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

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.

Biyoloji

ABD’deki Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı’nda çalışan bir grup araştırmacı DNA dizileri üretmek için yeni bir yöntem geliştirdi. Dr. Sebastian Parluk, Dr. Daniel Arlow ve arkadaşlarının Prof. Dr. Jay Keasling önderliğinde yaptıkları araştırmanın sonuçları Nature Biotechnology’de yayımlandı.

Biyoloji

Geçmişte sıfırı kavrayacak düzeyde zekâya sadece insanların sahip olduğu düşünülürdü. Ancak bilimsel çalışmalar maymunların ve kuşların da sıfırı kavrayabildiğini gösterdi.

Biyoloji

Günlük hayatta birçok nesne veya duruma karşı korku duyabiliriz. Sinir sistemi, korku yaratan uyaranlara karşı organizmayı harekete geçirdiğinden yaşamın devamı için hayli önemlidir.

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!