Sentetik Mukus Doğalını Taklit Edebiliyor
Mukus, yalnızca bir hastalık belirtisi olmasından çok, vücudumuzun hastalıklara karşı savunmasında da kritik bir rol oynar. Vücudumuz her gün bir litreden fazla, mikrobiyal istilacıları kapana düşürmek ve etkisiz hale getirmek için 400 metrekareden fazla bir yüzey alanını kaplayan, kaygan madde üretir.
Mukus, şeker molekülleri ile dekore edilmiş proteinler olan müsinlerden oluşur. Birçok bilim insanı, faydalı özelliklerini arttırma ümidiyle müsinlerin sentetik versiyonlarını üretmeye çalışıyor. Yeni yapılan bir çalışmada, MIT’den araştırmacılar, doğal olarak oluşan müsinlerin yapısını ve işlevini daha iyi bir şekilde taklit eden bir polimer omurga zincirine sahip sentetik müsinler ürettiler. Bu ekip ayrıca, ürettikleri sentetik müsinlerin, koleraya neden olan bakteriyel toksini verimli bir biçimde etkisiz hale getirebileceğini gösterdi.
MIT’de Novartis Kimya Profesörü olan Laura Kiessling, keşiflerin araştırmacıların, müsinlerin hangi özelliklerinin başka işlevlere, özellikle de antimikrobiyal işlevlerine, katkıda bulunduğu konusunda daha iyi bir fikir edinmelerine yardımcı olabileceğini söylüyor. Bu işlevlerin sentetik müsinlerde tekrarlanmasıyla, bulaşıcı hastalıkların tedavisi veya önlenmesi için yeni yollar açabilir ve bu tür malzemelerin antibiyotiklerle ortaya çıkan cinsten bir dirence sebep olma olasılığının daha düşük olabileceğini söylüyor.
Bu yeni çalışmanın esas yazarı Kiessling, “Müsinlerin hangi özelliklerinin faaliyetlerinde etkili olduğunu anlamak ve bu özellikleri taklit ederek mikroplarda virülans yollarını engellemek istiyoruz.” diyor.
Kiessling’in laboratuvarı bu projede, aynı zamanda makalenin yazarları olan, Mark Hyman Biyoloji Mühendisliği Kariyer Geliştirme Asistan Profesörü Katharina Ribbeck ve F.G Keyes Emeritus Kimya Profesörü Richard Schrock ile birlikte çalıştı. ACS Central Science’ta yayımlanan makalenin baş yazarları, eski MIT yüksek lisans öğrencisi Austin Kruger ve MIT doktora sonrası araştırmacısı Spencer Brucks’tır.
Mukustan İlham Aldılar
Kiessling ve Ribbeck, Profesör Amar G. Bose Araştırma Bursu’yla sağlanan fonla birlikte, 2018’de mukustan ilham alan malzemeler üretmeye çalışmak için güçlerini birleştirdiler. Mukusun birincil yapı taşları, glikan adı verilen birçok şeker molekülünün bağlı olduğu uzun ve şişe fırçası benzeri proteinler olan müsinlerdir. Ribbeck, bu müsinlerin, bulaşıcı olan bakterilerin toksin salgılama, birbirleriyle iletişim kurma ve hücresel yüzeylere tutunma yetenekleri de dahil olmak üzere birçok temel işlevlerini bozduğunu keşfetti.
Bu özellikler, pek çok bilim insanını bakteriyel enfeksiyonu önleme ya da tedavi etme konusunda yardımcı olabilecek yapay versiyonlarını üretmeye yöneltti. Bunun yanı sıra, müsinlerin büyüklüklerinden ötürü, yapılarını tam olarak doğru bir şekilde kopyalamak zor oldu. Her müsin polimerinin binlerce amino asitten oluşan uzun bir omurga zinciri vardır ve bu omurgalara birçok farklı glikan bağlanabilir.
Araştırmacılar, çalışmada polimerin omurga zincirine odaklanmaya karar verdiler. Yapısını kopyalamaya çalışmak üzere halka açılma metatez polimerizasyonu adı verilen bir reaksiyon kullandılar. Bu reaksiyon esnasında, karbon-karbon çift bağı içeren doğrusal bir molekül oluşturmak için karbon içeren bir halka açılır. Bu moleküller, daha sonra uzun polimerler oluşturmak için bir araya getirilebilirler.
Schrock, 2005’te, bu tür bir reaksiyonu tetikleyebilecek katalizörler geliştirdikleri çalışmaları için Nobel Kimya Ödülü’nü paylaştı. Sonrasında, ürünlerin özellikle “cis” konfigürasyonunu sağlayabilen bir katalizör geliştirdi. Çift bağdaki her bir karbon atomu, genellikle kendisine bağlı başka bir kimyasal gruba sahiptir ve cis konfigürasyonunda bu grupların her ikisi de çift bağ ile aynı tarafındadır. “Trans” konfigürasyonunda ise gruplar zıt taraflardadır.
Araştırmacılar, bunların polimerlerini oluşturmak için, musin mimetik polimerlerin cis konfigürasyonlu versiyonlarını oluşturmak için tungsten bazlı Schrock katalizörünü kullandılar. Bu polimerleri, trans konfigürasyonlu versiyonlar oluşturan, farklı, rutenyum bazlı bir katalizörle üretilenlerle karşılaştırdılar. Cis konfigürasyonlu versiyonlarının doğal müsinlere çok daha benzer olduğunu, yani oldukça uzun ve suda çözünür polimerler oluşturduklarını keşfettiler. Bunun tersine, trans polimerler, gerilmek yerine bir araya toplanan globüller oluşturdular.
Müsinleri Taklit Ediyorlar
Araştırmacılar daha sonra sentetik müsinlerin doğal müsinlerin işlevlerini taklit etme kabiliyetini test ettiler ve Vibrio cholerae tarafından üretilen toksine maruz kaldıklarında, uzatılmış cis polimerlerin toksini yakalama konusunda trans polimerlerden çok daha iyi olduklarını keşfettiler. Aslında, sentetik cis müsin taklitleri, doğal olarak oluşan müsinlerden bile daha etkililerdi.
Üstelik araştırmacılar uzatılmış polimerlerinin suda trans polimerlerden çok daha fazla çözünür olduğunu, bunun da onları göz damlası ya da cilt nemlendiricileri gibi uygulamalar için yararlı hale getirebileceğini buldular.
Araştırmacılar, artık doğal müsinleri taklit eden sentetik müsinler üretebildikleri için, bir sonraki aşamada omurgalara farklı glikanlar eklendiğinde müsinlerin işlevlerinin nasıl değiştiğini incelemeyi planlıyorlar. Glikanların bileşimlerini değiştirerek, çeşitli mikropların virülans yollarını azaltabilen sentetik müsinler geliştirmeyi ümit ediyorlar.
Kiessling, “Müsinleri daha iyi taklit edebilmek için yeni yollar düşünüyoruz, ancak bu çalışma neyin amacımıza uygun olduğunu anlamak için önemli bir adım.” diyor.
Kaynak: phys.org
