Hilal Badoğlu
Ön Çalışmalar
Laboratuvarda üretilmiş hücreler, rastgele elde edilen birçok plazmide göre rekombinant proteinler üreterek, kendi yollarına sahip olmayı severler. Fakat Rice Üniversitesi’nin eski mezunlarının önsezi ve sıkı çalışmaları, rütbe ve dosyayı korumak için uzun bir yol kat edecektir.
2019 yılında Rice Üniversitesi biyomühendislik bölümünden mezun olan Jin (Harvey) Yang, Baylor College of Medicine laboratuvarında stajyer olarak çalışırken çözebileceği bir sorun görmüştür.
İki yıldan fazla süren Baylor sinirbilimci François St-Pierrre ile çalışması Nature Communications’da, memeli hücrelerinin kolonilerindeki gen ekspresyonunu, onları inceleyen laboratuvar için yararlılık sınırları içinde tutan sentetik bir devre olan “Ekolayzer”ı detaylandıran henüz yeni yayımlanmış bir çalışmaya yol açtı.
Proje, Massachusetts Teknoloji Enstitüsü’nde yüksek lisans öğrencisi olan Yang’ın, yeni makalenin ortak yazarı Rice biyomühendisi Oleg Igoshin’in koruması altında öğrendiklerine büyük ölçüde dayanmaktadır.
Biyomühendislik ve biyobilimler profesörü ve biyomühendislik başkan yardımcısı olan Igoshin şunları söylüyor: “Rice öğrencileri işte bu kadar iyidir. Onları sınıfınıza aldığınız zaman ayrıca onlardan da öğrenirsiniz. Bu durumda, Harvey’in uğraşı iki laboratuvar arasında yeni iş birliklerine yol açmıştır.”
Çalışmanın Detayları
Ekolayzer, biyobilimcilerin doğru deneysel sonuçlar elde edebilmesi için gerekli olan hücreden hücreye istikrarlı gen ekspresyonunu sağlayan bir anti-gürültü devresidir. İki alt devreden oluşmaktadır: ilki transkripsiyon negatif geri bildirim döngüsü ve diğeri transkripsiyon sonrası “tutarsız” ileri bildirim kontrolü. Bir araya gelerek protein üretimindeki varyasyonları en aza indirirler.
Normalde bu iki alt devre birbiriyle etkileşime girmez fakat Yang, hem St-Pierre laboratuvarında deneyler hem de Igoshin ile hesaplamalı modellerde danışma yoluyla Ekolayzer’in en az varyasyonla hücre çizgilerini hızla üretebileceğini göstermiştir.
“Biz parçaları bulmadık ancak biz bu genetik devrelerin yapılması için düzenlenmeleri bulduk.” Yang MIT’deki ikinci yılında bunları söylemiştir. Şunları eklemiştir: “Doğal sistemlerde, bazı gen ağları fonksiyonlarının ve karşıt özelliklerinin aynen kalması için varyasyonları kontrol etmelidir. Laboratuvarda benzer özellik gösterecek Ekolayzerler yaratabilmek için gen düzenleyici ağın iki alt devresini kullanabildik.”
Yang, Rice biyomühendisliğinin seçmeli ders ödeneğinin avantajını ve lisansüstü öğrenciler için olmaz üzere Igoshin’in sunduğu hesaplamalı sistemler biyolojisindeki her dersi aldı. Daha sonra, Baylor pozisyonu bir Rice lisans araştırma fuarında ortaya çıktığında öğrendiklerini kullanma fırsatına erişti.
Yang şunları söyledi: “Temel olarak her laboratuvarda proteinleri ifade etmek için plazmitleri kullanan insanlar tarafından gerçek bir istek var. Buradaki sorun şu ki plazmidi tek tek hücrelere enjekte ettikten sonra plazmit kopyalarının sayısı hücreler arasında farklılık gösterecektir. Bu farklılıktan ötürü, oluşan proteinin ekspresyon seviyesi hücreler arasında çok farklı olacaktır.”
“İşte bu yüzden, plazmit kopyalarındaki farkı tamponlayabilen genetik devreye sahip olmanın harika olacağını düşündük” demiştir.
Yang, bir negatif geri bildirim devresinin işe yarayacağını düşünmüştür. “Fakat laboratuvarda test ettim ve güzel çalışmadı.” diye ekledi.
Igoshin ile yaptığı eşzamanlı sistem biyolojisi eğitiminin karşılığını aldığı yer burasıdır.
Rice’ın Sistemleri, Sentetik ve Fiziksel Biyoloji programının bir parçası olarak ders veren Igoshin şunları söyledi: “Bu, mühendislerin çalışmalarıyla benzerdir; onlar planlarını çizerler, bir model yaratırlar ve yapılarını inşa ederler. Bu durumda, laboratuvarda sentetik olarak tasarlanmadan önce hesaplama modelleri aracılığıyla etkinliği gösterebildik.”
Vize sorunlarını önceden tahmin ederek MIT’deki lisansüstü çalışmalarına dalarak çözmek zorunda kalan Yang’a göre çalışmayı tamamlamak pandemi süreci boyunca küçük bir iş değildi. “Ben Rice’dan ayrılmadan önce çalışmanın iskeleti çoktan resmileşmişti fakat tüm yıl boyunca bütün yazımı onun üzerinde çalışarak geçirdim.” dedi ve şöyle ekledi: “Makaleyi teslim ettik ve eleştirmenler bazı yorumlar yaptılar bunlar ek modellemeye ve deneylere yol açtı.”
MIT’te Yang, çalışmasının modellenmesini ve deneylerini ayrılmaya devam ediyor ve bu defa hücrelerdeki genomun 3D organizasyonunun gen ekspresyonunu nasıl düzenlediğine odaklanıyor.
Yang şunları söyledi: “Ben Oleg’in hesaplama tarafında mentorluğuna sahip olduğum için oldukça şanslıydım. Modeller oluşturmaya ve tahminlerde bulunmaya derinlemesine çalışabildim ve deneysel çalışmayı en aza indirmede oldukça değerlidir.”
Kaynak: https://phys.org/news/2021-07-cell-wrangling-circuit-genetic.html
Görsel Kaynak: https://scx2.b-cdn.net/gfx/news/2021/cell-wrangling-circuit.jpg
Editör: Seray YETKİN