Genetically-tunable morphology and mechanical properties of bacterial functional amyloid nanofibers

Doğa tarafından kullanılan malzeme sistemlerinin yüksek derecede dinamik davranışı, onları sert çevre koşullarına karşı sürdürülebilirlik ve direnç gösteren yeni nesil biyomalzemeler olarak kullanmak adına gerçekleştirilen araştırma çabalarını ortaya çıkarmaktadır. Son yıllarda fonksiyonel protein temelli yapılar yoğun olarak araştırılmaya başlanmıştır. Bunlar arasında, bakteriyel biyofilmler; hücreler, çeşitli karbonhidratlar ve hücre dışı proteinler içeren iyi derecede organize edilmiş, hiyerarşik, dinamik materyal sistemleri olarak ortaya çıkmaktadır. Bakteriyel biyofilmlerin; kimyasal, fiziksel ve biyolojik ajanlar tarafından yol açılabilecek çeşitli bozulmalara karşı dirençli oldukları bilinmektedir. Bu etkileyici nitelikler, bakteriyel biyofilmleri yeni nesil biyomalzemeler için potansiyel adaylar haline getirmektedir. Yukarıda belirtilen düşüncelerden yola çıkarak; bu M.S. tezinde, atomik kuvvet mikroskobu (AFM) ile gerçekleştirilen görüntüleme ve kuvvet spektroskopisi deneyleri vasıtasıyla, Escherichia coli (E. coli)'nin bakteriyel amiloid nanofiberlerinden oluşan biyofilm yapılarının morfolojik ve mekanik özellikleriyle ilgili (Young modülü açısından) kapsamlı bir araştırma sunuyoruz. Biyofilm nanofiber Young modüllerinin ve morfolojilerinin genetik yapıya dayanarak karşılaştırılmalarını sağlayan farklı E. Coli mutantlarının oluşturulması amacıyla genetik mühendisliğinden alınan teknikleri kullandık. Özellikle, biyofilm nanofiberlerinin birden fazla kontrollü versiyonuna sahip olmak adına, bakteriyel amiloid proteinleri oluşturan majör (CsgA) ve minör (CsgB) proteinlerin genetik ifadesini, belirli aminoasit etiketlerinin opsiyonel olarak eklenmesiyle ayarladık. Numuneler hazırlandıktan sonra, tüm deneyler boyunca kullanılacak olan tek bir AFM ucunu ölçülendirdik ve genetik olarak farklı biyofilm amiloid nanofiberleri arasındaki morfolojik farklılıkları derinlemesine incelemek adına temaslı kipte görüntüleme ölçümleri gerçekleştirdik. Buna ek olarak, kuvvet spektroskopisi eğrileri elde etmek adına nano-indentasyon deneyleri gerçekleştirdik. Elde edilen veriden mekanik rijitliği çıkarmak amacıyla, hassas bir işleme rutini geliştirdik. Ayrıca, nihai protein yapısının mekanik özelliklerinin genetik bağımlılığını ortaya çıkarmak için rijitlik değerlerini istatistiksel olarak karşılaştırdık. İşleme rutini, ayrıca, alt taşın mekanik rijitlik ölçümleri üzerindeki etkisini de tespit edebildi. Bu tezde sunulan deneysel sonuçlar, bakteriyel amiloid nanofiberlerin mekanik ve morfolojik özelliklerinin rasyonel olarak ayarlanmasında genetik mühendisliğinin kullanımının yolunu açmakta ve böylece yeni nesil biyomalzeme olarak oynayabilecekleri kritik rolü vurgulamaktadır.