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

Mağaralar, ağaç kovukları, madenler, tavan araları ve çatılar... Bunlar tünedikleri yerlerden sadece birkaçı. Geceleri avlanmalarının yanı sıra dünyadaki tek uçan memeli de onlar. Evet, yarasalar! Yarasalar da tıpkı inek, fare, kedi, tavşan, yunus gibi yavrularını emzirerek büyütür.

Biyoloji

Türkiye’de Güneydoğu Anadolu Bölgesi’nde sınırlı bir alanda yaşayan çöl varanı (Varanus griseus griseus) dünyada Suriye, Filistin, Ürdün ve Irak gibi ülkelerde görülür. Yetişkin olanları çoğunlukla sarı-turuncu renktedir ve vücutlarında siyah geniş çizgiler bulunur.

Biyoloji

Dünya Doğayı Koruma Birliği (IUCN) tarafından 2018 yılında açıklanan Kırmızı Liste’ye göre nesli tükenme tehlikesiyle karşı karşıya olan kelaynaklar artık “Tehlike Altında” kategorisinde.

Biyoloji

Avustralya’nın kuzeybatısında yer alan Christmas Adası’nda her yıl inanılmaz bir göç serüveni yaşanıyor. Bu göçün başkahramanı olan Christmas Adası kırmızı yengeci adadaki 14 yengeç türünden en ilgi çekeni.

Biyoloji

Yeryüzündeki en ağır organizma olan Titreyen Dev’in küçülmeye başladığı1990’lı yılların sonlarında fark edilmişti. Paul Rogers ve arkadaşları Titreyen Dev’in küçülmesinin sebeplerini belirlemek için bir çalışma yürüttü.

Biyoloji

2015 yılında Darıca Hayvanat Bahçesi’ne daha önce Türkiye’deki herhangi bir hayvanat bahçesinde karşılaşmadığımız bir hayvan geldi. Bu canlının adı tembel hayvan. Peki, tembel hayvanların neden bu şekilde isimlendirildiğini bilmek ister misiniz?

Biyoloji

İnsanlar dışında başka canlılar da belirli ihtiyaçlarını karşılamak amacıyla yapılar inşa ediyor. Bu yazıda size tasarım ve mühendislik alanında “uzman” bazı hayvanları tanıtmaya çalışacağız.

Biyoloji

Bir gün yolda yürürken düştünüz. Pantolonunuz yırtıldı, dizinizde ve ellerinizde yaralar oluştu. Pantolonu yama yaparak kullanılabilir hale getirdiniz. Peki ya diziniz ve elleriniz?

Biyoloji

Alışverişlerde vaktimizin çoğu gıda reyonlarında hangi ürünün daha sağlıklı olduğuna karar vermekle geçiyor. Kimi zaman doğru kararlar veriyor kimi zamansa “Acaba gerçekten ne yiyoruz?” sorusuyla eve dönüyoruz.

Biyoloji

Günümüzde olduğu gibi geçmiş yıllarda da genç bilim insanları önemli çalışmalara imza atıyordu. Hatta genç yaşlarda önemli çalışmalarda yer alarak en saygın bilim ödüllerinden biri olan Nobel Ödülü’nü kazanan bilim insanları da var.