrik Dietz’in etrafında, ABD’deki Brandeis Üniversitesi’nden Seth Fraden ve Michael Hagan tarafından desteklenen ekip, bir virüs boyutunda yapay, içi boş cisimler üretmeyi mümkün kılan bir konsept geliştirdi.
2019 yazında ekip, bu tür içi boş cisimlerin bir tür ‘virüs kapanı’ olarak da kullanılıp kullanılamayacağını sorgulamıştı. İç kısımları virüs bağlayıcı moleküllerle kaplanacak olsalardı, virüsleri sıkıca bağlayabilmeli ve böylece onları dolaşımdan çıkarabilmelidir. Ancak bunun için içi boş gövdelerin ayrıca virüslerin kabuklara girebileceği yeterince büyük açıklıklara sahip olması gerekir.
Hendrik Dietz geçmişe bakarak, “O zamanlar DNA origami teknolojisini kullanarak inşa ettiğimiz nesnelerin hiçbiri bütün bir virüsü yutamazdı – çok küçüklerdi” der. “Bu boyutta sağlam, içi boş gövdeler inşa etmek çok büyük bir zorluktu.”
Bir Virüs Tuzağı için Kit
Ekip, 20 üçgen yüzeyden oluşan bir nesne olan ikosahedronun temel geometrik şeklinden yola çıkarak, virüs kapanı için içi boş gövdeleri üç boyutlu, üçgen plakalardan oluşturmaya karar verdi.
DNA plakalarının daha büyük geometrik yapılar oluşturabilmesi için kenarların hafif eğimli olması gerekir. Kenarlardaki bağlantı noktalarının doğru seçimi ve konumlandırılması, panellerin istenen nesnelere kendiliğinden monte edilmesini sağlar. Video, açık bir nano kabuğun kriyo-EM 3D rekonstrüksiyonunu gösterir. Kredi: Christian Sigl / DietzLab / TUM
DNA plakalarının daha büyük geometrik yapılar oluşturabilmesi için kenarların hafif eğimli olması gerekir. Kenarlardaki bağlantı noktalarının doğru seçimi ve konumlandırılması, panellerin istenen nesnelere kendiliğinden monte edilmesini sağlar.
Hendrik Dietz, “Bu şekilde, artık üçgen plakaların tam şeklini kullanarak istenen nesnelerin şeklini ve boyutunu programlayabiliriz” der “Artık 180’e kadar alt birimi olan nesneler üretebilir ve yüzde 95’e varan verim elde edebiliriz. Ancak oradaki yol, birçok yinelemeyle birlikte oldukça taşlıydı.”
Virüsler Güvenilir Bir Şekilde Engellenir
Takımın bilim insanları, üçgenlerin kenarlarındaki bağlantı noktalarını değiştirerek sadece kapalı, içi boş küreler değil, aynı zamanda açıklıkları veya yarım kabukları olan küreler de oluşturabilmektedir. Bunlar daha sonra virüs tuzakları olarak kullanılabilir.
TUM’daki Viroloji Enstitüsü başkanı ve Münih Helmholtz Araştırma Merkezi ‘ndeki Viroloji Enstitüsü müdürü Prof. Ulrike Protzer ekibiyle işbirliği içinde, virüs tuzaklarını adeno-ilişkili virüsler ve hepatit B virüs çekirdekleri üzerinde test etti.
Hendrik Dietz, “Doğru boyuttaki basit bir yarım kabuk bile virüs aktivitesinde ölçülebilir bir azalma göstermektedir” der. “İçeride virüs için beş bağlanma yeri koyarsak, örneğin uygun antikorlar, virüsü zaten yüzde 80 oranında bloke edebiliriz, daha fazlasını dahil edersek, tam engelleme elde ederiz.”
DNA parçacıklarının vücut sıvılarında anında bozulmasını önlemek için ekip, bitmiş yapı taşlarını UV ışığıyla ışınladı ve dış kısmını polietilen glikol ve oligolisin ile tedavi etti. Partiküller böylece fare serumunda 24 saat boyunca stabildi.
Evrensel Bir Yapı Prensibi
Şimdi bir sonraki adım, yapı taşlarını yaşayan fareler üzerinde test etmektir. Dietz, “Bu malzemenin insan vücudu tarafından da iyi tolere edileceğinden çok eminiz” der.
Prof. Ulrike Protzer, “Bakterilerin bir metabolizması vardır. Onlara farklı şekillerde saldırabiliriz” der “Virüslerin kendi metabolizmaları yoktur, bu yüzden antiviral ilaçlar neredeyse her zaman tek bir virüsteki belirli bir enzimi hedef alır. Böyle bir gelişme zaman alır. Virüsleri basitçe mekanik olarak ortadan kaldırma fikri gerçekleştirilebilirse , bu geniş çapta uygulanabilir ve bu nedenle özellikle yeni ortaya çıkan virüsler için önemli bir atılım olacaktır.
Virüs tuzakları için başlangıç malzemeleri, biyoteknolojik olarak makul bir maliyetle seri üretilebilir. Hendrik Dietz, ” Bir virüs tuzağı olarak önerilen uygulamaya ek olarak, programlanabilir sistemimiz başka fırsatlar da yaratıyor” der. “Aşılar için çok değerlikli bir antijen taşıyıcısı, gen terapisi için bir DNA veya RNA taşıyıcısı veya ilaçlar için bir taşıma aracı olarak kullanılması da düşünülebilir.”
Kaynak: phys.org
