Günümüz dünyasında Mars vatandaşlığı hayalleri kuran insanların düşlerinin nihayete erdiğini düşünün. O gün gelip çattığında insanların Mars’ta uyumak, yemek yemek ve çalışmak için yaşam alanları inşa edebilmesi gerekecek. Uzay ajansları bunu yapabilmenin en kolay yolunun 3B baskı olduğuna inanıyor. Ancak 3B baskı materyalleri Dünya’da üretildiğinden, onları gezegenimizden başka bir gök cismine taşımak yakın gelecekte pek mümkün görünmüyor. Kimya ve Kimyasal Biyoloji Doçenti Neel Joshi, bu sorunu canlı, 3B üretilebilir bir malzeme ile biyolojinin çözebileceğini ifade ediyor.
Süreci bir tohumun ağaca dönüşmesine benzetiyor. Nasıl ki hücrelere sahip bir tohumun yapılanma işleminin hayata geçmesi için çevresindeki kaynakları özümsemesi gerekiyorsa, 3B baskı malzemenin de benzer sürece sahip olması gerekiyor. Ancak bu malzemeler elbette biyolojik formlardan farklı olarak DNA ve genetik mühendisliğinden faydalanılarak yapılıyor.
Peki ama nasıl?
Araştırmacılar E. coli olarak da bilinen Escherichia coli bakterisini, katı yapıları 3B olarak yazdırmak için kullanılabilecek tamamen biyolojik bir mürekkep üretmek için nasıl programlayacaklarını keşfetti. Nature Communications dergisinde yayımlanan bir makalede açıklanan bu mikrobiyal mürekkep henüz kozmik ölçekte test edilmedi. Ancak bilim insanları jelatinimsi malzemeyi daire ve kare gibi küçük şekilleri basmak için kullandı. Ayrıca ilaç tabletleri üretimi gibi tıpta faydalı olabilecek diğer uygulamalarla birlikte çeşitli niteliklere sahip malzemeleri inşa etmek için başarıya ulaştılar.
“Yararlı malzemeler yapmak için fabrikalar olarak yaşayan hücreleri, mikropları kullanmak istiyoruz. ” Joshi’nin laboratuvarında Araştırmacı Avinash Manjula Basavanna
Joshi bu projenin yalnızca bina veya inşaat için tuğlalar değil, birçok farklı şey inşa etmek için bir platform olarak düşünülmesi gerektiğini söylüyor. Çalışmayı bir polimer kimyagerinin, plastik malzemelerin nasıl tasarlanacağını düşünme biçimiyle karşılaştırarak açıklıyor: Bazı plastikler serttir ve bunlar şeklini korurken, diğerleri esnek ve yumuşaktır.
Esnek olan bir saç teli ile bir geyik ya da gergedanın boynuzları arasındaki farkı bir düşünün. Benzer malzemeler ile bu yapılar çok farklı işlevlere sahiptir. Biyoloji bilimi, sınırlı bir dizi yapı taşı kullanarak bu mekanik özelliklerin nasıl ayarlanacağını bize gösteriyor.
Canlı mürekkep oluşturma aşamaları
Bilim insanlarının yararlandığı doğal yapı taşı, bakteri E. coli tarafından üretilen bir protein. Curli lifleri adı verilen malzeme, bakteri hücreleri tarafından bir yüzeye ve birbirlerine bir topluluk oluşturmak için bağlanırken üretiliyor.
Bilim insanları, mikrobiyal bağlantıyı oluşturmak için genetiğiyle oynanmış E. coli’yi bir şişede kültürlüyor. Bakteri besinlerini çoğalmaları için besliyor ve polimerler bölündükçe istenen Curli liflerini üretiyor. Ardından araştırmacılar jelatinimsi polimerleri filtreliyor ve bu malzemeyi mikrobiyal mürekkep yapmak amacıyla 3B baskı aparatına aktarıyor.
3B baskı mürekkebi yapmak için daha önce de mikroplar kullanılmıştı ancak Joshi ve Manjula-Basavanna, yaşayan mürekkep ya da biyo-mürekkep olarak anılan 3B mürekkeplerin tamamen biyolojik bir kökene sahip olduğunu ifade ediyor.
Bu tip geliştirilen organizmaların daima büyüme eğiliminde olduğunu varsaymak genel bir kabul görüyor. Ancak sanılanın aksine Joshi biyo-mürekkebin her zaman büyümek zorunda olmadığını vurguluyor. Örneğin hücreler, ekibin mikrobiyal jelden yaptığı küçük koni içinde canlı bırakıldığını düşünelim. Bu koninin tamamını alıp bir miktar glikoz çözeltisine batırılması halinde hücreler o glikozu yiyecek ve daha fazlasını yapma eğilimde olacaktır. Bunun yanı sıra orada yaşayan hücrelerden yararlanılabilir. Bu durumda hücreler öldürebilir ve hareketsiz bir malzeme olarak kullanılabilir.
Doğadaki zehirli atıkların temizlenmesinde rol oynayabilir.
İlk jel tamamen genetiğiyle oynanmış E. coli’den yapılırken, araştırmacılar ayrıca 3B baskı malzemeleri belirli amaçlar için kullanmak amacıyla mürekkebi genetiği değiştirilmiş diğer mikroplarla karıştırmayı denedi. Bu şekilde belirli bir kimyasal uyaranla karşılaştığında serbest kalan bir antikanser ilacı verebilen bir malzeme yaptılar. Başka bir deneyde ise çevrede BPA ile karşılaştığında toksik kimyasal Bisfenol A’yı (BPA) hapsetmek için başka bir malzemeyi programlayıp başarılı bir sonuç elde ettiler.
Bu çalışma basitçe bir kavram kanıtı arama çabasıydı. Ancak Joshi ve ekibi geliştirdikleri mikrobiyal mürekkebi biyoloji ile somut bir şeyler inşa etmek için her türlü olasılığa kapı açan bir fırsat olarak görüyor. Ekip daha sürdürülebilir bir şekilde üretim yapmanın yolunun canlı hücrelerin kullanılmasından geçtiğini vurguluyor.
Canlı hücrelerle bir şeyler inşa etme paradigmasına doğru ilerleyen bir dünyaya hazır mısınız?
Kaynak: Northeastern
