Kimyagerler Hücresel Kuvvetleri Moleküler Ölçekte Görünür Hale Getirdi
Fotoğraf- 1 : Bir Hücrenin Yüzeyine (Lacivert) Bağlanmış Sentetik DNA Probları (Açık Kahverengi). Serbest Yüzen DNA Görüntüleyicisi ise yeşille belirtilmiştir. Görsel Pushkar Shinde tarafından hazırlanmıştır.
Bilim insanları hücrelerin mekanik kuvvetlerini moleküler ölçekte görselleştirmek için ışıldayan DNA’dan yapılmış, ateş böcekleri gibi aydınlatılmış aletler kullanarak yeni bir teknik geliştirdiler. Emory Üniversitesi’ndeki kimyagerler tarafından yönetilen ve laboratuvar deneylerinde insan kanı trombositleri üzerindeki tekniklerini gösteren çalışmayı Nature Methods yayınladı.
Emory Üniversitesi kimya profesörü ve çalışmanın kıdemli yazarı Khalid Salaita, “Normalde, bir optik mikroskop, yaklaşık 500 nanometreden daha küçük daha küçük dalga boyuna sahip nesneleri çözen görüntüler üretemez.” diyor ve devam ediyor: “25 nanometrede kuvvetleri yakalamak için moleküler DNA sensörlerimizle birlikte optik görüntülemedeki son gelişmelerden yararlanmanın bir yolunu bulduk. Bu çözünürlük, Ay’da olup Dünya üzerindeki bir gölün yüzeyine çarpan yağmur damlalarının neden olduğu dalgalanmaları görmeye benzer.”
Neredeyse her biyolojik proses, hücre bölünmesinden kanın pıhtılaşmasına ve bir bağışıklık tepkisinin oluşturulmasına kadar mekanik bir bileşen içerir. Biyomekanik kuvvetlerin görüntülenmesi ve saptanması için yeni yollar tasarlama konusunda öncü bir laboratuvarı olan Salaita, “Hücrelerin kuvvetleri nasıl uyguladığını ve algıladığını anlamak, birçok farklı bozukluk için yeni tedavilerin geliştirilmesine yardımcı olabilir.” diyor.
Makalenin ilk yazarları olan Joshua Brockman ve Hanquan Su, çalışmayı master öğrencileri olarak Salaita’nın laboratuvarında yaptılar ve yakın zamanda her ikisi de doktora derecelerini aldı.
Araştırmacılar, sentetik DNA ipliklerini, gizli cepler içeren moleküler gerilim problarına dönüştürdüler. Problar, bir hücrenin yüzeyindeki reseptörlere bağlanır. Floresan ile etiketlenmiş serbest yüzen DNA parçaları ise görüntüleyici görevi görür. Bağlanmamış DNA parçaları vızıldarken, mikroskopi videolarında ışık çizgileri oluştururlar.
Hücre belirli bir reseptör bölgesine kuvvet uyguladığında, bağlanmış problar esneyerek gizli ceplerinin, içerideki DNA sarmallarını açmasına ve serbest bırakmasına sebep olur. Serbest yüzen DNA parçaları da bu sarmallara kenetlenecek biçimde tasarlandı. Floresan DNA parçaları birbirine kenetlendiğinde, parçalar kısaca demobilize oldular ve mikroskop videolarında sabit ışık noktaları olarak göründüler.
Sürecin saatlerce mikroskobik videosu çekildi, ardından ışık noktalarının zaman içinde nasıl değiştiğini göstermek için hızlandırılarak hücrenin mekanik kuvvetlerinin moleküler düzeyde bir görünümü sağlandı.
Fotoğraf- 2 : Bir hücrenin kuvvet aktivitesini gösteren hareketsiz ışık noktalarını zamanla yakalama etkisini göstermek için farklı renkler kullanıldı. Mikroskobik fotoğraflar Alisina Bazrafshan tarafından elde edilmiştir.
Araştırmacılar bu süreci açıklamak için ‘Ateş Böceği’ benzetmesini kullanıyor.
Wallace H. Coulter Biyomedikal Mühendisliği bölümünden mezun olan Brockman, “Aysız bir gecede bir tarlada olduğunuzu ve zifiri karanlık olduğu için göremediğiniz bir ağaç olduğunu hayal edin.” Bazı sebeplerden ötürü ateş böcekleri o ağacı gerçekten severler. Ateş böcekleri, tüm dallara ve ağacın gövdesi boyunca konduklarında, ağacın görüntüsünü yavaşça ana hatlarıyla oluşturabilirsiniz. Ve eğer gerçekten sabırlıysanız, ateş böceklerinin zamanla iniş noktalarını nasıl değiştirdiklerini kaydederek rüzgarda ağacın sallanan dallarını bile tespit edebilirsiniz.”
Fotoğraf- 3 : Soldaki görsel yaklaşık 250 nanometre çözünürlükte bir hücrenin kuvvet aktivitesini gösteriyor. Sağdaki görsel ise artık yeni teknikle mümkün olan 25 nanometre çözünürlükle görüntünün ne kadar daha net ve keskin olduğunu gösteriyor. Mikroskobik fotoğraflar Alisina Bazrafshan tarafından elde edilmiştir.
Şu anda Salaita’nın laboratuvarında post-doktora araştırmacısı olan Su, “Canlı bir hücrenin kuvvetlerini yüksek çözünürlükte görüntülemek son derece zor.” diyor ve devam ediyor : “Yöntemimizin büyük bir avantajı, bir hücrenin normal davranışına veya sağlığına müdahale etmemesidir. Bir başka avantaj ise, DNA bazları A, G, T ve C belirli yollarla birbirlerine doğal bir şekilde bağlanıyor, yani bu yöntem hücre içinde özgüllüğü kontrol etmek ve aynı anda çoklu kuvvetleri saptamak için prob ve görüntüleme sistemi içinde tasarlanabilir.”
Brockman, “Nihayetinde, bir hücrenin çeşitli mekanik aktivitelerini spesifik proteinlere veya hücresel mekanizmanın diğer kısımlarına bağlayabiliriz. Ve bu da hücrenin kuvvetlerini nasıl değiştireceğimizi ve kontrol edeceğimizi karar vermemizi sağlayabilecek.”
Araştırmacılar, bir yara çevresindeki kanın pıhtılaşmasını kontrol eden hücreler olan trombositlerin mekanik kuvvetlerini görüntülemek ve haritalamak için bu tekniği kullandılar. Bu yöntemle, trombositlerin konsantre bir mekanik gerilim çekirdeğine ve sürekli olarak kasılan ince bir kenara sahip olduğunu keşfettiler. Salaita “Bu modeli daha önceden göremedik ancak şimdi onun net bir görüntüsüne sahibiz.” diyor. “Bu mekanik kuvvetler trombozu ve pıhtılaşmayı nasıl kontrol ediyor? Bir pıhtılaşma bozukluğunu tahmin etmenin bir yolu olup olmadığını görmek için onlar hakkında daha çok çalışma yapmak istiyoruz.”
Gittikçe artan yüksek güçlü teleskopların gezegenleri, yıldızları ve evrenin kuvvetlerini keşfetmemize izin verdiği gibi, yüksek güçlü mikroskoplar ise kendi biyolojimizi keşfetmemizi sağlıyor.
Su, “Umarım bu yeni teknik, yalnızca bir laboratuvar kabındaki tek hücrelerin aktivitesini görselleştirmek için değil, aynı zamanda mevcut fizyolojik şartlarda hücreler arası etkileşimi öğrenmek için daha iyi yöntemlere yol açar.” diyor ve ekliyor: “Bu, büyük bir ölçüde keşfedilmemiş bir dünya olan içimizdeki kuvvetlere yeni bir kapı açmak gibi.”
Fotoğraf- 4 : Hücresel Kuvvetlerin Mikroskobik Görüntüsü
Çalışmanın eş yazarları arasında Atlanta Çocuk Sağlığı, Münih’teki Ludwig Maximilian Üniversitesi, Max Planck Enstitüsü ve Alabama Üniversitesi’nden araştırmacılar var. Çalışma, Ulusal Sağlık Enstitüsü, Ulusal Bilim Vakfı, Naito Vakfı ve Uehara Anıt Vakfı hibeleri tarafından finanse edildi.
Kaynak : sciencedaily.com
