Paylaşım Yap
Tüm Reklamları Kapat
Tüm Reklamları Kapat

Hücrelerden Üretilen Yaşayan Hesap Makineleri!

Hücrelerden Üretilen Yaşayan Hesap Makineleri! Genetic Literacy Project
5 dakika
1,336
Tüm Reklamları Kapat

MIT mühendisleri üç ya da daha az genetik parça kullanarak bakteri hücrelerini bölme yapabilen, logaritma ya da karekök alabilen canli hesap makinelerine dönüştürmeyi başardılar.

Analog elektronik devrelerinin çalışma ilkelerinden esinlenen araştırmacılar var olan genetik “parçaları” ya da tasarlanmış genleri yeni şekillerde birleştirerek yapay hesap devreleri oluşturdular. Devreler bu hesaplamaları sayısal mantık ilkeleri kullanmak yerine hücrede halihazırda var olan doğal biyokimyasal fonksiyonlardan yararlanarak analog yöntemlerle gerçekleştiriyorlar. 15 Mayıs 2013 tarihli Nature dergisinin internet sayısında yayınlanan ve devreleri anlatan makalenin iki kıdemli yazarı Rahul Sarpeshkar ve Timothy Lu'ya göre bu da onları birçok sentetik biyoloğun üzerinde çalıştığı sayısal devrelerden daha verimli kılıyor. MIT'de Elektrik Mühendisliği ve Bilgisayar Bilimleri doçenti ve Analog Devreler ve Biyolojik Sistemler grubunun lideri Sarpeshkar şunları söylüyor:

Tüm Reklamları Kapat

Analog sistemde aralıksız bir sayı kümesini hesaplarsınız, bu da her şeyin yalnızca siyah ve beyaz olmadığı fakat grinin tonlarının da bulunduğu anlamına gelir.

Araştırmacılar analog hesaplamanın özellikle patojenler ve diğer moleküller için hücre algılayıcıları tasarımlamada yararlı olacağını söylüyorlar. Analog algılamanın sayısal devrelerle de birleştirilerek kimi moleküllerin bir eşik konsantrasyon değerini geçmeleri halinde tetiklenip belirli bir işlev yerine getiren hücreler tasarlamakta da kullanılabilineceği düşünülüyor. Elektrik Mühendisliği ve Bilgisayar Bilimleri ile Biyomühendislik dallarında doçent yardımcısı Lu şunları ekliyor:

Analog devreler oldukça zengin ve birkaç küçük parça ile yeterli karmaşıklık elde edilebiliyor. Bu sayede bunlarla birçok on algılama işlevini yerine getirebiliyor ve sonucu 'bu doğru mu, değil mi?' şeklinde bir karar veren bir başka devreye yönlendirebiliyoruz.

Nature dergisindeki makalenin bas yazarı MIT'de doktora sonrası araştırmacı olarak çalışan Ramiz Daniel. Mikrobiyoloji doktora öğrencisi Jacob Rubens de makalenin bir başka yazarı.

Tüm Reklamları Kapat

Analogun Yararları

Sarpeshkar bundan önce de analog transistör devreleri ile hücrelerin içindeki kimyasal devreler arasında bazı termodinamik benzerlikler belirlemiş. 2011 yılında bu benzerliklerden yararlanıp sadece sekiz transistör kullanarak DNA ile proteinler arasındaki etkileşimleri bir elektronik devrede modellemiş.

Nature dergisindeki bu yeni makalede Sarpeshkar, Lu ve meslektaşları bunun tam tersini, yani analog elektronik devreleri hücrelerde gerçekleştirme isini başarıyorlar. Sarpeshkar biyolojide gereken orta derece hassaslıktaki hesaplamalar için analog yöntemlerin sayısal olanlara göre daha verimli olduğunu uzunca bir süredir savunuyor. Analog devrelerin verimliliği aralıksız değerleri girdi olarak alabilmelerinden ve hücrelerde doğal olarak bulunan analog hesaplama fonksiyonlarını kullanabilmelerinden kaynaklanıyor. Hücreler için bu aralıksız girdi değeri ortamdaki glükoz miktarı olabilirken transistörlerde bu aralıksız gerilim ya da akım değerlerine karşılık geliyor.

Sayısal devreler ise her değeri yalnızca bir ya da sıfır olarak temsil edip aradaki olasılıkları gözardı ediyorlar. Bu, birçok sentetik biyoloğun yaptığı gibi hücrelerin içinde VE, VEYA ve DEĞİL gibi mantık işlevleri gören devreler gerçekleştirmek için yararlı olabilir. Bu devreler herhangi bir molekülün belli bir esik değerinde olup olmadığını belirleyebilirler, ancak kesin değerini veremezler.

Evrim Ağacı'ndan Mesaj

Sayısal devreler aynı zamanda çok daha fazla parçaya gereksinim duyar, bu da onları barındıran hücrenin enerjisini tüketebilir. Sarpeshkar der ki:

Bir işlevi gerçekleştirmek için çok fazla parça kullanırsanız hücrenin protein sentezi için enerjisi kalmayacaktır.

İşlemin Yapılışı

Hücredeki iki ya da daha çok bileşenin toplam miktarını hesaplayabilen analog toplama ya da çarpma devreleri yaratabilmek için araştırmacılar her biri farklı bir girdiye tepki veren iki değişik devreyi birleştirmişler. Devrelerden birinde arabinoz adli bir seker bir kayıt etkenini uyarıyor, bu etken de yeşil flüoresan proteinini (GFP) kodlayan bir geni harekete geçiriyor. İkincisinde ise AHL adıyla bilinen bir işaret molekülü yine GFP üreten bir geni uyarıyor. Toplam GFP miktarı ölçüldüğünde iki girdinin toplam değeri de hesaplanmış oluyor.

Çıkarma ya da bölme için araştırmacılar uyarıcı kayıt etkenlerinden birini girdi molekülünün varlığında GFP üretimini durduran bir bastırıcı ile değiştirmişler. Grup sadece iki parçadan oluşan bir karekök alma devresi de gerçekleştirmiş. Buna karşılık yakin zamanda yayınlanan sayısal tabanlı bir sentetik devre karekök alabilmek için yüzden fazla parçaya gereksinim duymuş. Sarpeshkar şöyle diyor:

Analog hesaplama çok verimlidir. Benzer düzeyde sayısal devreler oluşturmak için çok daha fazla sayıda genetik parça gereklidir.

Grubun devrelerinden bir başkası iki değişik molekülün oranını hesaplayarak bölme işlemini gerçekleştiriyor. Hücreler sıklıkla bu hesaplamaları kendileri de yapıyorlar, zira bu örneğin NAD ve NADH molekülleri gibi diğer hücre tepkimelerine yardim ederken birbirlerine dönüştürülen moleküllerin göreceli konsantrasyonlarını belirlemede kritik olabiliyor. Lu şunları ekliyor:

Bu oran birçok hücre surecinin denetlenmesinde oldukça önemli ve hücrede bu oranları tanıyabilen enzimler doğal olarak bulunuyor. Hücreler bunların birçoğunu zaten kendi başlarına da yapabiliyorlar, ancak onlara bunu yararlı bir aralıkta yaptırabilmek fazladan mühendislik gerektiriyor.

Bu fazladan mühendislik devreleri 1 ile 10,000 arası gibi hücre devrelerinde doğal olarak görülen girdi değerlerinden çok daha geniş bir aralığı hesaplayabilecek şekilde değiştirmeyi gerektirmiş. Araştırma ekibinde yer almayan Washington Üniversitesi elektrik mühendisliği ve biyolojik mühendislik doçenti Eric Klavins'in yorumu şöyle:

Tüm Reklamları Kapat

Elektrik mühendisliği ilkelerinin sentetik biyolojiye bu denli öz ve zarif şekilde uygulanabildiğini görmek oldukça hoş.

Araştırmacılar şimdilerde memeli hücreleri de dahil bakteriyel olmayan hücrelerde analog devreler elde etmeye uğraşıyorlar. Ayni zamanda devrelere dahil edilebilecek genetik malzeme çeşitlerini de arttırmak üzerine çalışıyorlar. Lu şöyle tamamlıyor sözlerini:

Şu anda biyolojide en çok kullanılan üç kayıt etkenini kullanabiliyoruz ancak bunu başka parçalarla da gerçekleştirip platformumuzu genelleştirilebilir hale dönüştürmek istiyoruz ki herkes kullanabilsin.

Laboratuvarında yeni analog devrelerin inşası üzerine çalışmaların sürdüğü Sarpeshkar'in son sözleri ise şöyle:

Gelişmiş analog geri besleme devrelerinin canlı hücrelerinde yapabilecekleri konusunda daha çok başlangıçtayız.

"Analog sentetik biyoloji" olarak adlandırdığı yeni yaklaşımın gen ifadesi, moleküler algılama, hesaplama ve uyarma işlemlerinin hassas denetimini çok daha kolaylaştıracak temel ve uygulamalı devreleri oluşturabileceğine inanıyor Sarpeshkar. Bu araştırmanın mali kaynağı MIT Lincoln Laboratuvarı, Denizcilik Araştırma Ofisi ve Ulusal Bilim Vakfı tarafından sağlanmış.

Bu Makaleyi Alıntıla
Okundu Olarak İşaretle
0
0
  • Paylaş
  • Alıntıla
  • Alıntıları Göster
Paylaş
Sonra Oku
Notlarım
Yazdır / PDF Olarak Kaydet
Bize Ulaş
Yukarı Zıpla

İçeriklerimizin bilimsel gerçekleri doğru bir şekilde yansıtması için en üst düzey çabayı gösteriyoruz. Gözünüze doğru gelmeyen bir şey varsa, mümkünse güvenilir kaynaklarınızla birlikte bize ulaşın!

Bu içeriğimizle ilgili bir sorunuz mu var? Buraya tıklayarak sorabilirsiniz.

Soru & Cevap Platformuna Git
Bu İçerik Size Ne Hissettirdi?
  • Mmm... Çok sapyoseksüel! 1
  • Muhteşem! 0
  • Tebrikler! 0
  • Bilim Budur! 0
  • Güldürdü 0
  • İnanılmaz 0
  • Umut Verici! 0
  • Merak Uyandırıcı! 0
  • Üzücü! 0
  • Grrr... *@$# 0
  • İğrenç! 0
  • Korkutucu! 0
Kaynaklar ve İleri Okuma
  1. Çeviri Kaynağı: MIT | Arşiv Bağlantısı
Tüm Reklamları Kapat

Evrim Ağacı'na her ay sadece 1 kahve ısmarlayarak destek olmak ister misiniz?

Şu iki siteden birini kullanarak şimdi destek olabilirsiniz:

kreosus.com/evrimagaci | patreon.com/evrimagaci

Çıktı Bilgisi: Bu sayfa, Evrim Ağacı yazdırma aracı kullanılarak 19/03/2024 12:04:40 tarihinde oluşturulmuştur. Evrim Ağacı'ndaki içeriklerin tamamı, birden fazla editör tarafından, durmaksızın elden geçirilmekte, güncellenmekte ve geliştirilmektedir. Dolayısıyla bu çıktının alındığı tarihten sonra yapılan güncellemeleri görmek ve bu içeriğin en güncel halini okumak için lütfen şu adrese gidiniz: https://evrimagaci.org/s/1911

İçerik Kullanım İzinleri: Evrim Ağacı'ndaki yazılı içerikler orijinallerine hiçbir şekilde dokunulmadığı müddetçe izin alınmaksızın paylaşılabilir, kopyalanabilir, yapıştırılabilir, çoğaltılabilir, basılabilir, dağıtılabilir, yayılabilir, alıntılanabilir. Ancak bu içeriklerin hiçbiri izin alınmaksızın değiştirilemez ve değiştirilmiş halleri Evrim Ağacı'na aitmiş gibi sunulamaz. Benzer şekilde, içeriklerin hiçbiri, söz konusu içeriğin açıkça belirtilmiş yazarlarından ve Evrim Ağacı'ndan başkasına aitmiş gibi sunulamaz. Bu sayfa izin alınmaksızın düzenlenemez, Evrim Ağacı logosu, yazar/editör bilgileri ve içeriğin diğer kısımları izin alınmaksızın değiştirilemez veya kaldırılamaz.

Kategoriler ve Etiketler
Tümünü Göster
Tüm Reklamları Kapat
Keşfet
Akış
İçerikler
Gündem
Bellek
Genel Görelilik
Maske Takmak
İklim Değişikliği
Bilim İnsanları
Kök Hücre
Antibiyotik
Mers
Araştırmacılar
Nükleer Enerji
Evrim Ağacı
Böcek Bilimi
Çekirdek
Siyah
Avcı
Temel
Gıda Güvenliği
Uterus
Çevre
Amerika Birleşik Devletleri
Çiçek
Film
Karar Verme
Kuş
Demir
Aklımdan Geçen
Komünite Seç
Aklımdan Geçen
Fark Ettim ki...
Bugün Öğrendim ki...
İşe Yarar İpucu
Bilim Haberleri
Hikaye Fikri
Video Konu Önerisi
Başlık
Gündem
Bugün Türkiye'de bilime ve bilim okuryazarlığına neler katacaksın?
Bağlantı
Kurallar
Komünite Kuralları
Bu komünite, aklınızdan geçen düşünceleri Evrim Ağacı ailesiyle paylaşabilmeniz içindir. Yapacağınız paylaşımlar Evrim Ağacı'nın kurallarına tabidir. Ayrıca bu komünitenin ek kurallarına da uymanız gerekmektedir.
1
Bilim kimliğinizi önceleyin.
Evrim Ağacı bir bilim platformudur. Dolayısıyla aklınızdan geçen her şeyden ziyade, bilim veya yaşamla ilgili olabilecek düşüncelerinizle ilgileniyoruz.
2
Propaganda ve baskı amaçlı kullanmayın.
Herkesin aklından her şey geçebilir; fakat bu platformun amacı, insanların belli ideolojiler için propaganda yapmaları veya başkaları üzerinde baskı kurma amacıyla geliştirilmemiştir. Paylaştığınız fikirlerin değer kattığından emin olun.
3
Gerilim yaratmayın.
Gerilim, tersleme, tahrik, taciz, alay, dedikodu, trollük, vurdumduymazlık, duyarsızlık, ırkçılık, bağnazlık, nefret söylemi, azınlıklara saldırı, fanatizm, holiganlık, sloganlar yasaktır.
4
Değer katın; hassas konulardan ve öznel yoruma açık alanlardan uzak durun.
Bu komünitenin amacı okurlara hayatla ilgili keyifli farkındalıklar yaşatabilmektir. Din, politika, spor, aktüel konular gibi anlık tepkilere neden olabilecek konulardaki tespitlerden kaçının. Ayrıca aklınızdan geçenlerin Türkiye’deki bilim komünitesine değer katması beklenmektedir.
5
Cevap hakkı doğurmayın.
Bu platformda cevap veya yorum sistemi bulunmamaktadır. Dolayısıyla aklınızdan geçenlerin, tespit edilebilir kişilere cevap hakkı doğurmadığından emin olun.
Ekle
Soru Sor
Sosyal
Yeniler
Daha Fazla İçerik Göster
Popüler Yazılar
30 gün
90 gün
1 yıl
Evrim Ağacı'na Destek Ol

Evrim Ağacı'nın %100 okur destekli bir bilim platformu olduğunu biliyor muydunuz? Evrim Ağacı'nın maddi destekçileri arasına katılarak Türkiye'de bilimin yayılmasına güç katın.

Evrim Ağacı'nı Takip Et!
Yazı Geçmişi
Okuma Geçmişi
Notlarım
İlerleme Durumunu Güncelle
Okudum
Sonra Oku
Not Ekle
Kaldığım Yeri İşaretle
Göz Attım

Evrim Ağacı tarafından otomatik olarak takip edilen işlemleri istediğin zaman durdurabilirsin.
[Site ayalarına git...]

Filtrele
Listele
Bu yazıdaki hareketlerin
Devamını Göster
Filtrele
Listele
Tüm Okuma Geçmişin
Devamını Göster
0/10000
Bu Makaleyi Alıntıla
Evrim Ağacı Formatı
APA7
MLA9
Chicago
S. Ayöz, et al. Hücrelerden Üretilen Yaşayan Hesap Makineleri!. (27 Ocak 2014). Alındığı Tarih: 19 Mart 2024. Alındığı Yer: https://evrimagaci.org/s/1911
Ayöz, S., Bakırcı, Ç. M. (2014, January 27). Hücrelerden Üretilen Yaşayan Hesap Makineleri!. Evrim Ağacı. Retrieved March 19, 2024. from https://evrimagaci.org/s/1911
S. Ayöz, et al. “Hücrelerden Üretilen Yaşayan Hesap Makineleri!.” Edited by Çağrı Mert Bakırcı. Translated by Suat Ayöz, Evrim Ağacı, 27 Jan. 2014, https://evrimagaci.org/s/1911.
Ayöz, Suat. Bakırcı, Çağrı Mert. “Hücrelerden Üretilen Yaşayan Hesap Makineleri!.” Edited by Çağrı Mert Bakırcı. Translated by Suat Ayöz. Evrim Ağacı, January 27, 2014. https://evrimagaci.org/s/1911.
ve seni takip ediyor

Göster

Şifrenizi mi unuttunuz? Lütfen e-posta adresinizi giriniz. E-posta adresinize şifrenizi sıfırlamak için bir bağlantı gönderilecektir.

Geri dön

Eğer aktivasyon kodunu almadıysanız lütfen e-posta adresinizi giriniz. Üyeliğinizi aktive etmek için e-posta adresinize bir bağlantı gönderilecektir.

Geri dön

Close