Öğretim Üyemizin Çalışması Nature Communications Dergisinde Yayımlandı
1 YIL ÖNCE
TOBB ETÜ Mühendislik Fakültesi Biyomedikal Mühendisliği Bölümü Öğretim Üyesi Dr. Ersin Emre Ören ve doktora öğrencisi Büşra Demir’in, Massachusetts Institute of Technology, Oregon State University, University of Santa Cruz ve University of Washington'dan araştırmacılarla birlikte, "DNA origami tabanlı yapay iyon kanalları ile biyomoleküllerin tespiti" üzerine yaptığı çalışma, Nature Communications dergisinde yayımlandı.
Dr. Ersin Emre Ören çalışmayı şöyle özetledi:
Canlı organizmalarda hücreler hem birbirleri ile hem de dış çevre ile bilgi alışverişinde bulunurlar. Hücre zarı üzerindeki membran kanalları (tüneller) molekülleri ve/veya iyonları seçici bir şekilde geçirerek bu haberleşmede rol oynarlar. Bu makalede, hastalıkları tespit edebilmek için bu biyolojik konsepti taklit eden bir yöntem üzerinde çalışarak, hücrelerin kullandığı proton (H+ iyonu) akımlarının (protonik) elektron (e-) akımlarına (elektronik) dönüştürülerek ölçülebileceğini ve hedef moleküllerin belirlenebileceğini (biyoalgılayıcı) gösterdik.
Bu amaçla ilk olarak hücre zarı içerisinde istenilen genişlikte tünel açabilecek DNA origami tabanlı nanogözenek adı verilen bir sistem geliştirildi. Bu nanogözenek hem çevresine eklenen kolesterol molekülleri sayesinde hücre zarı içerisine kendiliğinden yerleşebilme, hem de proton akımlarını kontrollü bir şekilde geçirme özelliklerine sahip. Daha sonra, kanaldan geçen proton akımları, paladyumun (Pd), eş sayıda proton (H+) ve elektron (e-) alarak paladyum hidrite (PdHx) dönüşümü kullanılarak elektron akımlarına çevrilerek ölçüldü.
Bu DNA nanogözeneğin biyobelirteçlerin tespiti için kullanılabileceği hipotezini test etmek için, hücresel ortamı taklit etmek üzere tasarlanmış biyoprotonik bir sistem kullanıldı: Hücrenin iç ve dış ortamını temsil eden elektrolitler hücre zarına benzer bir çift katlı lipit tabakası ile iki farklı bölüme ayrıldı ve bu tabakaya gömülü DNA nanogözenek ile iki taraf arasında protonların iletilebileceği bir kanal oluşturuldu.
DNA nanogözeneğin (kanalın) ucu ilgilenilen biyomoleküllerin bağlanması için biyotin veya SELEX yöntemi ile seçilen aptamerler kullanılarak özelleştirildi. Bu durumda, eğer hedef biyomoleküller sistemde mevcutsa, DNA nanogözeneğin ucuna bağlanarak kanalı kapatmakta ve proton akışı engellenmektedir. Bu sayede proton akımlarının kesilmesi ile hedef biyomolekülün varlığı tespit edilebilmektedir.
DNA origami tabanlı yapay iyon kanalının hücre zarı içerisinde görünümü.
Bu biyoprotonik yöntem ile önce streptavidinin daha sonra da kalp hastalığının bir göstergesi olan biyobelirteç B-tipi natriüretik peptitin varlığı tespit edilebilmiştir.
Bu yöntemin en önemli yenilikleri arasında DNA yapay membran kanallarının hücre zarı içerisine entegrasyonu, kanal içerisinden geçen proton akımlarının elektron akımlara çevrilerek ölçülebilmesi ve istenilen biyomoleküllerin algılanması sayılabilir. Bu sonuçların, ileride, hücre içi proteinlerin (hastalık belirteçleri) çoklu bir şekilde belirlenmesini ve miktarlarının ölçülmesini sağlayacak biyoalgılayıcıların tasarımına ve geliştirilmesine rehberlik etmesini bekliyoruz.
Makaleye buradan ulaşabilirsiniz: doi:10.1038/s41467-023-40870-1
Dr. Ersin Emre Ören ve çalışmalarına ilişkin daha fazla bilgiye buradan ulaşabilirsiniz.