Yazar -Nigar

Aalto Üniversitesi’nden Iris Seitz liderliğindeki bir grup biyomühendis, viral protein yapı taşlarını DNA şablonlarıyla entegre ederek virüs partiküllerinin boyutunu ve şeklini etkileyen bir yöntem keşfettiler. Çalışma sonucunda elde edilen bulgular, aşı geliştirme ve insan vücudunda dahili ilaç taşıma uygulamaları için umut vaat eder nitelikteydi

Bir virüsün koruyucu dış katmanları olan virüs kapsit proteinleri (birkaç tip proteinden oluşan kılıf), tam olarak şekillendirilmiş protein düzenekleri oluşturmak için kullanılabiliyor. Bununla birlikte, bu yapıların şekilleri ve geometrik konfigürasyonları ise büyük ölçüde spesifik virüs türüne bağlı bulunuyor. Orijinal viral yapıdan bağımsız olarak bu düzenekleri yeniden programlama potansiyeli hem ilaç dağıtım sistemleri hem de aşı geliştirme için heyecan verici olanaklar sunuyor. Aalto Üniversitesi’nden bir grup bilim insanı bu zorluğu, kapsit proteinlerinin oluşabileceği bir ’yapılandırılmış genom’ (organizmanın DNA molekülleri) şablonu oluşturarak çözüme kavuşturdu. Esnek genomun istenmeyen şekillere yol açabilecek herhangi bir potansiyel deformasyonunu önlemek için katı DNA origami yapıları kullandılar.

Çalışmadaki stratejilerinin, DNA nanoyapılarının negatif yükü ile kapsit proteinlerinin pozitif yüklü alanı arasındaki elektrostatik etkileşimler ve ayrık proteinler arasındaki içsel etkileşimler etrafında şekillendiğini ifade eden çalışmanın başyazarı ve doktora öğrencisi Iris Seitz, kullanılan protein miktarını değiştirerek, DNA origamisini kapsayan yüksek düzene sahip protein katmanlarının sayısını ayarlayabildiklerini söyledi. Tek proteinli alt birim kapsitlerin DNA orijinli (başlangıç) polimorfizmini (çeşitlilik) göstererek modüler bir yaklaşım ortaya koyduklarını belirten Seits, “Kapsit içinde verimli bir şekilde kapsüllenen kullanıcı tanımlı DNA origami nanoyapılarını, bağlanma ve montaj platformları şeklinde kullanarak kapsit şekli, boyutu ve topolojisi üzerinde kontrol elde ediyoruz. Ayrıca, elde edilen viral kapsit kaplamaları, kapsüllenmiş DNA origamisini bozulmaya karşı koruma potansiyeline sahip. Bunun yanı sıra yaklaşımımız tek bir kapsomer (kapsitin bir alt birimi) türüyle sınırlı değil ve yeni nesil kargo koruma ve hedef belirleme stratejilerinin önünü açmak için RNA-DNA origami yapılarına da uygulanabiliyor” açıklamalarında bulundu.

Kaynak: https://www.synbiobeta.com/read/virus-particles-get-a-bioengineered-makeover

Ames Ulusal Laboratuvarı’ndan Yaroslav Mudryk liderliğindeki bir grup bilim insanı, kritik element içermeyen kalıcı mıknatıs malzemeleri keşfetmek için yeni bir makine öğrenimi modeli geliştirdi. Yeni malzeme kombinasyonlarının Curie sıcaklığını (demir, nikel, kobalt gibi manyetik malzemelerin özelliğini kaybettiği sıcaklık) tahmin eden model, termodinamik olarak kararlı nadir toprak malzemelerini keşfetmeye yardımcı oluyor.

Günümüzde yüksek performanslı mıknatıslar, rüzgar enerjisi ve verilerin depolanması gibi teknolojiler için gereklidir ve bu mıknatıslar, kobalt kritik elementlerinin yanı sıra neodim ve disprosyum nadir toprak elementlerini içerir. Yüksek oranda talep edilen bu malzemelerin ulaşılabilirliği ise oldukça sınırlıdır. Bu durum, araştırmacıları kritik malzemeleri azaltılmış yeni manyetik malzemeler tasarlamanın yollarını bulmaya teşvik etti; Yaroslav Mudryk ve ekibi de kritik elementler gerektirmeyen yeni kalıcı mıknatıs malzemeleri bulmak için bir makine öğrenme modeli geliştirdiler. Yeni materyaller keşfetmek zorlu bir faaliyettir çünkü arama geleneksel olarak pahalı ve zaman alıcı olan deneylere dayanmaktadır.

Geliştirilen model sayesinde manyetizmayı korumada çok önemli olan potansiyel malzemelerin Curie sıcaklığını tahmin etmek için makine öğrenimini kullanıldı ve potansiyel olarak zaman ve kaynak tasarrufu sağlandı. Modeli seryum, zirkonyum ve demir gibi bileşikler üzerinde test eden ekip, Curie sıcaklıklarını tahmin etmede başarılı olduklarını ve yeni kalıcı mıknatıslar tasarlamaya yönelik önemli bir adım attıklarını gördüler. Bu başarı, gelecekteki teknolojik uygulamalar için yeni kalıcı mıknatıslar yaratmada önemli bir ilk adım oldu.

Modeli test etmek için, seryum, zirkonyum ve demir bazlı bileşikler kullanılması fikrini öneren ekip üyesi Andriy Palasyuk; yeryüzünde bol miktarda bulunan elementlere dayanan bilinmeyen mıknatıs malzemelerine odaklanmalarını istemişti. Palasyuk, “Bir sonraki süper mıknatıs sadece performansta mükemmel olmamalı, aynı zamanda bol miktarda yerli bileşene de dayanmalıdır” önerisiyle çalışmaların hız kesmeden devam edeceği mesajını verdi.

Kaynak: https://phys.org/news/2023-09-ai-magnetic-materials-critical-elements.html

Tokyo Teknoloji Enstitüsünde çalışan Profesör Takafumi Ueno liderliğinde gerçekleşen çığır açıcı bir çalışmada araştırmacılar, olağanüstü katalitik özelliklere sahip hibrit katı katalizörler oluşturmak için hücre içi mühendisliğin gücünden yararlandı. Protein kristallerinden türetilen bu katalizörler, yapay fotosentez için büyük umut vaat ediyor ve sürdürülebilir enerji üretimi için potansiyel çözümler sunuyor.

Protein kristalleri, normal kristaller gibi çeşitli özelliklere ve büyük bir özelleştirme potansiyeline sahip iyi düzenlenmiş moleküler yapılar olarak dikkat çekiyor. Onları diğerlerinden ayıran şey, hücresel malzemelerden kendiliğinden bir araya gelme konusundaki doğal yetenekleri, bu da sentez maliyetlerini ve çevresel etkiyi önemli ölçüde azaltıyor.

Bununla birlikte, mevcut metodolojiler bu kristallere yalnızca küçük moleküllerin ve temel proteinlerin bağlanmasını sınırlayarak, enzim immobilizasyonu alanında kullanılmamış büyük bir potansiyel bırakıyor. Bu sınırlamayı gidermek için Profesör Takafumi Ueno liderliğindeki Tokyo Tech araştırma ekibi, yapay fotosenteze yönelik hibrit katı katalizörler üretmek için hücre içi mühendisliği basit bir in vitro(laboratuvar ortamında ya da yapay koşullarda) işlemle birleştiren yenilikçi bir strateji tasarladı.

Bu çığır açan katalizörlerin temeli, ipek böceklerini enfekte eden bir virüsten elde edilen bir protein monomerinde yatmaktadır. Araştırmacılar, bu proteinden sorumlu geni Escherichia coli bakterisine dahil ederek , N-terminal a-sarmal (H1) etkileşimleri yoluyla kendiliğinden stabil çokyüzlü kristallere (PhC’ler) dönüşen trimerlerin oluşumunu teşvik etti. Ekip daha sonra mayadan alınan format dehidrojenaz (FDH) geninin değiştirilmiş bir versiyonunu sunarak bunu bir adım daha ileri götürdü ve H1 terminallerine sahip FDH enzimlerinin üretimine yol açtı. Bu da bakteri hücrelerinde dikkate değer hibrid H1-FDH@PhC kristallerinin ortaya çıkmasına neden oldu.

Araştırmacılar, sonikasyon ve gradyan santrifüjlemeyi içeren ustaca bir ekstraksiyon süreci aracılığıyla hibrit kristalleri E. coli bakterisinden başarıyla aldı. Bir sonraki adım, kristallerin yapay bir ışığa duyarlılaştırıcı olan eozin Y (EY) içeren bir çözeltiye batırılmasını içeriyordu. EY moleküllerini barındırabilen merkezi bir kanalla donatılmış genetiği değiştirilmiş protein monomerleri, EY’nin hibrit kristallere stabil bağlanmasını kolaylaştırarak önemli miktarlarda kompleks elde edilmesini sağladı.

Başarılı bir şekilde ilerletilen sürecin sonucunda araştırma  ekibi, fotosentezi taklit ederek ışığa maruz kaldığında karbondioksiti (CO2) formata (HCOO-) dönüştürebilen oldukça aktif, geri dönüştürülebilir ve termal olarak kararlı EY-H1-FDH@PhC katalizörleri üretmeyi başardı. Sürecin tamamı ele alındığında ise yapılan bu çalışma, biyomühendisliğin karmaşık işlevsel malzemelerin sentezini kolaylaştırma potansiyelini ortaya koydu.

Araştırma ayrıca, sürdürülebilir enerji üretiminin ve çevresel etkinin azaltılmasının önünü açabilecek yenilikçi çözümler sunarak daha yeşil bir gelecek için umut vaat ediyor.

Kaynak: https://phys.org/news/2023-07-artificial-photosynthesis-protein-crystals-bacteria.html

Penn State liderliğindeki uluslararası araştırmacılar, Amerika Birleşik Devletleri Enerji Bakanlığı’nın da desteklediği çalışma kapsamında ferroelektrik polimer geliştirerek elektrik enerjisini verimli bir biçimde mekanik gerilime dönüştürdü.

Elektrik enerjisini mekanik gerinimlere dönüştürmede son derece iyi olan yeni bir ferroelektrik polimer türü, tıbbi cihazlarda, gelişmiş robotlarda ve hassas konumlandırma sistemlerinde uygulamalar için büyük potansiyele sahip yüksek performanslı bir hareket kontrolörü veya “aktüatör” olarak umut vaat ediyor.

Cisimlerin uygulanan dış kuvvetlere karşı nasıl şekil değiştirdiği ve tepki gösterdiği anlamına gelen mekanik gerilme, elektrik enerjisi benzeri uygulanan harici bir kuvvetle değişecek veya deforme olacak herhangi bir malzeme olan aktüatör için önemli bir özelliktir. Aktüatör malzemeleri  aslında  serttir fakat ferroelektrik polimerler gibi yumuşak aktüatörler daha yüksek esneklik ve çevresel uyuma sahiptir.Araştırma sayesinde gelişmiş gerinim performansı ve mekanik enerji yoğunluğuna sahip yumuşak aktüatörlerin geliştirilmesi için umut verici bir sonuca ulaşıldı. Çünkü yumuşak aktüatörler güç ve esneklikleri sayesinde özellikle robotik araştırmacılarının ilgisini çeken bir madde olarak tercih ediliyor. Potansiyel olarak artık yapay kas olarak adlandırılan bir tür yumuşak robotiğe sahip olunabilmesi, insan kasına yakın bir malzeme olarak kullanılmasına olanak tanıyacak.

Bununla birlikte, bu malzemelerin vaatlerini yerine getirebilmeleri için aşılması gereken birkaç engel bulunmakta  ancak çalışmada bu engellere potansiyel çözümler önerilmektedir.  Ferroelektrikler, harici bir elektrik yükü uygulandığında ve malzemelerdeki pozitif ve negatif yükler farklı kutuplara yöneldiğinde kendiliğinden elektrik polarizasyonu gösteren bir malzeme sınıfıdır. Faz geçişi sırasında bu malzemelerdeki gerilim, elektrik enerjisinin mekanik enerjiye dönüştürülmesi gibi özellikleri tamamen değiştirebilir ve aktüatörler olarak kullanışlı hale getirebilir. Penn State Malzeme bilimi ve Mühendisliği Profesörü Qing Wang’e göre; ‘’Potansiyel olarak artık yapay kas olarak adlandırdığımız bir tür yumuşak robotiğe sahip olabiliriz.’’ Ancak yine de araştırmacılar, birkaç adımın daha kaldığı görüşündeler.

Kaynak: https://scitechdaily.com/artificial-muscles-flex-for-the-first-time-ferroelectric-polymer-innovation-in-robotics/?expand_article=1