Kate Adamala’nın geleceğe dair vizyonu oldukça iddialı: biyolojinin, kimyasal üretim süreçlerinin yerini alması. “Nihai başarı,” diyor sentetik biyolog Adamala, “ekonomimizde kullandığımız tüm atomların, biyoloji aracılığıyla hareket ettirilmesi olacaktır.” Bu hedefe yönelik önemli bir adım ise, Minneapolis’teki Minnesota Üniversitesi’ndeki meslektaşlarıyla birlikte attıkları ve 1 Temmuz’da kamuoyuyla paylaştıkları SpudCells projesiyle geldi: DNA’larını kopyalayabilen ve defalarca bölünebilen sentetik hücreler.
SpudCells, bazı çevrelerce ilk “sentetik yaşam” olarak nitelendirildi. Ancak Adamala bu tanımlamayla aynı fikirde değil. SpudCells’in “açıkça canlı olmadığını,” sadece hücre olduğunu vurguluyor. Bu hücreler, çeşitli virüslerden ve bakterilerden alınan DNA ve proteinleri içeren, basit yağ zarlarından oluşuyor. Adamala’ya göre, gelecekte bu tür sentetik hücreler kimyasallar, yakıtlar ve antibiyotik gibi ilaçların üretimine katkıda bulunabilir. Ancak şu anda SpudCells bu kapasiteye sahip değil.
Doğal canlı hücrelerin aksine, SpudCells kendi başına çalışamaz. Fonksiyonlarını sürdürebilmek için, araştırmacıların protein üretecek makineler ve hammadde içeren “besleyici” zarlarla beslenmeleri gerekiyor. Ayrıca, SpudCells’in büyümesini sağlamak için kimyasal yöntemler kullanılarak, bu hücrelerin besleyici zarlarla birleşmesi ve içeriklerini alması sağlanıyor. Hem birleşme hem de bölünme süreçleri, hücrelerin DNA’sında bulunan proteinlere bağlıdır. İskoçya’daki Edinburgh Üniversitesi’nden fizikçi Tom Robinson, bu yeniliğin, daha önceki hücre oluşturma denemelerinden farklı olduğunu belirtiyor. Robinson ve diğer araştırmacılar, hücre gibi bölünebilen membranlar üretmişlerken, bazı gruplar da yapay hücrelerin içinde DNA replikasyonunu sağlamayı başarmışlardı. Ancak DNA’nın, büyüme ve bölünmeyi kontrol ettiği bir sistem oluşturmak daha önce mümkün olmamıştı.
Bu çalışma, aslında 1950’lerde James D. Watson ve Francis Crick tarafından keşfedilen DNA’nın yapısı ve 1960’larda Marshall Nirenberg ve Heinrich Matthaei tarafından yapılan çalışmalarla başlayan genetik şifre çözme çabalarının bir uzantısı olarak görülebilir. Tıpkı o dönemdeki araştırmacıların, yaşamın temel yapı taşı olan DNA’yı anlamaya çalıştığı gibi, günümüz bilim insanları da sentetik biyoloji alanında benzer bir keşif yolculuğunda ilerliyorlar.
Sentetik Hücre Araştırmalarında Yeni Bir Dönem
Robinson bu çalışmaya doğrudan dahil olmamış olsa da, Adamala ve üç diğer bilim insanının liderlik ettiği uluslararası kar amacı gütmeyen araştırma koalisyonu olan Biotic’e katılmıştır. Adamala, “Bu teknolojiyi tek bir laboratuvarın yapabileceği sınırların ötesine geçirdik,” diyor. “Bilgilerini ve uzmanlıklarını eklemek için işbirlikçilere ihtiyacımız var.”
Biotic, Biology is Open Technology Inspiring Civilization, Inc.’in kısaltmasıdır ve sentetik hücreleri bağımsız hücrelere dönüştürmeyi amaçlayan araştırmaları koordine edecek ve finanse edecektir. Ayrıca, sentetik hücrelerin oluşturulmasında kullanılan protokolleri ve yöntemleri standartlaştıracaktır.
“Çalışır durumda bir sentetik hücreye henüz çok uzaktayız,” diyor Robinson, “ama doğru yoldayız.” Bu yaklaşım, 1920’lerde Dziga Vertov’un “İnsanlıktan İnsana” filmi gibi, bilimin ve teknolojinin insanlığı dönüştürme potansiyelini vurgulayan deneysel sinema hareketlerine benzer bir umut ve idealizm taşıyor.
SpudCells’in bağımsız olarak çalışabilmesi için aşılması gereken birçok adım bulunmaktadır. Örneğin, hücreler kendi ribozomlarını üretebilmektedirler; bunlar, proteinlerin üretildiği hücresel fabrikalardır. Adamala’ya göre, bir hücreyi temelden inşa etmenin en zor kısmı da bu olabilir.
Ribozomlar, 50’den fazla proteinden ve 20 ila 30 parçadan oluşan karmaşık makinelerdir. Bunlar, habercilik RNA’sındaki talimatları okumalı ve diğer RNA türleriyle etkileşimde bulunmalı, ayrıca amino asitlerle de etkileşime girmelidir proteine üretmek için. Biyofizikçi Jamie Williamson, Scripps Research Institute’daki (La Jolla, Kaliforniya) araştırmalarına göre, bu devasa yapıların bir araya getirilmesi doğal hücreler için büyük miktarda enerji gerektirir. “Bakterilerde, ribozomların yaklaşık üçte biri aslında diğer ribozomların parçalarını üretmektedir, böylece hücreler bölünebilir,” diyor Williamson. “Bir protokücresel yapının bu görevi üstlenmesi oldukça zorlu bir iştir.”
Şu ana kadar kimse çalışan ribozomları sıfırdan oluşturmayı başaramamıştır. Tufts Üniversitesi’ndeki (Medford, Massachusetts) gelişim biyoloğu Douglas Blackiston, “Bu, tüm biyolojide olduğu gibi, son derece yüksek bir hassasiyet gerektirir,” diyor. “Hatalar çok hızlı bir şekilde felaketlere yol açabilir.” Bu durum, Michelangelo’nun Sistina Şapeli tavanındaki freskleri gibi, kusursuzluğu arayan ve en ufak bir hatanın bile sonuçları olabilecek karmaşık projeleri anımsatıyor.
Doğal hücreler, sentetik sistemlerin genellikle sahip olmadığı birçok kalite kontrol katmanına sahiptir ve bu sayede hataları düzeltebilirler. Biyo mühendisleri bir gün ribozomlar inşa etmeyi başardıklarında, bu makinelerin sorunsuz çalışmasını sağlamak için hücresel bakım ekiplerini de bir araya getirmeleri gerekecektir,” diyor Blackiston.
Doğal hücrelerin sistemleri o kadar iç içe geçmiş ki, sentetik hücreler oluşturmaya çalışan insanlar, bunları taklit etmekte zorlanıyorlar. “Ne kadar çok mikromanipüle etmeye çalışırsak, o kadar kötü sonuçlar elde ediyoruz,” diyor Blackiston.
Adamala’nın SpudCells’in gelecekteki versiyonları için olmazsa olmaz parçalar listesinde, yıpranmış veya hasarlı proteinleri tanıyıp yok eden bir temizleme sistemi bulunmaktadır. Ayrıca, hücrelerin içlerini düzenlemeye, şekillerini korumaya, yük taşımaya ve bölünürken DNA’yı dağıtmaya yardımcı olan iç iskelet de bu listede yer almaktadır. Bu, kalıtım için önemlidir. Örneğin, Fritz Lang’ın Metropolis filmi gibi erken dönem sinema eserlerinde bile, karmaşık mekanik sistemlerin görselleştirilmesi ve bunların işleyiş prensiplerinin anlaşılmasına yönelik çabalar görülmektedir.
SpudCells’in genomu yedi DNA halkasına bölünmüştür. Bu hücrelerin düzgün bir şekilde çalışabilmesi için, her bir halkadan en az bir kopyanın aktarılması gerekmektedir. İç iskelet olmadan, sadece yaklaşık %30’unun beş nesil sonra bile tam yedi parçalı genomu miras aldığı belirtilmiştir. Adamala ve meslektaşları, duyurulduktan sonraki gün bioRxiv.org adresinde yayınlanan ve henüz hakem değerlendirmesinden geçmemiş olan makalelerinde bu durumu raporlamıştır.
İçleri de karmaşık bir yapıya sahip. SpudCells’in besleyici kabarcıklarla birleştiğinde, “her şey rastgele karışıyor. Bunu düzeltmemiz gerekiyor,” diyor Adamala. “Burada böyle bir ‘gumbo’ (karmaşık yemek) olamaz.”
Adamala’nın, “SpudCells” adını verdiği projesinin geleceği için büyük planları var; bu isim, uzay keşiflerinin öncüsü olan Sputnik uydusunu anımsatıyor. Önümüzdeki 18 ay içinde, ilk olarak Biotic’e katılmak isteyen bilim insanlarından oluşan bir toplantı düzenlemeyi planlıyor. Bu koalisyon, Amerika Birleşik Devletleri, Birleşik Krallık, Avrupa, Asya ve dünyanın diğer bölgelerinde bulunan, sentetik hücreler oluşturmaya çalışan birçok gruptan sadece biri. Bu grupların çoğu, SpudCells’in geliştirilmesinde kullanılan aynı araçları kullanıyor.
Adamala, “İş henüz bitmedi” diyor. “Bu, ‘Başardık, eve gidiyoruz’ şeklinde bir duyuru değil. Aksine, ‘Neyin mümkün olduğunu gösterdik’ diyen bir duyuru.” Bu yaklaşım, 1902 yapımı Georges Méliès filmi “Bir Gezginin Ay’a Yolculuğu” gibi, sinemanın henüz emekleme dönemindeki eserlerdeki hayal gücünü ve keşif ruhunu çağrıştıran bir bakış açısı sunuyor.
Kaynak: Science News Topics