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

Göz renginiz annenizden, saç şekliniz ise babanızdan... Peki ama bu özellikler nesilden nesile nasıl aktarılıyor?

Biyoloji

Günümüzde birçok canlı şehirleşme, tarım, endüstri gibi nedenlerle yaşam alanlarını kaybediyor. Bu canlılardan biri de Toros kurbağaları (Rana holtzi).

Biyoloji

Mitokondrilerin hücrelerin enerji santralleri olduğu biliniyordu. Yakın zamanlarda yapılan araştırmalar, mitokondrilerin daha önceleri bilinmeyen yeni bir işlevini ortaya çıkardı. Dr. Zheng Wu ve arkadaşlarının Nature Metabolism’de yayımladıkları sonuçlara göre, mitokondriler DNA’ya zarar veren etkenleri algılayarak çekirdekteki DNA’nın daha iyi korunmasını sağlıyor.

Biyoloji

Uluslararası bir araştırma grubu sıradan nesnelerin içinde bilgi depolamak için bir yöntem geliştirdi. Dr. Julian Koch ve arkadaşları tarafından yapılan araştırma Nature Biotechnology’de yayımlandı.

Biyoloji

“Birincil düzenleme” adı verilen yeni yöntem DNA sarmalındaki iplikçiklerin ikisinin birden kesilmesini gerektirmiyor. Üstelik bu yöntem temel düzenleme gibi sadece belirli türdeki nokta mutasyonları değil herhangi bir türdeki nokta mutasyonu düzeltmek için kullanılabiliyor.

Biyoloji

2017’de Madagaskar’da keşfettiği yeni çekirge türleri ile tanınan, Bolu Abant İzzet Baysal Üniversitesi Zooloji Anabilim Dalı’nda öğretim üyesi olan Prof. Dr. Mustafa Ünal ile araştırmaları üzerine bir söyleşi gerçekleştirdik.

Biyoloji

DNA yani deoksiribonükleik asit bütün canlı organizmaların hücrelerinde bulunan ve canlının tüm genetik özelliklerini taşıyan moleküldür. DNA ikili sarmal yapıdadır. Yani DNA’nın yapısında birbirine dolanmış şekilde iki zincir bulunur.

Biyoloji

Yıldız Teknik Üniversitesi IEEE Öğrenci Kulübü tarafından düzenlenen 7. BioForm etkinliği, 27-29 Kasım tarihleri arasında Yıldız Teknik Üniversitesi Davutpaşa Kampüsü Elektrik-Elektronik Fakültesi Konferans Salonu’nda gerçekleştiriliyor.

Biyoloji

Kartallar, şahinler, doğanlar, deliceler, kerkenezler, atmacalar ve çaylaklar  Türkiye’de de sayılı türleri olan gündüz yırtıcılarıdır. Bu kuşlar yüksek strateji geliştirme yetenekleri, manevra kabiliyetleri, hızlı uçmaları ve avlarını çok uzak mesafelerden bile görebilmeleri ile her zaman insanların ilgi odağı olmuştur. Ancak ak çaylaklar bu yırtıcılar arasında en az bilinenidir. 

Biyoloji

Biyofloresan canlının ışığı soğurması ve farklı renkte tekrar yaymasıdır. Bu olay denizlerde ve karalarda yaşayan bazı canlı türlerinde görülen biyolüminesans olayından farklıdır. Biyofloresan, canlıların derilerinde veya dokularında bulunan ve ışığı soğuran proteinler sayesinde gerçekleşir.