Sentetik Biyoloji ile Mikroorganizmaların Kas Lifi Üretebilmesi Mümkün

Kas liflerinden üretilmiş bir giysi giyer miydiniz?  Yoksa ayakkabı bağcığınızın ya da aksesuar olarak kullandığınız bir kemerin bu liflerden üretilmiş olmasını mı isterdiniz? Bu söylediklerimizin biraz kulağa tuhaf geldiğinin farkındayız ancak bahsi geçen bu lifler parçalanmadan; pamuk, ipek, naylon ve hatta kurşun geçirmez yeleklerde kullanılan malzemeden daha fazla enerjiye dayanabiliyorsa bu söylediklerimizin neden olmasın; üstelik bu kas lifleri tek bir hayvana dahi zarar vermeden üretilebilir.

Louis’deki Washington Üniversitesi’ndeki McKelvey Mühendislik Okulu’ndaki araştırmacılar, özel olarak tasarlanmış mikroorganizmaların ürettikleri proteinleri polimerize etmek için sentetik kimyasal bir yöntem geliştirdiler. Bu yöntem ile mikroorganizmaların (daha sonra liflere dönüştürülecek olan) yüksek moleküler ağırlıklı kas proteini titin’i üretmesi sağlandı.

Enerji, Çevre ve Kimya Mühendisliği Bölümü’nde profesör olan Fuzhong Zhang, “Bu yöntem ile üretilen liflerin üretim masrafı ucuz, ölçeklenebilir ve aynı şekilde bir çok bilim insanının doğal kas lifleriyle ilgili düşündüğü bir çok çalışmayı mümkün kılabilir. Aynı şekilde bu tarz çalışmalarda artık, gerçek hayvan dokularına ihtiyaç duymadan araşırmalar rahatlıkla yapılabilir.” Diyor.

Zhang’ın laboratuvarında üretilen bu sentetik kas proteini, kas dokusunun üç ana protein bileşeninden biri olan titin. Titin büyük bir moleküler boyuta ve mekanik özellikleri açısından kritik bir role sahiptir. Biyoloji ve Biyomedikal Bilimler Bölümü’nde doktora öğrencisi olan Cameron Sargent ve Enerji, Çevre ve Kimya Bölümü’nden yakın zamanda mezun olan Christopher Bowen ile birlikte makalenin ilk yazarı olan Cameron Sargent titini açıklarken, “Doğada bilinen en büyük protein” şeklinde açıklama da bulundu.

Zhang, kas liflerinin uzun süredir ilgisini çektiğini ve araştırma grubu ile yumuşak; robot teknolojisi gibi çeşitli uygulamalar için kaslara benzer özelliklere sahip malzemeler tasarlamaya çalışmaktıklarını ve birden akıllarına ‘Neden doğrudan sentetik kaslar yapmıyoruz?’ sorusunun  canlandığını ve bunun üzerine ‘Hayvanların kaynak olarak kullanılmayacağı; liflerin üretimi için özel tasarlanmış mikroorganizmaları kullanılacağı bir yöntem geliştirmeliyiz’ şeklinde birden bu fikrin canlandığını söylüyor.

Tipik olarak bakteriler bu kadar büyük moleküler ağırlıktaki proteinleri üretemez. Fakat ekip bu proteinlerin üretimini engelleyen bu sorunu aşmak için; bakterileri ilgili protein parçalarını bir araya getirebilecek şekilde tasarladı. Bu yöntem ile üretilen bu proteinler iki megadalton büyüklüğünde ultra yüksek moleküler ağırlıklı ve normal şartlarda bir bakterinin üretebileceği maksimum moleküler ağırlığa sahip proteinin yaklaşık 50 katına denk gelmektedir. Uygulamanın bir sonraki adımında ise, proteinleri yaklaşık on mikron çapında veya insan saçının onda biri kalınlığında ki liflere dönüştürmek için yaş çekim yöntemi kullanılmıştır.

Enerji, Çevre ve Kimya Mühendisliği Bölümü’nde profesör olan Young Shin Jun ve Northwestern Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümü’nde profesör olan Sinan Keten ile birlikte çalışan grup, daha sonra bu liflerin yapısını analiz ederek moleküler mekanizmaları tanımlamış. Analizlere göre; bu lifler oldukça sert, dayanıklı ve yüksek sönüm sığasına ve en önemlisi doğal hayvansal lifler de olan ısı gibi bir mekanik enerjiyi dağıtma yeteneğine sahip benzersiz bir kombinasyonun mevcut olduğu açıklanmıştır.

Sargent üretilecek bu malzemenin süslü giysiler veya koruyucu kıyafetlerin(belirtilmesi gerekir ki, bu lifler kurşun geçirmez yeleklerde kullanılan malzemeden daha serttir) yanı sıra potansiyel olarak birçok biyomedikal uygulama alanına da sahip olduğuna dikkat çekti. Üretilen bu lifler kas dokusunda bulunan proteinlerle neredeyse aynı olduğu için muhtemelen biyouyumlu ve bu nedenle sütürler(dikiş ipi), doku mühendisliği ve bunun gibi çeşitli alanda kullanılabilecek harika bir materyal olabilir.

Zhang’ın araştırma ekibi, ürettikleri bu sentetik kas lifleriyle durmak niyetinde değil. Gelecekte Zhang’in ekibinin ve başka bilim insanlarının geliştirdiği, muhtemelen mikroorganizmaların sentezlediği daha birçok benzersiz materyalin keşfi, üretimi bizleri bekliyor. Bowen, Cameron ve Zhang, bu araştırmaya dayalı olarak bir patent başvurusunda bulundular.

Sargent, “Bu sistemin güzelliği, gerçekten her yere uygulanabilecek bir platform olması. Farklı doğal bağlamlardan proteinler alınabilir, bunların polimerizasyonu için geliştirilen bu platforma koyabilir ve daha büyük, daha uzun malzemenin üretimini sürdürülebilir kılabiliriz.” Diyor.

Kaynak: sciencedaily.com