Skip to content Skip to navigation

DNA Origami

Dr. Öğr. Üyesi Ümit Hakan Yıldız
26/03/2018 - 16:45

Japon kâğıt katlama sanatı origami ile birbirinden farklı objeler tasarlamak mümkün. Peki aynı el sanatını kâğıt yerine DNA’yı (deoksiribonükleik asit) kullanarak gerçekleştirebilir miyiz?

İnsanoğlu uygarlığın başlangıcından itibaren çok büyük yapıların nasıl inşa edileceğini öğrendi. Yaklaşık kırk yıldır ise çok küçük yapıların nasıl üretilebileceği üzerinde çalışılıyor.

Kaliforniya Teknoloji Enstitüsü’nden (Caltech) Paul Rothemund ve bu alanda çalışan diğer bilim insanları nano ölçekte (metrenin milyarda biri) yapıların nasıl inşa edileceğine dair farklı yöntemler üzerinde çalışıyor. Nano ölçekteki DNA yapılarının kendiliğinden bir araya gelmesi ilkesine dayanan bu yenilikçi yaklaşım “küçük dünyalarda” “büyük işlerin” gerçekleştirilmesine imkân sağlayabilir.

Nature - Hadi bize gülümse! Soldaki görselde DNA’dan üretilen yapının bilgisayardaki tasarımı görülüyor. Sağdaki görselde DNA parçaları ile oluşturulan origami şekli görülüyor.

Canlıların genetik kodunu saklayan DNA, son yıllarda nano boyutta tasarım yapan araştırmacıların yararlandığı bir makromolekül. Bunun iki nedeni var: İlki DNA’nın çift sarmal şeklindeki yapısının keşfedilmesinden bu yana geçen 65 yılda DNA’nın kendine özgü üç boyutlu yapıya sahip olmasını sağlayan mekanizmalar hakkında detaylı bilgiler elde edilmiş olması. Bu, bir DNA dizisinin katlanarak alabileceği şekillerin tahmin edilmesini sağladı.

DNA’nın birbirine sarmal şekilde bağlanmış iki zincirden oluştuğu 1953’te Prof. Dr. James Watson ve Prof. Dr. Francis Crick tarafından keşfedilmişti.

İkincisi ise DNA moleküllerinin hızlı, basit ve otonom bir şekilde sentezlenmesini sağlayan yöntemlerin geliştirilmesi. Bu sayede 100 ve daha fazla nükleotidden oluşan DNA molekülleri kolayca sentezlenebiliyor.

DNA, nükleotid olarak isimlendirilen molekül birimlerinin birbirine bağlanması sonucu oluşur.

DNA molekülünden nano boyutta yapılar tasarlamak için kullanılan yöntemlerden biri New York Üniversitesi’nden Prof. Dr. Nadrian C. Seeman tarafından geliştirilen "döşeme modeli". Bu yöntem farklı şekillerdeki (örneğin kare, dikdörtgen) kilitli taşların bir araya gelmesiyle oluşan kaldırım döşemelerine benzetilebilir.

Bu yöntemde iki boyutlu, dikdörtgen şekilli DNA blokları yapı taşı olarak kullanılır. DNA çift sarmalının ucunda kısa tek zincirli bölümler bulunur. Bunlar “yapışkan uçlar” olarak isimlendirilir. İki farklı DNA bloğunun yapışkan uçları -cırt cırtlı bantların yapışarak birbirini tutmasına benzer şekilde- birleşerek daha büyük ve karmaşık şekilli yapılar oluşturabilir.

Scripps Araştırma Enstitüsü’nden Prof. Dr. William M. Shih ve arkadaşları ise DNA molekülünü kullanarak nano boyutta yapılar oluşturmak için farklı bir yöntem kullandı. Geliştirilen yöntem sayesinde 1669 nükleotidden oluşan tekli DNA zinciri kendiliğinden katlanarak nano boyutta bir düzgün sekiz yüzlü oluşturdu. Ana DNA zincirinin üzerindeki belirli bölgelerdeki kısa DNA zincirleri molekülün istenilen şekilde kendiliğinden katlanmasını sağladı. Bu yöntem sayesinde DNA molekülleri kullanılarak üç boyutlu yapılar oluşturulabildi.

Kaliforniya Teknoloji Enstitüsü’nden (Caltech) Paul Rothemund bu iki yöntemi birleştirerek istenilen şekilde iki boyutlu DNA yapılar oluşturulmasına imkân veren yeni bir yöntem geliştirdi.

 

Bu yöntem farklı aşamalardan oluşur:

  • İlk adımda tasarlanacak şekil (örneğin yuvarlak bir gülen yüz) seçilir.
  • Daha sonra dikdörtgen şeklindeki DNA bloklarıyla belirlenen şekil oluşturulur.
  • Sonraki aşamada uzun tekli bir DNA zinciri ikili sarmal yapıdaki DNA bloklarının üzerinden ileri ve geri katlanarak ilerler. Bu sırada DNA zincirleri arasında bağlantılar kurulur.
  • Kısa DNA zincirleri kullanılarak, katlanan DNA zinciri sabitlenir.

 

Nature - Paul Rothemund bu yöntemi kullanarak beş köşeli yıldız, gülen yüz gibi altı farklı şekil oluşturdu.

DNA temelli nano ölçekteki yapıların tasarımı ve üretimi ile bu malzemelerin yapısal ve kimyasal özelliklerinin anlaşılması sayesinde gelecekte çok farklı alanlarda kullanılabilecek daha küçük yapılar ve cihazlar geliştirmek mümkün olabilir.

 

Kaynaklar:

 

Yazar Hakkında:
Dr. Öğr. Üyesi Ümit Hakan Yıldız
İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü Kimya Bölümü
 

İlgili İçerikler

Biyoloji

Pek çok hayvan türü doğada sürüler ve kümeler oluşturuyor ve kolektif davranışlar sergiliyorlar. Hayvanların sürüler ve kümeler oluşturarak kolektif davranışlar göstermesini sağlayan, türden bağımsız genelgeçer yasalar olabilir mi?

Biyoloji

Keçiler dik yamaçlara tırmanma konusunda uzman canlılardır. En yetkin dağcılar bile kaya tırmanışı sırasında ip, kaya çivisi, çekiç, emniyet kemeri gibi güvenlik ekipmanlarına ihtiyaç duyar. Dağ keçileri ise 60 derece eğimli arazilere bile tırmanabilir.

Biyoloji

İç Anadolu Bölgesi’ndeki bitki türlerinden bazıları sadece Ankara’da bulunuyor. Haydi gelin, Ankara’dan başka yerde yaşayamayan bu bitkilerin bazılarıyla tanışalım!

Biyoloji

Bazı bitkiler vardır ki hazine niteliğindedir. Her yerde yetişmez, sadece belli bir ülkede ya da bölgede yaşarlar. Ender bulunan, sadece o bölgeye has bu bitkilere “endemik bitkiler” adı verilir. Gelin, hep birlikte ülkemizin biyolojik hazinelerini keşfedelim!

Biyoloji

Bilim Genç Fotoğraflar köşesinde kış ile yaz mevsimi arasındaki geçişin etkilerini gözlediğimiz nisan ayında objektiflerinizi doğada yaşanan değişimlere odaklamanızı istemiştik. Bu süreçte #CanlananTabiat etiketiyle Bilim Genç’te paylaştığınız fotoğraflar değerlendirildi ve ayın en beğenilen fotoğrafları belirlendi.

Biyoloji

Yeni Zelanda’da yüksek volkanik etkinliğe sahip bir bölgedeki bitkiler üzerinde yapılan incelemeler sonucunda aşırı sıcak topraklarda yaşayabilen bitkilere rastlandı. Yeni Zelanda’daki Landcare Research’ten Mark Smale ve ekibi Yeni Zelanda’nın North Adası’ndaki Taupao Volkanik Alanı’nda incelemeler yaptı.

Biyoloji

Bilim Genç Fotoğraflar köşesinde mayıs ayında objektiflerinizi yaşadığınız bölgeye özgü bitki türlerine odaklamanızı istiyoruz. Fotoğraflarınızı Bilim Genç’te paylaşırken açıklama bölümüne #EndemikBitkiler etiketini eklemeyi unutmayın.

Biyoloji

Balinaların ses çıkarabildiği ve birbirleriyle iletişim kurabildiği biliniyor. Ancak bugüne kadar bu canlıların nasıl duyduğu anlaşılamamıştı. Balinaların hem büyüklükleri hem de okyanuslarda yaşamaları bilimsel araştırmaları zorlaştırıyordu.

Biyoloji

Avustralya’nın Sidney şehrindeki Garvan Enstitüsü araştırmacıları ilk defa i-motifi adı verilen farklı bir yapıdaki DNA’nın da insan vücudunda var olduğunu gösterdi. 

Biyoloji

Bir bölgede yaşayan belirli bir canlı türünün sayısını nasıl hesaplayabilirsiniz? “Canlıların tamamını tek tek yakalayıp sayarak” şeklinde bir çözüm aklınıza gelmiş olabilir. Ancak canlıların tamamını yakalamak, özellikle canlı sayısının çok yüksek ve canlıların yaşadığı bölgenin çok geniş olması durumda, mümkün değildir.