Maya Hücresi Biyo Fabrikaları için Güneş Panelleri
Fotoğraf : Araştırmacının, yüzeyine (solda) bağlı yarı iletken nanopartikülleri (mor) olan bir maya hücresi modeli (macenta), tamamlanmış biyo-hibrit sistemin (sağda) SEM analizine karşılık gelir. Yarı iletkenler elektronları ışıktan alır ve onları shikimic asit metabolik yolunu sürdükleri hücreye teslim eder.Kaynak: Harvard Üniversitesi’ndeki Wyss Enstitüsü
Bilim adamları, ışık enerjisiyle çalışan gelişmiş metabolizmaya sahip maya biyo-hibridleri oluşturmak için oldukça uyarlanabilir bir çözüm sunar.
Bakteriler ve mayalar gibi genetik olarak işlenmiş mikroplar uzun zamandan beri ilaç ve ince kimyasal maddeler üretmek için canlı fabrikalar olarak kullanılmaktadır. Son zamanlarda, araştırmacılar bakterileri, bir evin çatısındaki güneş panellerine benzer şekilde, ışıktan enerji toplayan ve mikropların yüzeyine bağlandığında biyosentetik potansiyellerini artırabilen yarı iletken teknolojisiyle birleştirmeye başlamışlardır.
İlk “biyolojik-inorganik hibrit sistemler” (biyo-hibritler) çoğunlukla atmosferik karbondioksitin sabitlenmesi ve alternatif enerjilerin üretilmesine odaklandı ve umut verici olmalarına rağmen, önemli zorlukları da ortaya çıkardılar. Örneğin, şu ana kadar toksik metallerden yapılan yarı iletkenler, bu zamana kadar doğrudan bakteri hücrelerine monte edilir ve çoğu zaman işlenen proseste bu bakterilere zarar verirdi.Ek olarak, karbon sabitleyici mikroplara ilk odaklanma, ürün yelpazesini nispeten basit moleküller ile sınırlandırmıştır; eğer daha karmaşık metabolizmalarla donatılmış mikroorganizmalara dayanarak biyo-melezler oluşturulabilseydi, birçok uygulama için faydalı olan çok daha geniş bir kimyasal madde yelpazesinin üretilmesi için yeni yollar açılmış olurdu.
Şuan da, Bilim’de gerçekleştirilen bir araştırmada, Harvard’ın Wyss Biyolojik İlham Mühendisliği Enstitüsü ve John A. Paulson Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Enstitüsü’nün (SEAS) Çekirdek Öğretim Üyesi Neel Joshi ve Doktora Sonrası Araştırma Görevlileri Junling Guo ve Miguel Suástegui liderliğindeki multidisipliner bir ekip; Bu zorluklara son derece uyarlanabilir bir çözüm geliştirdi.
“Stratejimiz kavramsal olarak işbirliğimiz Daniel Nocera ve diğerleri tarafından tasarlanan daha önceki bakteriyel biyo-hibrit sistemler üzerine kurulurken, bu projede çalışma aralığını mayaya kadar genişlettik – halihazırda endüstriyel bir işgücü olan ve işlenmesi kolay olan bir organizma – modüler bir yarı iletken ile Maya’nın metabolik makinalarına toksik olmadan biyokimyasal enerji sağlayan bir bileşen olabilir.”dedi. Wyss Enstitüsü ve SEAS’ta Doçent olan Doktora, Joshi. Ortak yazar Nocera, Harvard Üniversitesi’ndeki Patterson Rockwood Enerji Profesörüdür. Kombine manipülasyonların bir sonucu olarak, mayaların anti-viral ilacı Tamiflu’nun önemli bir öncüsü olan shikimik asit üretme kabiliyeti, diğer bazı ilaçlar, nutrasötikler ve ince kimyasal maddeler önemli ölçüde arttırıldı.
Fırıncı mayası olarak bilinen Saccharomyces cerevisiae doğal olarak proteinlerin ve diğer biyomoleküllerin sentezi için bazı yapı taşlarını üretmek için shikimik asit üretir. Bununla birlikte, mayanın merkezi metabolizmasını genetik olarak değiştirerek, araştırmacı hücrelerin, ana besin kaynağı olan şeker glikozunun,shikimik asit üreten ve karbonun alternatif yollara bunlardan birini bozarak kaybedilmesini önleyen yolu içerdiğini ,ayrıca daha fazla karbon atomu almasını sağladığını gözlemledi.
Prensip olarak, shikimik aside doğru artan” karbon akısı “, daha yüksek ürün seviyelerine yol açmalıdır, ancak normal maya hücrelerinde, verimi arttırmak için bozduğumuz alternatif yol, en önemlisi, shikimik’in son basamağını ateşlemek için asit üretiminde gereken enerjiyi sağlar , “dedi. yardımcı ortak yazar Miguel Suástegui, doktora, kimya mühendisi ve eski Doktora Sonrası Araştırmacısı, Joshi ekibinde ve şimdi Joyn Bio LLC”Daha çok karbonlu fakat enerjiyi tüketerek tasarlanan shikimic asit yolunu güçlendirmek için, “hafif hasar eden yarı iletkenlerle biyo-hibrit bir yaklaşım yerine ilgili enerji taşıyan molekülü NADPH ile üretebileceğimizi varsaydık.”
Bu amaca yönelik olarak Suástegui, çalışmanın diğer ortak yazarlarından ve Junling Guo, Ph.D. ile birlikte çalışmakta ve şu anda Joshi’nin laboratuarında kimya ve malzeme bilimi alanında deneyimli araştırmacılarla çalışmaktadır.İndiyum fosfitini yarı iletken bir materyal olarak kullanan bir strateji tasarlanmıştır. “Yarı iletken bileşenini gerçekten modüler ve toksik olmayan hale getirmek için, indiyum fosfit nanopartiküllerini doğal bir polifenol bazlı” yapıştırıcı “ile kapladık, bu da onları ,hücrelerin,maya hücrelerinin yüzeyine tutturmamızı sağladı.Bu da metalin toksisitesinin bir etkisidir.”dedi.
Hücre yüzeyine bağlandığında ve aydınlatıldığında, yarı iletken nanoparçacıklar ışıklardan elektronları (enerji) toplar ve onları hücre duvarlarında sitoplazmalarına yerleştiren maya hücrelerine verir. Orada elektronlar, artık shikimik asit biyosentezini artırabilen NADPH moleküllerinin seviyelerini yükseltir. “Maya biyo-hibrit hücreleri, karanlıkta tutulduklarında, gliserol ve etanol gibi daha basit organik moleküller ürettiler; ancak ışığa maruz kaldıklarında, ürün seviyelerinde 11 kat artışla kolayca shikimik asit üretim moduna geçtiler. Işıktan hücreye enerji aktarımı çok verimli çalışıyor “dedi araştırma görevlisi Joshi.
Bu ölçeklenebilir yaklaşım, gelecekteki biyo-hibrit teknolojiler için tamamen yeni bir tasarım alanı yaratmaktadır. Gelecekteki çalışmalarda, yarı iletkenlerin doğası ve genetik olarak işlenmiş maya hücrelerinin türü, üretim işlemlerinin tipini ve biyo-ürün çeşitliliğini genişletmek için tak ve çalıştır şeklinde değişebilir. “dedi çalışmacı Guo.
Wyss Enstitüsü Kurucu Direktörü, “Hafif hasar, canlı hücresel cihazların yaratılması, doğal ortamımızla etkileşime girme şeklimizi temelden değiştirebilir ve enerji, ilaç ve kimyasal ürünlerin tasarımında ve üretiminde daha yaratıcı ve etkili olmamızı sağlayabilir.” diye bahseetti çalışmadan,Donald Ingber, aynı zamanda Yahuda Folkmanı HMS’de Vasküler Biyoloji Profesörü ve Boston Çocuk Hastanesinde Vasküler Biyoloji Programı Profesörü ve SEAS’ta Biyomühendislik Profesörü olarak görev yapmaktadır.
Kaynak : sciencedaily.com
