A synthetic biology approach for nanomaterials design, synthesis and functionalization

Organik olmayan malzemelerin diriksel bireşimi, doğadaki birçok canlı türü tarafından gerçekleştirilebilmektedir. Çoklu peptit, yağ ve diriksel ara ürün gibi diril-özdecikler canlı hücreler ve dokulardaki diril-minerallenmeden sorumludurlar. Diril-melez malzemelerin dirimsel bireşimi son yıllarda ortaya çıkan bir bilim dalıdır ve bahsedilen biyomolekülleri kullanarak malzeme sentezlemeyi amaçlar. Bireşimsel biyoloji, diril-melez dizgelerin geliştirilmesi açısından gizil gücü en yüksek olan bilim dallarından biridir ve kalıtım, mühendislik ve bilgisayar bilimlerinin kesişim noktasındadır. Bireşimsel biyoloji gereçleri programlanabilir ve doğal dizgelerle yarışabilir kalıtımsal dizgelerin geliştirilmesine olanak sağlar. Bu tezde, iyi kontrol edilen kalıtımsal sistemlerin oluşumu ile malzeme bireşimi-işlevlendirilmesini sağlayan diriksel dizgelerin geliştirilmesi amaçlanmıştır. Doğada bulunmayan bazı peptitler kalıtımsal olarak bazı genlere kaynaştırılmıştır ve bu sayede tasarlayıcı proteinlerin bireşimi mümkün kılınmıştır. Bu amaçla, 19 amino asit uzunluğundaki silaffin R5 peptidi üç değişik florışıyan proteine kaynaştırılmıştır. Sonuç olarak, R5 peptidi ve florışıyan proteinin kaynaştırılması florışıyan silika nano parçacıkların bireşimi ve tutuklanması sağlanmıştır. R5 peptidinin silikaya ilginliği olduğu için, silika reçinesi tabanlı protein ayrıştırması için bu peptidin bir gizil gücü olduğu gösterilmiştir. Bireşimsel biyoloji kullanılarak, kendi kendine çalışabilen diriksel kalıplayıcı altyapılar oluşturulabilir. Bu amaçla, bakteriyel amiloyit iplik diriksel dizgeler olan curli diriksel kalıplayıcı altyapı olarak kullanılabilir. Ana curli yapıtaşı olan CsgA proteininin yapay peptitlere kaynaştırılması suretiyle çeşitli nanomalzemelerin bu yapılar etrafında çekirdeklenmesi ve bireşimlenmesi sağlanmıştır. Uyarılabilen kalıtımsal dizgeler mevcut tasarıma eklenerek zamansal olarak kumanda edilebilen dizgeler oluşturulmuştur. Bu kalıtımsal tasarımlar, kadmiyum, altın ve demir elementlerine duyarlı transkripsiyon etkenleri ve transkripsiyon başlatıcı dizilerin eklenmesi suretiyle ilerletilmiştir. Elementlere duyarlı ikililer, ön element varlığında florışıma yapabilen tüm hücre algılayıcılarının oluşturulmasında kullanılmıştır. Daha sonrasında malzemeye duyarlı bu ikililer, curli nano iplik sergileyici dirik dizgelerine eklemlendirilerek yaşayan özerk tüm hücre algılayıcılarının oluşumu sağlanmıştır. Bu dizgeler çevrede bulunan ön elementleri tanıyarak curli nano iplik tabanlı nanomalzemelerin bireşimini sağlarlar.