Tehlikeli Bir Toksini Biyosensöre Dönüştürmek
Bazı bakteri türleri, diğer hücrelere delik açma ve onları öldürme yeteneğine sahiptir. Bunu, hücrenin zarına takılan ve içinden geçen tüp benzeri bir kanal oluşturan “gözenek oluşturucu toksinler” (PFT’ler) adı verilen özel proteinleri serbest bırakarak yaparlar. Membran boyunca olan bu yapıya gözenek denir. Çoklu PFT’ler tarafından delinmiş olan hedef hücre kendi kendini imha eder.
Bununla birlikte, PFT’ler bakteriyel enfeksiyonların ötesinde büyük ilgi görmüştür. Oluşturan nano boyutlu gözenekler, biyomoleküllerin algılanması için kullanılır: Biyolojik bir molekül, örneğin DNA veya RNA, bir voltaj tarafından yönlendirilen bir ip gibi nano-gözeneklerden geçer ve kendine özgü bileşenleri (örneğin, DNA’daki nükleik asitler), okunabilen farklı elektrik sinyaller verir. Aslında, nanogözenek algılama hali hazırda DNA veya RNA dizileme için önemli bir araç olarak piyasadadır.
Doğa Haberleşmesinde Yayıncılık, EPFL(Ecole Polytechnique Federale de Lausanne)’den Matteo Dal Peraro liderliğindeki bilim insanları, protein dizilimi gibi daha karmaşık algılamalar için etkili şekilde kullanılabilecek başka bir önemli PFT çalışmışlardır. Toksin, aeromonas hydrophila bakterisi tarafından üretilen aerolisindir ve birçok organizmada bulunan ana PFT ailesinin “kurucu üyesidir”.
Aerolisin’in başlıca avantajlarından biri, molekülleri diğer toksinlerden çok daha yüksek çözünürlükle ayırt edebilen çok dar gözenekler oluşturmasıdır. Önceki çalışmalar aerolisin’in, çeşitli biyomolekülleri “algılamak” için kullanılabileceğini göstermiştir, ancak aerolisin’in yapısı ile moleküler algılama yetenekleri arasındaki ilişki hakkında çok az çalışma olmuştur.
Araştırmacılar ilk önce yapısını bilgisayar simülasyonları ile incelemek için yapısal bir aerolisin modeli kullandılar. Bir protein olarak, aerolisin amino asitlerden oluşur ve model, bilim adamlarının bu amino asitlerin aerolisin’in işlevini nasıl etkilediğini anlamasına yardımcı oldu.
Bu ilişkiyi kavradıktan sonra, araştırmacılar bilgisayar modelinde stratejik olarak amino asitleri değiştirdiler. Ardından model, her değişikliğin aerolisin’in genel fonksiyonu üzerindeki olası etkisini tahmin etti.
Hesaplama işleminin sonunda, bu çalışmanın önde gelen yazarı Dr. Chan Cao, 16 tane genetik olarak işlenmiş, “mutant” aerolisin gözenekleri üretti, hücre zarındaki konumlarını simüle etmek için onları lipit çift katmanlarına yerleştirdi ve aerolisin gözeneğinin iyonik iletkenliğinin, iyon seçiciliğinin ve yer değiştirme özelliklerinin moleküler seviyede nasıl düzenlendiğini anlamak için çeşitli ölçümler gerçekleştirdi (tek kanallı kayıt ve moleküler yer değiştirme deneyleri).
Ve bu yaklaşımla, araştırmacılar nihayet aerolisinin yapısı ve işlevi arasındaki ilişkiyi neyin güttüğünü bulmuş: başlığı. Aerolisin gözenek sadece membrandan geçen bir tüp değil, aynı zamanda hedef molekülü çeken ve bağlayan ve gözenek kanalından “çeken” başlık benzeri bir yapıya sahiptir. Çalışma, başlık bölgedeki bu ilişkiyi etkileyen şeyin elektrostatik olduğunu buldu.
Dal Peraro, “Aerolisin gözenek yapısının işlevine nasıl bağlı olduğunu ayrıntılarıyla anlayarak, çeşitli sensör uygulamaları için özel gözenekler oluşturabiliriz. Bunlar; teşhis koymak için gen sekanslama ve biyobelirteç dedeksiyonu konusunda umut verici uygulamalarla ile birlikte biyomolekülleri (DNA, protein ve bunların translasyon sonrası modifikasyonları gibi) dizilemek için yeni ve keşfedilmemiş fırsatlar açacaktır” diyor. Bilim adamları genetik olarak işlenmiş aerolisin gözeneklerinin dizilenmesi ve karakterizasyonu için çoktan patent başvurusunda bulundular.
Kaynak: phys.org
