Bu çalışmada uygulanan yöntem, sentetik biyolojinin sağladığı genetik programlama imkanları sayesinde hayata geçirildi.
Sentetik biyoloji, organizmaları mühendislik prensipleri doğrultusunda tasarlama bilimidir. Bu alanda görev alan araştırmacılar, canlı organizmaları (bakteriler, mayalar, bitkiler, insan hücreleri vb.) yeniden programlayarak onlara doğada bulamadığımız yeni işlevler kazandırmayı hedeflemektedir.
Benzer bir yaklaşımla, araştırmacılar bağırsaklarımızda bulunan E. coli bakterilerinin genlerini belirli hastalıkların moleküler sinyallerine tepki verecek şekilde düzenledi.
Ekip, “Shewanella oneidensis” adındaki bir bakteri türünden elde ettikleri proteinleri E. coli bakterilerine entegre etti. “Cytochrome c” olarak bilinen bu protein, hücre dışına sürekli elektron transferi gerçekleştiriyor. Bu sayede yeni bir molekül algılandığında bakterilerin, antenin magnezyum yapısını normalden daha hızlı aşındırmasına neden oluyor ve bu aşınma, antenin elektromanyetik davranışını değiştirerek dışarıdan tespit edilebilir bir sinyal üretiyor.
Şeker, bu süreci şöyle açıklıyor: “Bütün bakteriler, hücrelerimizde çevreyle elektron alışverişinde bulunur. Bu normal bir durumdur. Ancak Kuzey Denizi’nde yaşayan Shewanella oneidensis bakterisi, çevresine sürekli elektron göndererek bunu solunum için kullanır. Biz de bu proteinleri toplayıp E. coli bakterisinin içerisine yerleştirdik.” Devamında şu ifadeleri ekliyor: “Yani aslında bir sinyal iletiyoruz. Dışarıdan gelen bu sinyal, bakteri tarafından farklı bir çıktıya dönüştürülüyor. Bu çıktı, magnezyumu aşındıracak elektron transferinin bir sonucudur.”
İNSAN VÜCUDUNA DENK BİR ORTAMDA SİNYAL ÜRETMEYİ BAŞARDI
Geliştirdikleri yöntemin gerçek bir vücut ortamına benzer koşullarda çalıştığını ispatlamak amacıyla, araştırma ekibi implantı kas dokusunu taklit eden sıvı bir ortama yerleştirdi.
Bu çalışmanın en dikkat çekici bulgusu, sistemin 25 milimetre derinlikte (insan vücudunda gerçek kullanım koşullarına yakın bir mesafe) kablosuz olarak okunabilir net bir sinyal üretebilmesi oldu.
Bu başarının, biyolojik bir hücre yanıtının ilk kez tamamen pasif bir radyo anteni aracılığıyla dış dünyaya aktarılabildiğini gösteren bir kanıt niteliği taşıdığı ifade ediliyor.
İLK HEDEF ENFEKSİYONLAR
Araştırmacılar, bu teknolojinin gelecekte daha geniş bir uygulama alanı bulabileceği konusunda istekli. Genetik devrenin çalışma prensibi sabit kaldığı sürece, bu sistem, kanser belirteçleri, enfeksiyon göstergeleri, toksinler ve hormon benzeri çeşitli biyomolekülleri algılayacak şekilde yeniden programlanabiliyor.
Üstelik implantın magnezyumdan yapılmış olması, zamanla vücut tarafından emilerek güvenli bir kullanım sağlar. Pil ya da elektronik devre gerektirmemesi de maliyetleri düşürebilirken cihazın uzun süreli kullanımda arızalanma olasılığını azaltıyor.
Ancak tüm bunların hayata geçmesi için sistemin, öncelikle hayvanlar ve insanlar üzerinde yapılacak klinik deneylerden geçmesi gerekiyor.
Bilim insanları, sistemin daha fazla biyomolekül ile çalışabilmesi için yeni genetik devreler geliştirmeyi, hayvan deneylerine geçmeyi ve kablosuz okuma hassasiyetini artırmayı planlıyor.
Deneylere her an başlanabileceğini belirten Şeker, “Enfeksiyon hastalıklarıyla bağlantılı enflamasyonları hedef alacağız. Bu konu, özellikle immün terapi alanında ciddi bir sorun oluşturuyor.” diyor.
Şeker, “Küresel ısınmanın etkisiyle enfeksiyon hastalıklarında artış var. Bu sadece bakterilerle sınırlı değil; küf ve mantar enfeksiyonları da yoğunlaşıyor. Bu enfeksiyonların oluşturduğu sinyaller ve neden oldukları rahatsızlıkları takip edebilecek bir sistem tasarlıyoruz.” ifadelerini kullanıyor.
BİZİ NASIL BİR ÇAĞ BEKLİYOR?
Şeker, bu yeniliğin kulağa bilim kurgu gibi geldiğini belirterek, insanlığın gelecekte belki de sadece bir kapsül yutarak sürekli tarandığı bir teşhis ortamı elde edebileceğini düşünüyor.
Şu anda da benzer kapsüllerin gastrointestinal hastalıkların izlemi veya görüntülenmesinde kullanıldığını hatırlatıyor.
Bilim insanına göre bu alanda en önemli fırsatlardan birisi, erken teşhis olanağıdır.
Şeker, “Sağlıklı bir birey bir kapsül aldığında, bu kapsül bağırsaklarda yaşadığı süreçte sinyalleri toplayacak ve bunu sürekli dışarıya iletmek üzere çalışacak” sözlerine yer veriyor:
“Aktardığı bilgiler, örneğin kolon kanserinin erken evrelerindeki gelişimleri de içerecektir.”
