Genetically designed microbes for bioimaging and biosensing

Mikroorganizmaların aktif hareketliliği ve kendiliğinden ilerleme özelliklerinin yanı sıra, çok işlevli aktiviteler kazanabilmeleri biyomühendislik ile kolayca yapılabileceğinden biyo-görüntüleme ve biyosenör uygulamalarında kullanılması avantajlı bir yaklaşım sunmaktadır. Ortaya çıkan gelişmeler, mikroorganizmaların, hastalık teşhis ve tedavisinde terapötik ajanlar olarak kullanımını içermektedir. Habitatın dinamik yapısı, mikroorganizmaları hayatta kalmaları için özel biyo-işlevsellikler geliştirerek değişen yaşam koşullarına uyum sağlamaya zorlar. Bu nedenle, fonksiyonel materyaller üreten canlı mikroorganizmalar, bir hastalık biyobelirteci molekülünün tespiti ve kanser teşhisindeki büyük ihtiyacı karşılamak üzere benzersiz potansiyele sahip biyo-hibrit bir sistem olarak görev görmektedir. Disiplinlerarsı bir bilim alanı olan sentetik biyoloji yaklaşımı, mikroorganizmaları mevcut doğal yolları yeniden tasarlamak ve düzenlemek için olanak vererek istenilen işlevin kazanılmasını sağlar. Demir oksit materyallerinin doğadaki biyomineralizasyon yolağından ilham alarak, anti-tümör etkisindeki potansiyeli göz önünde bulundurulduğunda, kolay modifikasyon, stabilite ve manyetik özellikleri nedeniyle talep görmektedir. Ayrıca, belirli solunum mekanizmalarına sahip elektro-kimyasal olarak aktif mikropların, redoks tabakalı ortamlarda hayatta kalmaları için çeşitli inorganik ve organik moleküllerin solunumunu mümkün kılar. Elektrotlarla elektron alışverişi yapma yeteneği, mikrobiyal yakıt hücreleri oluşturma, elektro-fermantasyon ve elektro-genetik gibi çeşitli biyoteknolojik uygulamalara olanak sağlar. Bu tezde, mikroplar biyo-görüntüleme ve biyosensör uygulamalarında kullanılmak üzere tasarlanmıştır. İlk olarak, MRI taramasında kontrast ajanı olarak kullanılmak üzere hücre içinde ve hücre dışında manyetit biriktiren, kanser teşhisi için umut vadeden Escherichia coli bakteriyel hücre makineleri oluşturulmuştur. İkinci olarak, sentetik olarak üretilen proteinler aracılığı ile sitoplazmalarında gerçekleşen tüm redoks reaksiyonlarına sahip hücre içi manyetit biriktiren bakteri hücreleri, hücre yüzeyinde belirli bir nanobody proteini göstererek meme kanseri tümör hücrelerine yönelik hedefleme davranışlarını geliştirmek amacıyla tasarlanmıştır. Üçüncü olarak, hedeflenen alıcılar tarafından kablosuz biyoizleme uygulamaları için bir hastalık molekülünü tespit ettiklerinde elektron transfer modüllerini kullanarak hücre dışı elektron tüketimi yapan bakteri hücreleri tasarlanmıştır. Bu tezde anlatılan metodolojiler, teşhis uygulamaları için umut vadeden araçlar olarak öngörülmektedir.