Hücrelerin içinde, iltihaplanma, tümör büyüme belirteçleri veya kan şekeri seviyeleri gibi belirli sinyallere nasıl yanıt verileceğine ‘karar verebilen’ proteinlerden oluşan minik işlemciler olduğunu hayal edin.
Rice Üniversitesi biyomühendisleri, insan hücrelerinde özelleştirilmiş algıla-ve-yanıt devreleri tasarlamak için yeni bir yapı kiti geliştirdi. Science dergisinde yayımlanan bu araştırma, sentetik biyoloji alanında önemli bir atılım olup, otoimmün hastalıklar ve kanser gibi karmaşık durumlar için tedavilerde devrim yaratabilir.
“Bu çalışma, hastalık belirtilerini tespit edebilen ve buna anında özelleştirilebilir tedaviler üretebilen ‘akıllı hücreler’ inşa etmeye bizi çok yaklaştırıyor,” diyen çalışmanın baş yazarı ve Rice Üniversitesi Sistemler, Sentetik ve Fiziksel Biyoloji doktora programı öğrencisi Xiaoyu Yang, hücrelerdeki bu yeni tür protein işlemcilerin inflamasyon, tümör büyüme işaretleri veya kan şekeri seviyeleri gibi belirli sinyallere nasıl yanıt verebileceğini açıkladı.
Fosforilasyon Sürecine Dayalı Yeni Yaklaşım
Bu yeni tasarım yöntemi, fosforilasyon adı verilen doğal bir hücresel sürece dayanıyor. Fosforilasyon, hücrelerin çevrelerine tepki vermek için kullandığı bir mekanizma olup, proteine bir fosfat grubunun eklenmesiyle gerçekleşir. Bu süreç, hücrelerin bir patojene tepki vermesi veya bir geni ifade etmesi gibi çeşitli işlevleri yerine getirmesini sağlar.
Önceki çalışmalar, bu mekanizmanın insan hücrelerinde terapötik amaçlarla kullanılmasını, mevcut sinyal yollarının yeniden düzenlenmesine odaklanarak ele almıştı. Ancak bu yolların karmaşıklığı uygulamaları sınırlamıştı. Rice Üniversitesi araştırmacıları, fosforilasyon döngülerinin her bir aşamasını temel bir birim olarak ele alarak bu döngüleri yeni şekillerde bağlayabileceklerini keşfetti.
“Bu, sinyal devresi tasarımı için yepyeni bir alan açıyor,” diyen çalışmanın ortak yazarı ve Rice Üniversitesi biyomühendislik profesörü Caleb Bashor, fosforilasyon döngülerinin sadece birbirine bağlı değil, aynı zamanda yeniden bağlanabilir olduğunu belirtti.
Akıllı Hücre Tasarımında Kritik Avantajlar
Araştırma ekibi, tamamen mühendislik ürünü protein parçalarından oluşan bu sentetik devrelerin, insan hücrelerinde doğal sinyal yollarıyla benzer bir hız ve verimlilikle çalıştığını gözlemledi. Ayrıca, bu devrelerin hücrelerin hayatta kalma ve büyüme oranlarını etkilemeden çalışabildiği doğrulandı.
Bu yeni yaklaşım, zayıf giriş sinyallerini güçlü çıktılara dönüştürme gibi yerel fosforilasyon kaskadlarının önemli bir sistem düzeyi yeteneğini de yeniden üretebiliyor. Araştırma, bu etkilerin deneysel gözlemlerini, teorik modellerle doğrulayarak çerçevenin sentetik biyoloji için temel bir araç olarak değerini güçlendirdi.
Gerçek Hayat Uygulamaları
Araştırmacılar, tasarlanan devrelerin inflamatuar faktörler gibi dış sinyallere duyarlılığını ve yanıt verme yeteneğini test etti. Örneğin, otoimmün hastalık alevlenmelerini kontrol etmek ve bağışıklık terapisiyle ilişkili toksisiteyi azaltmak için bir hücresel devre tasarlandı.
“Çalışmamız, insan hücrelerinde sinyallere hızlı ve doğru şekilde yanıt veren programlanabilir devrelerin inşa edilebileceğini kanıtlıyor,” diyen Bashor, bu çalışmanın, hücre içi fosforilasyon devrelerini tasarlamak için bir yapı kiti sunan ilk rapor olduğunu vurguladı.
Rice Sentetik Biyoloji Enstitüsü Direktörü Caroline Ajo-Franklin ise bu çalışmanın sentetik biyoloji alanında çığır açıcı bir gelişme olduğunu belirtti. “Son 20 yılda sentetik biyologlar, bakterilerin çevresel uyarılara kademeli olarak tepki vermesini kontrol etmeyi öğrenmişken, bu çalışma memeli hücrelerinin anlık tepkilerini kontrol etme alanında bizi ileri taşıyor,” dedi.
Yazı kaynağı:
Orijinal yazar Silvia Cernea Clark
https://news.rice.edu/news/2025/major-breakthrough-smart-cell-design
Çalışma kaynağı:
Xiaoyu Yang, Jason W. Rocks, Kaiyi Jiang, Andrew J. Walters, Kshitij Rai, Jing Liu, Jason Nguyen, Scott D. Olson, Pankaj Mehta, James J. Collins, Nichole M. Daringer, Caleb J. Bashor. Engineering synthetic phosphorylation signaling networks in human cells. Science, 2025; 387 (6729): 74 DOI: 10.1126/science.adm8485