Dijital Biyolojik Dönüştürücüler: Kimyasal Yazıcılar

DNA, RNA, protein gibi biyolojik ürünlerin renkli mürekkepler yerine kimyasal maddeler içeren yazıcı benzeri bir cihazla sentezlenmesi üretim sürecini kolaylaştırıyor.

Geleneksel üretim endüstrisinde ürünler genel olarak farklı bölgelerde üretilir ve koordineli bir şekilde bir araya getirilerek son ürün elde edilir. Ancak bu süreç hayli zahmetlidir. Özellikle biyolojik ürünlerin üretilmesi ve taşınması açısından çok da avantajlı değildir. Çünkü doğada bulunan ya da laboratuvarda üretilen biyolojik ürünlerin tasarlanmasına ve üretilmesine yönelik çalışmalar yapan sentetik biyoloji ve modern teknolojinin doğa bilimlerine uygulanarak yeni ürünlerin geliştirilmesini hedefleyen biyoteknoloji alanlarındaki hızlı gelişmeler nedeniyle geleneksel üretim teknolojisi biyolojik ürünlerin (sentetik DNA, RNA, proteinler ve kromozomlar) sentezlenmesi konusunda yetersiz kalıyor.

Bu sorunun çözümü için öne çıkan iki yaklaşım var: birincisi biyolojik materyallerin üretim sürecini basitleştirmek, ikincisi ise süresini kısaltmak. İki yöntemin bir arada uygulanması ise ürünün kısa sürede basitçe üretilmesini mümkün kılarken, taşınma ya da birleştirilme esnasında karşılaşılabilecek problemleri ortadan kaldırarak zaman tasarrufu sağlayabilir.

Basit ve kısa süreli üretim, özellikle mühendislik deneyimlerinden faydalanarak biyoloji ve tıpta karşılaşılan problemlere çözüm üreten mühendislik dalı olan biyomedikal alanındaki uygulamalar açısından önemli. Örneğin salgın bir hastalık durumunda acil durum müdahalesinin yerinde yapılması hayati öneme sahiptir. Çünkü korumaya alınan bölgede ihtiyaç duyulan ilaç, aşı vb. tıbbi ürünlerin taşınabilir sistemler sayesinde yerinde üretimi, hastalığın tedavisine ve yayılmasının engellenmesine yönelik biyomedikal uygulamaları kolaylaştıracaktır.

Basit ve kısa süreli üretim aynı zamanda gıdadan kozmetiğe çeşitli endüstri alanlarında kullanılabilen biyolojik ürünlerin ihtiyaca göre üretilmesine imkân sağlıyor. Böylece biyolojik ürünler “tasarla-yap-test et” döngüsü ile sentezlenebiliyor. Bu sayede biyoteknoloji alanındaki araştırmalara hız kazandırmak mümkün olabilir.

İnsan Genom Projesi’nde (insanın gen haritasının oluşturulması projesi) çalışan bilim insanlarından Craig Venter bu amaçla “dijital biyolojik dönüştürücü” isimli bir sistem geliştirdi. Dönüştürücü insan müdahalesine ihtiyaç duymaksızın dijital olarak DNA dizi bilgisine ulaşıyor ve ardından karmaşık biyolojik ürünleri sentezleyebiliyor.

Nature Biotechnology - Dijital biyolojik dönüştürücü

Dönüştürücü birden fazla cihazın bileşiminden oluşuyor. Sistemin çalışması için öncelikle örnek olarak kullanılacak DNA’nın dizilimi çıkarılıyor. Daha sonra üretimi yapılacak biyolojik maddelerin sentezlenmesi için gerekli malzemeler cihaza yükleniyor ve işlem başlatılıyor. Ardından sentezlenen biyolojik ürün saflaştırılarak son ürün elde ediliyor. Böylece üretim ilk basamaktan son basamağa kadar tek bir yerde gerçekleştirilebiliyor.

Bu sistemin en avantajlı özelliği ise geliştirilebilir olması. Şu an dünyada sadece tek bir dijital biyolojik dönüştürücü var. Sistemin geliştirilmesine ve biyolojik ürünlerin bu sistemde büyük miktarlarda üretilebilmesine yönelik araştırmalar devam ediyor. Sistem birkaç yıl içinde günlük hayatta kullanılmaya başlanabilir.

Kaynak:

Boles, K. S. ve ark., “Digital-to-biological converter for on-demand production of biologics”, Nature Biotechnology, Cilt 35, Sayı 7, s. 672-675, DOI: 10.1038/nbt.3859, 2017.