Bilim

Işık Sayesinde Mayalar Biyokimyasal Fabrikalara Dönüşebilir

Bilim adamları son zamanlarda beyinin işleyişini daha iyi anlamak için nöronların belirli gruplarını kontrol etmede ışığın nasıl kullanılacağını öğrendi. Böyle çalışmalar sinirbilim alanlarını da değiştirmeye yardımcı oldu.

Princeton Üniversitesi‘ndeki araştırmacılar şimdilerde ise, yaşayan bir hücrenin metabolizmasını veya temel kimyasal sürecini kontrol etmek için benzer bir yöntem uyguladılar. Bir dizi deneyde, genetik olarak değiştirilmiş mayayı kontrol etmek ve ticari olarak değerli kimyasalların çıktısını artırmak için ışık kullandılar. Sonuçlar, bilim insanlarına hücrelerin içsel çalışmasını araştırmak ve anlamak için güçlü ve yeni bir araç sunmaktadır.

Kimya ve Biyoloji Mühendisliği Yardımcıları ve Andlinger Enerji ve Çevre Merkezi’nden Sorumlu Mucit José Avalos ve Ekibi; biyo-reaktörlerde, metabolik olarak maya gibi mikroorganizmalar içeren, biyoyakıt, ilaç ve ticari kimyasalların üretimini geliştirmek için ışık kullanıyorlar. Ekip, hücresel süreçleri kontrol etmek için ışık içeren optogenetik isimli bir teknoloji kullanıyor. Optogenetik; istenen kimyasal veya ürünün üretimini optimize etmek için maya genlerini belirli zamanlarda açıp kapatacak…

Kimya ve Biyoloji Mühendisliği ve Andlinger Enerji ve Çevre Merkezi Yardımcı Profesörü José Avalos: “Bu teknik, hücrelerin metabolizmasını benzeri görülmemiş bir şekilde kontrol etmemize olanak sağlıyor. Işıkla metabolizmayı kontrol etmek için bir kapı açar.”

Maya, yüzyıllar boyunca ekmek, şarap ve bira yapmak için kullanılmıştır. Mayalama yoluyla maya hücreleri, örneğin üzüm suyunu şaraba dönüştüren kimyasallara dönüştürür.

Princeton araştırmacıları ise; yeni tekniklerini kullanarak, gıda üretimi ve biyoplastikte kullanılan laktik asit ve bir kimyasal madde ve gelişmiş bir biyoyakıt olan izobütanol gibi diğer kimyasalları üretmek için fermantasyon ve genetik olarak işlenmiş maya kullandılar.
Işık, deneyde önemli bir rol oynamıştır çünkü araştırmacıların, maya hücrelerine ekledikleri genleri değiştirmelerine izin verir. Bu özel genler, aktivitelerini tetikleyebilen veya bastıran ışığa duyarlıdır. Bir durumda, mavi ışığın açılması ve kapatılması; özel mayanın, normal olarak mayayı yeterince yüksek konsantrasyonda öldüren bir kimyasal olan normal bir fermantasyon ürününe, izobütanol üretimi arasında değişmesine neden oldu.

Nature Dergisi 21 Mart tarihli bir makalesinde, araştırmacılar mayaların kimyasal izobütanol üretimini; daha önce raporlanan çalışmalarda bildirilen düzeylerden beş kat daha fazla arttırmak için ışık kullandıklarını bildirdiler. Araştırmacılar deneylerde maya Saccharomyces cerevisiae‘nin genetik olarak değiştirilmiş bir türünü kullandılar.

İzobütanol; yağlar, benzin ve jet yakıt ikame maddeleri ve plastikler gibi ürünlerde kullanılan bir alkoldür. Benzin altyapısı ile iyi uyumluluğa sahip olan izobütanol, bir araç yakıtı olarak gazın doğrudan yerini alabilecek özelliklere sahiptir. Bununla birlikte, izobütanol biyoyakıt yaratma girişimlerinin çoğu, endüstriyel seviyede maliyet veya ölçeklendirme üretimini içeren zorluklarla karşılaşmıştır. Doğal maya fermantasyonu izobütanol üretse de, minör miktarlarda bunu yapar. Bunun yerine, maya yüksek hacimde etanol (bira ve şaraptaki alkol) ve karbondioksit (ekmeği oluşturan gaz) oluşturur.

Araştırmacılar bu engeli aşmaya çalıştı. Büyük miktarlarda izobütanol üretmek için genetik olarak mühendislik yaparak, mayanın evrimsel oluşumlarını bastırmayı başardılar. Ama büyük bir sorunla karşı karşıya kaldılar. İzobütanol, maya için zehirlidir ve nihayetinde önemli miktarda üreyen maya kolonilerini de öldürür. Araştırmacılar, genetik mühendisliği ve hafif bir şekilde izobütanol üretiminin ince ayarını kullanabileceklerini tahmin ettiler. Işık-anahtar tekniğini kullanarak araştırmacılar, mayayı canlı tutmaya çalışırken, izobütanol üretimini maksimize etti.

Mavi ışıkla maya DNA‘sına dönüştürülebilen bir deniz bakterisinden modifiye bir gen koymaya başladılar. Daha sonra doğal olarak mayanın büyümesine ve glukoz yiyerek ve etanol salgılayarak, çoğalmasına izin veren enzimleri harekete geçiren kimyasal bir işlem için ışık kullandılar. Ancak bu enzimler aktifken, izobütanol üretimini etkileyenler işe yaramadı.

Zhao, doğal mayalanma süreci bozulduğunda maya hücrelerinin öldüğü göz önüne alınırsa, ışık ve karanlık arasında doğru dengeyi bulmanın gerekli olduğunu belirtti ve ekledi: “Maya hastalandı. Artık hiçbir şey yapmıyor; durdular.”

Princeton University

Hücrelere birkaç saatte bir mavi ışık vererek büyümesine izin verildi.

Aralarında metabolizmanın büyümesini güçlendirmek ve izobütanol üretmek için ışığı kapattılar. Hücreler tamamen çekilmeden, onlara daha fazla ışık verildi.

Maya kimyasal üretimini kontrol etmek için ışık kullanmak, saf genetik mühendisliği veya kimyasal katkı maddelerini içeren tekniklere göre çeşitli avantajlar sunar. Birincisi, ışık çoğu alternatiften çok daha hızlı ve daha ucuzdur. Aynı zamanda ayarlanabilir, yani açma ve kapama işleminin canlı hücrelerin işlevini fermentasyon sürecinin herhangi bir noktasında (kimyasallar, genellikle eklendikten sonra kapatılamayacak şekilde) değiştirebilir. Bir hücre boyunca yayılan kimyasal manipülatörlerden farklı olarak, ışık, hücrenin diğer kısımlarını etkilemeden spesifik genlere uygulanabilir.

Optogenetik, genleri kontrol etmek için ışığın kullanımı olarak adlandırılır, zaten nörobilim ve diğer alanlarda kullanılır, ancak bu, kimyasal üretim için hücresel metabolizmayı kontrol eden teknolojinin ilk uygulamasıdır. MIT Kimya Mühendisi Profesörü Gregory Stephanopoulos, çalışmayı metabolik mühendislik alanında bir dönüm noktası olarak nitelendirdi.

Stephanopoulos: “Mikrobiyal tarımda gen ifadesinin kontrolüne yepyeni bir yaklaşım sunuyor.”

**Princeton araştırmacıları genetiği değiştirilmiş mayayı kontrol etmek ve ticari olarak değerli kimyasalların üretimini artırmak için mavi ışık kullandılar. /Sameer A. Khan / Fotobuddy

 

Kaynak:
princeton
Etiketler
1 Oy2 Oy3 Oy4 Oy5 Oy (1 oy verildi, Ortalama: 5 üzerinden 5,00 oy )
Loading...

Benzer Makaleler

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Close