COMET

Memelilerin Hücrelerinde Genetik Programları Oluşturmak İçin Yeni Bir Platform

‘Kompozit Memeli Transkripsiyon Elemanları’ (COMET) adı verilen bu araç seti önceleri yapılamayan gen ekspresyon programlarının tasarlanması ve ayarlanmasında işlev görmekte ve sentetik transkripsiyon faktörleri ile destekleyicilerden oluşan bir topluluk bulundurmaktadır. Bu yöntem sonuç olarak kanser gibi tedavisi zor olan hastalıklar için yeni bir terapi yöntemi olabilir.

“Uzun mühletli hedefimiz, biyomühendislerin spesifikleştirilmiş hücre tabanlı tedaviler ortaya koymalarını ve bir tasarımı genetik programına doğru bir şekilde uygulamalarını sağlayacak uygun biyolojik araçlar üretmelerini sağlamaktır. İşte oluşturulan bu COMET adlı araç seti, memelilerin hücrelerinde gerçekten yeni işlevsellik ortaya koymamızı sağlayan önemli bir adım olmuştur.” dedi Josh Leonard, kendisi Northwestern Üniversitesi’nde McCormik  Mühendislik Okulu’nda Kimya ve Biyoloji mühendisliği doçenti ve ayrıca araştırmayı yöneten kişidir. Aynı zamanda Northwestern Üniversitesi Sentetik Biyoloji Merkezi üyesidir.

Sonuçlar, 7 Şubat’ta Nature Comminications dergisinde yayınlanmıştır.

Hücreleri Ayarlamak İçin Yeni Bir Teknoloji Yaratmak

Sentetik biyoloji araştırmacıları hücre DNA’larını, yeni bir fonksiyonellik oluşturmak için değiştirir ve hücreleri yeniden programlamaya çalışırlar. Araştırmacılar yeni kimyasallar ve terapötikler ortaya çıkarmak için bakteri hücrelerinin DNA’sını yeniden programlasalar da memelilerin hücrelerinin karmaşıklığı ve mevcut biyolojileri dolayısıyla bu değişimin gerçekleştirilmesi daha zordur.

CRISPR-Cas9 gibi güçlü araçlar, bu hücrelerdeki tek genleri düzenleyebilir, ancak bu araçlar araştırmacıların yeni genetik ağların tanıtılmasını ve genellikle sonlandırılmasını gerektiren daha incelikli, özelleşmiş işlevsellik oluşturmasına izin vermez.

Leonard ile ekip arkadaşları, vücuttaki tümörlerin ve kanserin tedavisini sağlayan hücreler gibi, hücre tabanlı yeni terapileri geliştirmekle ilgileniyorlardı, fakat bu onlar için yeterli olmadı ve daha yararlı işlevsellikleri bulunan bir araç seti üretmeleri gerektiğini düşündüler. Yapılan son gelişmeler ise beklenilen terapötik fonksiyonların tanımlanması için zemin hazırlamıştı. Ve bu karmaşık sistemde bile asıl olan, istenilenlerin yapılabilmesi için hücrenin nasıl değiştirileceğinin çözümünü bulmaktı.

Leonard’ın laboratuvarında yüksek lisans öğrencisi ve makalenin ilk yazarı Patrick Donahue, “Geliştirdiğimiz terapiler sofistike (özel,gelişmiş) teknolojiler gerektirmektedir. Bir memelinin hücresindeki işlevleri genişletmek amacıyla böyle bir teknoloji geliştirme fırsatı bulunmaktaydı. Biz de böylelikle doktora sürecimi başlatırken oturup düşündük ve ‘Bir transkripsiyon mühendisliği araç setinde ne tür özellikler isterdik? ‘ sorusunu sorduk.” dedi.

COMET’te Alanı İlerletmek İçin Yeni Bir Kütüphane Oluşturmak

Grup daha sonra gen ekspresyonunun tasarımını ve ayarlanmasını sağlayan DNA’yı RNA’ya kopyalayan promotörler ve transkripsiyon faktörleri kütüphanesi geliştirmek için çalıştı. Ardından gen ekspresyon seviyelerinin hassas bir şekilde ayarlanması için bileşenleri ve birlikte nasıl çalıştıklarını karakterize ettiler. Daha sonrasında oluşturdukları bu sistemin nasıl çalıştığını açıklayan matematiksel bir model geliştirdiler.

“Bir sentetik biyoloji teknolojisi için, diğer araştırmalarda da uygulanabilecek ve genişletilebilecek, kullanılabilir ve öngörülebilir modüller ortaya çıkarmak için matematiksel bir modele sahip olmak gerekir. Bu prensibi ‘COMET’ sisteminde oluşturuyoruz.” dedi Neda Bagheri. Kendisi Leonard ile beraber işbirliği yapmaktadır. Aynı zamanda Baghari, Northwestern Üniversitesi’nde Kimya ve Biyoloji mühendisliğinde doçenttir. Washington Seattle Üniversitesi Araştırma Vakfı’nda değerli bir araştırmacıdır.

Şu anda, Leonard ve ekip arkadaşları, tedavileri direkt olarak tümörlerin üzerine uygulamak gibi, bu platformun sofistike fonksiyonlarını oluşturabilecek biyolojik sistemler üretmek için çalışıyorlar. Buradaki amaçları, bir hücrenin; dokunun kanserli veya sağlıklı olup olmadığını anlaması için çevresini taraması üzerine programlanmasıdır.

Bu grup için kilit noktalardan birisi de üretilen yeni teknolojiyi diğer araştırmacılara sunmaktır, bu sayede diğer araştırmacılar hem COMET’i geliştirebilir hem de farklı alanlarda araştırma yapmak için kullanabilirler. Yayının öncesinde BioRxiv ile ilgili bir makale çok dikkat çekti ve Addgene tarafından biyolojik parçaları kit halinde dağıtıldı.

‘COMET’ adlı set, araştırmacıların diğer türlü test edilmesi mümkün olmayan hipotezleri test etmelerini ve kullanışlı biyoteknoloji geliştirmelerini, aynı zamanda da bağışıklık fonksiyonu veya gelişimi gibi karmaşık süreçler hakkındaki bilgiyi daha anlaşılabilir hale getirmeyi sağladı. “Sentetik biyoloji gibi gelişmekte olan teknik alanlarda bu tip teknoloji platformları oluşturmak, alanda yenilikçiliğe teşvik etmek önemli bir durumdur. COMET’in sayesinde topluluğumuzun neler yapabileceğini görmek bizi oldukça heyecanlandırmaktadır.” dedi Josh Leonard.

Kaynak: https://phys.org/news/2020-02-platform-genetic-mammalian-cells.html

Editör: Meryem Melisa KAR