DNA Kıvıran Genetik Foton Cımbızı Nedir?
Bilim insanları DNA’daki genleri tek tek çekip çıkaran ve ışıkla tutan foton cımbızı geliştirdiler. En küçük molekülden daha küçük foton cımbızları genleri katlamak, kıvırmak ve şekillendirmekte kullanılıyor. Böylece Covid 19’a yol açan Corona virüsünün Omicron varyantı gibi salgın hastalıklara karşı daha yeni ve etkili mRNA aşıları geliştiriliyor. Peki organik nanoteknolojinin en kullanışlı aleti olan mikroskobik foton cımbızları nasıl çalışıyor? Genetik bilimi için bize insan DNA’sı hakkında neler öğretiyor ve DNA’yı nasıl maniple ediyor? DNA’nın iskelet bileşeni olan histonlarla görelim.
Foton cımbızı optik moleküler tuzaktır
Cımbızlarla normalde kaş alırız ama foton cımbızı ile iki iplikli olan bir sarmal olan insan DNA’sının “fermuarını açıyoruz”. Neden derseniz DNA ipliklerinin küçük bir kısmını, kısa bir şeridi cımbızla çekip almak genetik için çok yararlıdır. Böylece DNA’daki genlerin dizilimini çıkarırız, genlerin nasıl ifade edildiğini görüp epigenetikte ilerleme kaydederiz. Özetle DNA’nın nasıl mutasyon geçirdiği, genlerin nasıl değiştiği ve hücreler bölünürken kopyalanan DNA’nın kendini nasıl onardığını öğreniriz. Bütün bunlar da kansere karşı kök hücre tedavisi ve hatta yeni mRNA aşıları geliştirmeyi sağlar. Nasıl mı?
İlgili yazı: Kodlama İçin En Gerekli 16 Programlama Dili
Foton cımbızı ve insan DNA’sı
DNA’yı izole etmek bilim insanlarını yıllarca çok uğraştırdı. Bunun en büyük sebebi DNA’nın küçük olmasıdır ama bütün moleküller küçüktür ki aslında DNA en büyük moleküllerden biridir. Asıl zorluk DNA’nın hücre çekirdeğinde fazla yer kaplamaması için yün yumağı gibi sıkı paket sarılmış olmasıdır. Kısacası DNA’ya zarar vermeden içinden tek tek genleri çıkarıp incelemek son derece güçtür. DNA’nın ipliklerini açmak derken genetik kodumuz kromozomlar halinde paketlenmiştir. Oysa bunlar resimlerde gördüğünüz düzgün X ve Y şeklinde değildir. Kromozomlar daha düzensiz paketlerdir.
İçlerinden istediğiniz geni çekip çıkarmak çok ince kontroller gerektirir. Nitekim kromozomlar hücreler bölünürken öğrenci ödevi klasörlerindeki plastik spiraller gibi açılır ama bunu dışarıdan açmak zordur. Açtığınız zaman da aradığınız birkaç geni içeren ama gerçek uzunluğu 2 metreyi bulan bir DNA ile karşılaşırsınız. Size sorunun DNA’nın küçük olmasından ziyade tıkız olmasından kaynaklandığını söylemiştim. 😊 Yine de DNA’nın iki iplikli bir sarmal olarak kendiliğinden kıvrıldığını sanmayın. Peki DNA nasıl kıvrılıyor?
İlgili yazı: Gerçek Adem: ilk insan ne zaman yaşadı?
DNA nasıl paketlenir?
Tabii ki DNA molekülünün şeklini korumasını sağlayan elektromanyetik gerilim vardır. Bu da DNA’yı oluşturan atomları saran elektronlar bağlarından kaynaklanır. Ayrıca eş yüklü elektronlar birbirini iterek dengeler. Yine de DNA kromozomlarda asıl histonlara sarılan sarmallar oluşturur. Histonlar protein molekülleridir. DNA bunlara makaraya sarılan iplik gibi sarılır. Histonlar da daha büyük bir histonun çevresinde birbirine bağlanır. Böylece kromozomların ana bileşeni olan kromatozomları oluşturur. Bunlar ve ucundaki DNA şeritleri de bir tomar iplik gibi sıkışarak nükleozomları meydana getirir.
Böylece kromozomlardaki DNA nükleozomlarda organize olur. Bu yapılar son derece düzenli bir moleküler iskelet oluşturan kromatin çevresinde sarılır. Kromatin dışındaki yapılara da dolanır. Uzun anlattım ama işte bu yüzden elinize moleküler cımbız alıp kafadan DNA’ya dalarak tek bir geni çekip alamazsınız. Bunun için hep iç içe geçerek kıvrılmış olan kromatin, nükleozom ve kromatozomları açmanız gerekir. Sonra da DNA’yı açacaksınız… Dolayısıyla size küçük ve hassas bir cımbız yetmez. Bu model uçak cımbızı kadar kullanışlı olmalıdır. Neyse ki 1986’da optik cımbız teknolojisi geliştirdik.
İlgili yazı: Düz Dünya Teorisini Çürüten 12 Kanıt
Foton cımbızı ve histonlar
Günümüzün mRNA aşılarında, gen tedavisinde ve yeni kanser ilaçlarında optik cımbızlar, yani foton cımbızı kullanıyoruz. Tıbbi tedavide kaydedilen ilerlemenin büyük kısmını genetiğe ve genetikteki ilerlemeleri de bilgisayarlara ek olarak foton cımbızlarına borçluyuz. 1986’daki ilk cımbızlar 25 nanometrelik molekül parçalarını tutabiliyordu. Bu da metrenin 25 milyarda biri demektir. O zamandan beri cımbızlar gittikçe küçük ve hassas oldu. Foton cımbızı da radyasyon basıncıyla çalışır.
Nitekim ışığın nesneleri itebildiğini 1600’lerden beri biliyoruz. Günümüzde de fotonların kütlesiz olmasına rağmen momentumu olduğunu biliyoruz. Fotonlar momentumun yarısını nesnelere aktarabilir. Komşu yıldızlara ışık yelkenli sonda görme projelerinin altında bu ilke yatar. Işık uzaydaki yelkenleri itebilir. Işık aynı zamanda DNA moleküllerini itebilir. Hatta ters yönlerden gelen ışınlar birbirini dengeleyerek molekülleri optik cımbızla tutabilir.
Elbette radyasyon (bu durumda ışık) basıncı çok düşük olup molekülleri tutmaya yeterli değildir. Öte yandan 1960’larda geliştirdiğimiz lazerler foton cımbızlarının önünü açtı. Öyle ki kuantum mekaniğinin garipliklerinden yararlanarak lazerleri itmek kadar çekmekte de kullanamaya başladık ki bu da bir cımbızın iki teline karşılık geliyor. Foton cımbızlarıyla ilk öğrendiğimiz şey de DNA molekülünün histonlar çevresine nasıl sarıldığı oldu.
Bu yıl ise DNA’yı dürüm gibi saran histonların çevresine sarılan yapıları da gördük. Bu da bir kumaşı sardıktan sonra çevresine ip sararak daha da sıkılaştırmak gibiydi. Ayrıca nükleozomlardaki DNA’nın sandığımızdan yüzde 40 uzun olduğunu öğrendik. Peki bu bilgiler ne işe yaradı derseniz:
İlgili yazı: Dünyadaki En Ölümcül 5 Toksin Nedir?
Foton cımbızı için sonsöz
İnsan DNA’sının nasıl burgu makarna gibi büküldüğü, sarmallarının açıldığı, iki yandan çekip düzleştiği, helezon yay gibi sıkıştığı, dürüm gibi sarıldığı ve yufka gibi açıldığı hakkında bilgi edindik. Bütün bunlar asal genetik, gen makası CRISPIR ve protein katlama sanatıyla gen tedavisi uygulamayı öğretti. Ayrıca DNA’nın nasıl şekil değiştirdiğini bilmek hastalık yapıcı virüs genleriyle oynamak ve mRNA aşıları geliştirmek anlamanı da geldi. Bugün mRNA derken aklımıza virüsler geliyor ama bu teknolojiyi ileride bakteriyolojik aşılar ve kanser aşılarının geliştirilmesinde de kullanacağız.
Bundan sonraki aşama ise foton cımbızlarıdır. Artık DNA’nın doğal deformasyonunu bildiğimize göre DNA’yı optik cımbızlarla zarar vermeden inceleyebiliriz. Hatalı genleri söküp sağlıklı genleri takabilir ve hatta genleri doğru kıvırarak yerinde düzeltebiliriz. Bunları kanser bağlamında asal genetik yazısında anlattım ama bu teknoloji ileride yaşlanmayı geciktirmek üzere hücre genetiğini onarmakta da işe yarayacak. Gerisi çorap söküğü gibi gelecek.
Siz de ve İnsanları Maymunlardan Ayıran Yüzde 4 DNA Nedir ve Çöp DNA’da Gen Neden Bencildir diye şimdi sorabilirsiniz. DNA Tabanlı Biyolojik Bilgisayarla Robotların Gelişine ve İki İplikli Sarmal DNA’nın Neden Sağ Elli Olduğuna göz atabilirsiniz. Hızınızı alamayarak insanların neden sağ elli olduğuna, ne zaman dik yürümeye ve ateşi kullanmaya başladığımıza bakabilir, neden bazı bebeklerin iki anneden doğacağını inceleyebilirsiniz. Kendinizi cesur hissediyorsanız DNA testi yaparak neler öğreneceğinizi de görebilirsiniz. Bilimle ve sağlıcakla kalın. 😊
Metaverse ve NFT nedir?
1Optical trapping and manipulation of neutral particles using lasers
2Optical Tweezers Analysis of DNA–Protein Complexes
3Optical tweezers in single-molecule biophysics
4Optical Tweezers and their Application to Biological Systems
5Observation of a single-beam gradient force optical trap for dielectric particles
