nanomaddeler
Kaynak: Frank Mickoleit

Manyetik Bakteriler: Biyolojik Modülden Nanomaddeler

Manyetik bakteriler, dünyanın en küçük pusula iğneleri olup kişiye özel niteliklerle ufak zerreler üretir. Parçacıklar kontrast maddesi, manyetik sensör veya aktif madde paneli olmaya elverişlidir.

Manyetik zerreler sayısız, teknik ve tıbbi uygulamalar için büyük bir potansiyele sahiptir. Ayrıca katalizör, sensör, aktif madde araçları ve tıbbi görüntülemede kontrast maddesi olmaya elverişlidir. Bundan dolayı birçok bilim insanı, bu gibi parçacıkları çeşitli bedenlerde ve uygun niteliklerle üretmeyi deniyor. Bayreuth Üniversitesi’ndeki mikrobiyoloji grubu garip bir yol izledi. Dirk Schüler ile çalışan araştırmacılar, manyetik nanopartikülleri üretmek için belirli bakterileri kullandı. Mikroorganizmaları Petri kabında veya bir biyoreaktörde büyüdüklerinde nanopartikülleri kendileri oluşturacak şekilde genetik olarak programladılar.

Schüler ve meslektaşları Frank Mickoleit ve Clarissa Lanzloth, deneyleri için Magnetospirillum gryphiswaldense* cinsi bakterileri kullanıyor. Bu mikroplar, en tanınmış manyeto-taktik bakteriler olarak sayılır. Denizcilerin standart envanteri, hücre iç kısımlarında zincir şeklinde düzenlenmiş demir oksitten yapılmış küçük nanokristalleri içerir. Böylece, mikroorganizmaların kendilerini Dünya’nın manyetik alanının Vanhand’ı olarak yönlendirebilecekleri bir tür pusula iğnesi vardır.

Özel Görevler İçin Bağlayıcı Proteinler

Manyetik nanokristallerin ve ayrıca “manyetozomlar” olarak bilinen, boyutu sadece 30 ve 50 nanometre ve çeşitli proteinler gömülü lipidlerin bir membran kabuğu var. Bilim adamları bu protein moleküllerini fonksiyonel birimleri ve biyokimyasal olarak aktif grupları manyetozomlara bağlamak için dayanak noktası olarak kullanıyor. Sonuç neredeyse tek düze boyutta çok fonksiyonlu manyetik parçacıklar olarak olacaktır.

Bayreuth araştırmacılarının yöntemi membran proteinlerinin biyosentezinden sorumlu genlerle başlar. Bakterilerin genetik materyali özellikle diğer organizmaların genleri ile değiştirilmiştir. Bu şekilde yeniden programlanan manyetospirrillum bakterileri, membran kabuklarında ek fonksiyonel gruplar taşıyan manyetozomlar üretirler.

Bayreuth araştırmacıları deneyleri için dört farklı bağlayıcı proteini seçmiş ve aynı anda modüler prensibe göre tamamen farklı dört grupla donattı. Bunlar arasında diyabet test şeritlerinde biyoteknolojik şeker sensörü olarak uygulanan glukoz oksidaz enzimi ve ultraviyole ışık altında yeşili aydınlattığı ve böylece manyetik parçacıkların uzamsal dağılımını gösterebildiği için biyoteknolojide haber verici olarak sıklıkla kullanılan yeşil floresan protein yer almaktadır.

Biyouyumlu Parçacıklar Birçok Şekilde Kullanılabilir

Bayreuth’taki mikrobiyologlar başka bir enzimi manyetozomlara bağladı. Bu enzim, bir antikordur ve kolayca tespit edilebilir – ayrıca “nanokaro” olarak da adlandırılır. Bu parça sayesinde parçacıklar hidrojel bazlı bir matrisin içine dahil edilebilir. Bununla birlikte manyetik nanopartiküllerin taşıyıcı bir malzemeye bağlı olduğu ve kullanımının daha kolay olduğu anlamına gelir.

Araştırmacıların Small Dergisi’nde yazdığı gibi, genetik mühendislik süreci yüksek derecede seçicilik ve kontrol edilebilirlik ile karakterizedir. Konvansiyonel kimyasal bağlantı yöntemleri kadar verimli olmaktan uzaktır. Bilim adamları ayrıca, genetik yeniden programlama metotlarının da çok çeşitli olasılıkları açtığını söyledi. Zarf zarında çok farklı yararlı fonksiyonlar birbiriyle kombine edilebilir. Örneğin, bir örümcek ipek proteini, membran ve insan bağışıklık hücrelerini uyarmak için bir proteinle birleşmeye uğrarken test edildi. Manyetik özellikleri nedeniyle, bakterilerden arındırılmış nanotanecikler, kolayca izole edilebilir ve temizlenebilir.

Çalışmalar manyetik nanotaneciklerin biyouyumlu olduğunu göstermiştir. Sonuç olarak, parçacıklar gelecekte biyotıpta kullanılabilir – örneğin, manyetik rezonans tomografisinde kontrast madde veya tanılamada manyetik sensör olarak. Nanotanecikler gelecekte kanser hücrelerini tespit edilmesine yardımcı olabilir. Biyoreaktör sistemleri de kullanılmaktadır. Manyetik nanopartiküller küçük katalizörler ile donatılmış olarak mevcutsa özellikle bu amaç için uygun olacaktır. O zaman karmaşık biyokimyasal süreçleri tetikleyebilirler.

* Magneto-spirillum gryphiswaldense: Magneto-spirillum gryphiswaldense, gram-negatif, hareketli ve mikroaerofil alfa proteobakteridir.

Yazar: Uta Bilow

Kaynak: FAZ