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

Hayvanlar neden göç eder? Göçlerini bu kadar ilginç kılan nedir; hayvanların uzun mesafeler katetmesi mi yoksa sürüler halinde hareket etmesi mi?

Biyoloji

Yerel adı Trakya gelengisi olan Avrupa yer sincabı (Spermophilus citellus), Türkiye’de bulunan üç yer sincabı türünden biri. Dünyada Kuzey Amerika, Asya ve Avrupa’da yaşayan Avrupa yer sincabı Türkiye’de de İç Anadolu, Trakya ve Güneydoğu Anadolu bölgelerinde görülür.

Biyoloji

Günümüzde geleneksel sokak aydınlatmaları yerini yavaş yavaş LED lambaların kullanıldığı yeni sokak aydınlatma teknolojilerine bırakıyor. Bu değişimin doğaya etkisi ise araştırmacıların zihninde yeni soru işaretleri oluşturuyor.

Biyoloji

Kışın gelmesiyle havalar soğur ve çevredeki besin kaynakları azalır. Bu yüzden kış gelince kimi hayvanlar sıcak yerlere göç eder, kimi kış için yuvalarında yiyecek depolar, kimi de kış uykusuna yatar. 

Biyoloji

Bazı kimyasal tepkimelerin sonucu ışık yayılır. Örneğin gündelik hayatta ateşten yayılan alev, yanma tepkimesi sonucu oluşan bir ışık yayılımıdır. Kimyada bu olaya “kimyasal ışıldama” ya da “kemilüminesans” denir. Bir canlı tarafından gerçekleştirilen kimyasal tepkime sonucu ışık yayılmasına ise “biyolüminesans” denir. Yani biyolüminesans da bir çeşit kimyasal ışıldamadır.

Biyoloji

Bir grup araştırmacı tarafından geliştirilen bir program sayesinde artık herhangi birisinin DNA origamiyle herhangi bir şekilde yapılar üretmesi mümkün hale geldi.

Biyoloji

Bir grup bilim insanı artan plastik kirliliğine karşı doğada çözünebilen biyolojik polimer üretmeyi başardı.

Biyoloji

Sürüngenler sınıfı içinde yer alan kertenkele grubunun üyesi olan bukalemunlar ülkemizde nadir bulunan sürüngen türlerinden biri.

Biyoloji

Sizler için derlediğimiz, 2018 yılında bilim ve teknoloji alanında yaşanan önemli gelişmeleri üç bölüm halinde yayınlıyoruz.

Biyoloji

Gebze Teknik Üniversitesi (GTÜ) öğrencileri tarafından düzenlenen uygulamalı laboratuvar etkinliği OpenLAB 14-15 Aralık 2018 tarihlerinde gerçekleştirildi.