Biyoloji ve mühendisliği birleştiren çığır açıcı bir çalışmayla UC Merced'deki araştırmacılar, doğadaki biyolojik saatleri taklit eden sentetik hücreler üretmeyi başardı. Elde edilen başarı, özellikle uyku ve metabolizma gibi yaşamsal süreçleri yöneten sirkadiyen ritimlerin moleküler düzeyde nasıl işlediğine dair yeni bir pencere aralıyor.
RİTİMSEL IŞIK PARLAMASI
Ekip, siyanobakterilerdeki biyolojik saat sistemini basitleştirerek, hücre benzeri kesecikler (veziküller) içinde yeniden oluşturdu. İçeriğinde floresan işaretleyicilerle etiketlenmiş proteinler taşıyan bu yapay hücreler, tıpkı doğal hücreler gibi 24 saatlik döngülerle senkronize bir şekilde parladı. Deneysel sonuçlar, bu parıltıların en az dört gün boyunca düzenli şekilde sürdüğünü gösterdi.
Ancak ritmik hareket yalnızca belirli koşullarda gözlendi. Hücreler küçüldüğünde veya içerdikleri saat proteinlerinin miktarı azaldığında ritim bozuldu. Bu durum, biyolojik zaman tutmanın arkasında yatan moleküler dengelerin önemini ortaya koydu.
MİKRO DÜNYADA ZAMAN YÖNETİMİ
Araştırma ekibi, deneysel verileri desteklemek amacıyla bir hesaplama modeli oluşturdu. Model, saat proteinlerinin sayısı arttıkça biyolojik ritmin kararlılığının da yükseldiğini ortaya koydu. Bu bulgu, canlı organizmaların zamanlama sistemlerini sürdürebilmek için neden bol miktarda saat proteinine ihtiyaç duyduğunu da açıklıyor.
Ekip ayrıca, belirli genetik bileşenlerin birden fazla hücrede senkronizasyon sağlamada kritik rol oynadığını gözlemledi. Araştırmacılar, hücresel ritimlerin sadece tek hücre içinde değil, hücre popülasyonları arasında da eş zamanlı çalışabilmesi için genetik etkileşimlerin önemine dikkat çekti.
GENİŞ KAPSAMLI YENİLİK
Araştırmaya Ohio State Üniversitesi’nden katılmayan Profesör Mingxu Fang, çalışmanın önemini vurgulayarak şu değerlendirmede bulundu: “Siyanobakteriyel sirkadiyen saatler, doğası gereği biyokimyasal gürültüler içeren süreçlerdir. Bu nedenle stabil bir ritim için çok sayıda saat proteinine ihtiyaç duyuluyor. Bu çalışma, saat tepkilerini gözlemlememize olanak tanıyan boyut kontrollü yapay hücrelerle bu hipotezi doğrudan test edebilmemizi sağlıyor. Farklı organizmaların neden farklı biyolojik zamanlama stratejileri benimsediğini anlamamızda büyük katkı sunacak.”
ZAMANLAMANIN SIRRI ÇÖZÜLÜYOR
Yapay sentetik hücrelerin biyolojik ritimleri taklit edebilmesi, biyolojik saatin moleküler düzeyde nasıl çalıştığına dair temel bir anlayış sunuyor. Uzmanlara göre bu teknoloji, tıptan biyomühendisliğe kadar birçok alanda yeni uygulamaların önünü açabilir.
