Türk bilim insanlarından çığır açan çalışma: Vücudumuzu sürekli izleyip bilgi verecek bakteriler geliştirildi

Çalışmada kullanılan yaklaşım, sentetik biyolojinin sunduğu genetik programlama olanakları sayesinde mümkün oldu.

Sentetik biyoloji, canlıları tıpkı mühendislik nesneleri gibi tasarlama bilimi. Bu alanda çalışan bilim insanları canlı organizmaları (bakteri, maya, bitki, insan hücreleri vb.) yeniden programlamayı ve onlara doğada olmayan yeni işlevler kazandırmayı amaçlıyor.

Benzer şekilde bu çalışmanın arkasındaki araştırmacılar da bağırsaklarımızda yaşayan E. coli bakterilerinin genetiğini belirli hastalıkların molekülllerine tepki verecek şekilde yeniden düzenledi.

Ekip, “Shewanella oneidensis” adlı başka bir bakteri türünden aldıkları proteinleri E.coli bakterilerine yerleştirdi. “Cytochrome c” adlı bu protein hücre dışına devamlı elektron aktarımı yapıyor. Böylece yeni bir molekül algılandığında bakteriler, antenin magnezyum yapısını normalden daha hızlı aşındırıyor ve bu aşınma, antenin elektromanyetik davranışını değiştirerek dışarıdan tespit edilebilir bir sinyal haline geliyor.

Şeker, tüm bu süreci, “Bütün bakteriler bizim hücrelerimizde çevreyle elektron alışverişinde bulunur çevreyle. Bu normal bir şey. Ama Kuzey Denizi’nde yaşayan Shewanella oneidensis bakterisi etrafında tellere benzeyen protein yapıları var. Oradan etrafa sürekli elektron göndererek bunu solunum için kullanıyor. Biz proteinleri toparlayarak E.coli bakterisinin içerisine koyduk” diye açıklıyor:

“Esasında bir sinyal gönderiyoruz. Dışarıdan gelen bu sinyali bakteri başka bir çıktıya çeviriyor. Bu çevirdiği çıktı esasında magnezyumu aşındıracak elektron transferi.”

İNSAN VÜCUDUNA DENK BİR ORTAMDA SİNYAL ÜRETMEYİ BAŞARDI

Araştırma ekibi, geliştirdikleri yöntemin gerçek bir vücut ortamına benzer koşullarda çalıştığını göstermek için implantı kas dokusunu taklit eden sıvı bir modelin içine yerleştirdi.

Çalışmanın en dikkat çekici bulgusu, sistemin 25 milimetre implant derinliğinde (insan vücudundaki gerçek kullanım koşullarına denk bir mesafede) kablosuz olarak okunabilir net bir sinyal üretebilmesiydi.

Bu başarı, biyolojik bir hücre yanıtının ilk kez tamamen pasif bir radyo anteni üzerinden dış dünyaya aktarılabildiğini gösteren bir kavram kanıtı oldu.

İLK HEDEF ENFEKSİYONLAR

Araştırmacılar bu teknolojinin gelecekte çok daha geniş bir yelpazede kullanılabileceğini belirtiyor. Çünkü genetik devrenin çalışma prensibi değişmediği sürece bu sistem, kanser belirteçleri, enfeksiyon göstergeleri, toksinler, metabolik maddeler veya hormon benzeri birçok biyomolekülü algılayacak şekilde yeniden programlanabilir.

Üstelik implantın magnezyumdan yapılmış olması, zamanla vücut tarafından emilmesini sağlayarak güvenli bir kullanımı da mümkün kılabilir. Pil gerektirmemesi ve elektronik devre içermemesi ise hem hem maliyeti düşürebilir hem de uzun süreli kullanımda cihazın arızalanma ihtimalini ortadan kaldırabilir.

Ancak tüm bunlar hayata geçmeden önce sistemin hayvanlar ve insanlar üzerinde deneneceği klinik deneylerden geçmesi gerekiyor.

Bilim insanları, sistemin daha fazla biyomolekülle çalışabilmesi için yeni genetik devreler geliştirmeyi, hayvan deneylerine geçmeyi ve kablosuz okuma hassasiyetini artırmayı hedefliyor.

Hayvanlı deneylere her an başlanabileceğini aktaran Şeker, “Enfeksiyon hastalıklarındaki enflamasyonla başlayacağız. Bu özellikle de immün terapi alan hastalarda çok büyük problem” diyor.

“Küresel ısınmayla birlikte enfeksiyonlar konusunda büyüyen bir durum var. Sadece bakteri değil, küf ve mantar enfeksiyonları da yoğun. Bunların oluşturduğu sinyaller ve neden oldukları enfeksiyonlar var. Bunları takip edecek bir tasarım yapıyoruz.”

BİZİ NASIL BİR ÇAĞ BEKLİYOR?

Kulağa bilimkurgu bir yenilik gibi geldiğini ifade eden Şeker, gelecekte insanların belki de sadece bir kapsül yutarak vücutlarının sürekli tarandığı bir teşhis ortamı yaratılabileceği görüşünde.

Şeker, “Şu anda da benzer haplar, gastrointestinal hastalıkların takibinde ya da görüntülemesinde kullanılıyor” diyor.

Bilim insanına göre bu alandaki en önemli olanaklardan biri de erken teşhis olacak.

Şeker, “Sağlıklı birey bir kapsül aldığında bu kapsül bağırsaklarında yaşarken sinyalleri toplayacak. Topladıktan sonra dışarıya sürekli bilgi aktaracak” diye ekliyor:

“Aktardıkları bilgiler aynı zamanda, örneğin kolon kanserinin erken evrelerindeki gelişiminde ortaya çıkan verileri de içerecek.”