Kısa bir süre önce, uluslararası uzmanlardan oluşan bir ekip tarafından devrim niteliğinde bir DNA tabanlı nano motor icat edildi. Nabız atmasını sağlayan sofistike bir mekanizmaya sahip. Araştırmacılar şu anda bunu bir bağlantıyla birleştirerek karmaşık nano makinelere sürücü olarak yerleştirmeyi planlıyor.
Araştırmacı Šulc, grubunun erişebildiği bilgisayar modelleme araçlarını kullanarak bu yaprak yaylı nano motorun tasarımı ve işleyişine dair içgörüler elde etti. DNA’nın temel yapısal yapı taşlarını oluşturan yaklaşık 14.000 nükleotid bu yapıyı oluşturuyor.
Šulc, oxDNA diye adlandırılan yapı grubumuzun DNA nano yapılarını tasarlamak ve oluşturmak için kullandığı bilgisayar modeli. O olmasaydı, böylesine büyük bir nano yapıdaki hareketi simüle edemezdik. Bu, kimyasallarla çalışan ve başarıyla tasarlanmış ilk DNA nanoteknoloji motoru. Gelecekte daha da sofistike nano aygıtlar inşa etmek için sabırsızlanıyoruz ve araştırma tekniklerimizin bu araştırmaya yardımcı olabileceği için heyecanlıyız.
Bu yenilikçi motor tipinin düzenli kullanımı, tıpkı bir el kavrama gücü antrenörü gibi kavrama gücünüzü artırır. Bununla birlikte, motor bir milyon kat daha küçüktür. Bir yayla tutturulmuş iki saplı V şeklinde bir yapı.
El kavrama kuvveti antrenörünün kollarını yayın direncine karşı birbirine bastırırsınız. Siz elinizi çeker çekmez yay, tutamaçları ilk konumlarına geri getirir. Bonn Üniversitesi’nden Prof. Famulok, “Bizim motorumuz da çok benzer bir prensiple çalışıyor” diyor. “Ancak tutma kolları birbirine bastırılmıyor, aksine birlikte çekiliyor.”
“Aynı zamanda Bonn Üniversitesi’nin “Yaşam ve Sağlık” ve “Madde” disiplinlerarası araştırma alanlarına bağlı olan Famulok, “Nanomakinemizdeki tutacaklardan birine bir RNA polimeraz yapıştırdık.
Ayrıca birbirine yakın iki tutamağın arasına bir DNA ipliği çektik. Bu ipliği çoğaltmak için polimeraz ona tutunur. İplik boyunca hareket ettikçe, transkripsiyon yapılmayan kısım küçülüyor. Bu aynı anda yayı sıkıştırır ve ikinci kolu yavaş yavaş birincinin yönüne doğru çeker.
Sona ermeden hemen önce, kollar arasında uzanan DNA ipliğinde belirli bir harf dizisi bulunabilir. Polimeraz bu sözde sonlandırma dizisinden DNA’yı serbest bırakmasını söyleyen bir sinyal alır.
“Bonn Üniversitesi’nde “Yaşam ve Sağlık” ve “Madde” disiplinlerarası araştırma alanlarıyla da bağlantılı olan Famulok, “Nanomakinemizdeki tutacaklardan birine bir RNA polimeraz bağladık.
Ayrıca birbirine yakın iki kulp arasına bir DNA ipliği çektik. Bu ipliği çoğaltmak için polimeraz ona bağlanır. İplik boyunca hareket ettikçe, kopyalanmayan kısım küçülür. Bu aynı anda yayı sıkıştırır ve ikinci kolu yavaşça birincinin yönünde çeker.”
Sonlandırmadan hemen önce, kollar arasında uzanan DNA ipliğinde belirli bir harf dizisi bulunabilir. Sonlandırma dizisi olarak adlandırılan bu diziden polimeraz, DNA’yı serbest bırakmasını söyleyen bir sinyal alır.
Polimerazın zaten var olan bir cümleye yeni bir harf eklemek için bu fosfat gruplarından ikisini ortadan kaldırması gerekir. Bu şekilde açığa çıkan enerjiyi harfleri birleştirmek için kullanabilir. Famulok, “Motorumuz böylece nükleotid trifosfatları yakıt olarak kullanıyor” diyor. “Sadece yeterli sayıda mevcut olduğunda çalışmaya devam edebilir.”
Motorun çeşitli yapılarla entegrasyonunun kolaylığı araştırmacılar tarafından kanıtlandı. Bu sayede bir yüzey boyunca kıvrıla kıvrıla ilerleyebiliyor – tıpkı bir dal boyunca kendine özgü bir şekilde sürüklenen bir inç kurdu gibi.
Ayrıca Famulok’a göre, “motorun gücünü yalnızca belirli zamanlarda kullanmamızı ve aksi takdirde boşta bırakmamızı sağlayacak bir tür kavrama üretmeyi planlıyoruz.” Sonunda, motor karmaşık bir nanomakinenin merkezi sinir sistemi olarak hizmet edebilir. “Ancak bu aşamaya gelmeden önce yapılması gereken daha çok iş var.”
Giderek çok disiplinli hale gelen Šulc’un laboratuvarı, istatistiksel fizik ve hesaplamalı modelleme tekniklerini geniş ölçüde kullanarak kimya, biyoloji ve nanoteknoloji alanlarındaki sorunları ele alıyor. Grup özellikle, yeni çok ölçekli modeller oluşturarak ve DNA ve RNA’dan yapılmış cihazları ve nano yapıları simüle edip tasarlayarak biyomoleküller arasındaki etkileşimleri inceliyor.
Araçlar, uçaklar ve elektronik çipler gibi günlük hayatımızdaki karmaşık makinelerin istenen işlevi yerine getirebilmeleri için bu tür araçlara ihtiyaç duymaları gibi, moleküler bilimlerde de sofistike bilgisayar destekli tasarım araçlarına erişime acil ihtiyaç vardır.
Moleküler Bilimler Okulu Müdürü Profesör Tijana Rajh, Petr Šulc ve ekibinin hesaplamalı kimya ve fizik tekniklerini kullanarak DNA ve RNA moleküllerini biyoloji ve nanoteknoloji ile ilişkili olarak inceleyerek inanılmaz yaratıcı moleküler bilim yaptıklarını belirtti. Profesör Šulc, Moleküler Bilimler Fakültesi’ndeki genç öğretim üyelerimizin olağanüstü başarılarının mükemmel bir örneğidir.
DNA’larda Biyomühendislik
Yaşamın iki temel molekülü DNA ve RNA’dır. Canlı hücrelerde bilgi taşıma ve depolama gibi çeşitli görevleri yerine getirirler. Ayrıca, nano ölçekteki aletlerin ve yapıların tasarlanmış DNA ve RNA iplikleri kullanılarak bir araya getirildiği nanoteknoloji alanında heyecan verici potansiyel kullanımları vardır.
Šulc’a göre, bu Lego bloklarıyla oynamaya benziyor, ancak her bloğu ait olduğu yere yerleştirmek yerine, onları bir kutunun içine yerleştiriyor ve sadece istenen yapı ortaya çıkana kadar rastgele sallıyorsunuz. Her bir Lego bloğu yalnızca birkaç nanometre (milimetrenin milyonda biri) boyutundadır.
Kendiliğinden birleşme, Šulc ve çalışma arkadaşlarının hesaplamalı modelleme ve tasarım yazılımı kullanarak nano ölçekte çözünürlükte istenen şekle sürekli olarak bir araya gelen yapı taşlarını oluşturdukları tekniktir.
Šulc’a göre, bu konu moleküler robotik, ilaçlar, teşhis ve yeni malzemelerin yaratılmasında umut verici uygulamalara sahiptir.
“Bu blokları oluşturmak için kullanılan yazılım laboratuvarım tarafından oluşturuldu ve ASU’nun deneysel gruplarının yanı sıra ABD ve Avrupa’daki diğer üniversitelerle de yakın işbirliği içindeyiz. Alan geliştikçe ve yeni, son teknoloji tasarımlar oluşturup bunları nano ölçekte etkin bir şekilde çalıştırdıkça, yaklaşımlarımızın artan karmaşıklıktaki nano yapıları tasarlamak ve karakterize etmek için nasıl uygulandığını görmek ilginç olacaktır.”
Kaynak: phys/org/news
