{"id":22670,"date":"2018-04-03T03:49:01","date_gmt":"2018-04-03T00:49:01","guid":{"rendered":"https:\/\/bilimvegelecek.com.tr\/?p=22670"},"modified":"2018-04-03T03:49:01","modified_gmt":"2018-04-03T00:49:01","slug":"yasamin-mimarisi-bilgisayar-modellemesi-tarafindan-tanimlandi","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/bilimvegelecek.com.tr\/index.php\/2018\/04\/03\/yasamin-mimarisi-bilgisayar-modellemesi-tarafindan-tanimlandi","title":{"rendered":"Ya\u015fam\u0131n mimarisi bilgisayar modellemesi taraf\u0131ndan tan\u0131mland\u0131"},"content":{"rendered":"

Biyoloji ve t\u0131p, genlerin ve di\u011fer molek\u00fcllerin canl\u0131 sistemler \u00fczerindeki etkilerine odaklanm\u0131\u015f durumda. Ancak bu sistemleri olu\u015fturan par\u00e7alar\u0131n uzamsal d\u00fczeni ve maruz kald\u0131klar\u0131 fiziksel g\u00fc\u00e7ler de, art\u0131k ayn\u0131 oranda odaklan\u0131lmas\u0131 gereken konular olarak kabul ediliyor.<\/p>\n

Biyoloji ve t\u0131p genel olarak genlerin ve kimyasal maddelerin, ya\u015fayan sistemlerin olu\u015fumunda ve kontrol edilmesinde oynad\u0131klar\u0131 anahtar rollere odaklan\u0131rken, bu sistemleri meydana getiren bile\u015fenlerin uzay-mek\u00e2ndaki d\u00fczenlenmelerinin ve maruz kald\u0131klar\u0131 kuvvetlerin de e\u015fit derecede \u00f6nemli oldu\u011fu son zamanlarda kabul g\u00f6rmeye ba\u015flad\u0131. Harvard \u00dcniversitesi\u2019 ndeki Wyss Enstit\u00fcs\u00fc\u2019n\u00fcn kurucu y\u00f6neticisi Dr. Donald Ingber 35 y\u0131ldan uzun bir s\u00fcre \u00f6nce \u201cya\u015fam\u0131n mimarisi\u201d \u00fczerine \u00e7al\u0131\u015fmaya ba\u015flad\u0131 ve do\u011fan\u0131n, h\u00fccrelerin yap\u0131s\u0131n\u0131 belirlemek, sabitlemek ve mekanik kuvvetlere nas\u0131l tepkiler verebileceklerini belirlemek i\u00e7in \u201cgerilim b\u00fct\u00fcnl\u00fc\u011f\u00fc\u201d (\u201ctensegrity\u201d, \u0130ngilizce gerilim b\u00fct\u00fcnl\u00fc\u011f\u00fc anlam\u0131na gelen \u201ctensional integrity\u201d teriminin k\u0131saltmas\u0131) olarak bilinen bir mimari prensibi kulland\u0131\u011f\u0131n\u0131 ortaya \u00e7\u0131kartt\u0131.<\/p>\n

Gerilim b\u00fct\u00fcnl\u00fc\u011f\u00fc yap\u0131lar\u0131 t\u0131pk\u0131 v\u00fccudumuzdaki kaslar ve kemikler gibi, gerilme ya da s\u0131k\u0131\u015fma durumunda bulunan par\u00e7alardan meydana gelir ve bu etkile\u015fen kuvvetleri dengeleyerek kendilerini bir izometrik, yani e\u015f-\u00f6l\u00e7\u00fcl\u00fc gerilim durumunda stabilize ederler. Bu i\u00e7 gerilim ya da \u201c\u00f6n gerilme\u201d, yap\u0131n\u0131n tamam\u0131n\u0131n d\u0131\u015far\u0131dan gelen kuvvetlere kar\u015f\u0131 koyabilmesini, kontroll\u00fc bir bi\u00e7imde deforme olmas\u0131n\u0131 ve d\u0131\u015far\u0131dan uygulanan kuvvet ortadan kalkt\u0131\u011f\u0131nda as\u0131l \u015fekline geri d\u00f6nebilmesini sa\u011flar. Gerilim b\u00fct\u00fcnl\u00fc\u011f\u00fcn\u00fcn canl\u0131 h\u00fccrelerin \u015feklini ve organizasyonunu dikte etmesi, ilk ba\u015fta \u00e7ok tart\u0131\u015fmal\u0131 bir konuydu; fakat zamanla pek \u00e7ok farkl\u0131 sistemde deneysel olarak do\u011frulanmas\u0131yla daha fazla kabul g\u00f6rmeye ba\u015flad\u0131.<\/p>\n

\"\"
Dinein proteininin en sa\u011flam, harekete diren\u00e7li k\u0131s\u0131mlar\u0131 (solda sar\u0131) ATP molek\u00fcllerinin bu proteine ba\u011fland\u0131\u011f\u0131 ve ADP\u2019 ye d\u00f6n\u00fc\u015ft\u00fc\u011f\u00fcnde enerji a\u00e7\u0131\u011fa \u00e7\u0131kartt\u0131\u011f\u0131 yerlerdir (sa\u011fda renkli). Bu sa\u011flaml\u0131k, enerjinin molek\u00fcl\u00fcn her taraf\u0131nda d\u00f6n\u00fc\u015f\u00fcme u\u011framas\u0131n\u0131 ve dayanak noktas\u0131 etraf\u0131nda bir hareketin olu\u015fmas\u0131n\u0131 sa\u011fl\u0131yor. \u00a9 Harvad \u00dcniversitesi Wyss Enstit\u00fcs\u00fc.<\/figcaption><\/figure>\n

Gerilim b\u00fct\u00fcnl\u00fc\u011f\u00fc hiyerar\u015fik olabilmektedir. Her bir yap\u0131sal par\u00e7a, kendi i\u00e7erisinde daha k\u00fc\u00e7\u00fck \u00f6l\u00e7ekte bir gerilim b\u00fct\u00fcnl\u00fc\u011f\u00fc yap\u0131s\u0131 olabilir ve b\u00f6ylece gerilimsel b\u00fct\u00fcnl\u00fck hem lokal hem de genel olarak sa\u011flan\u0131r. Bu \u00f6zelli\u011fe dayanarak Scientific American<\/em> dergisinde 1998 y\u0131l\u0131nda yay\u0131mlanan bir makalede Ingber, gerilim b\u00fct\u00fcnl\u00fc\u011f\u00fcn\u00fcn h\u00fccresel boyutlar\u0131n \u00f6tesinde, atomlardan b\u00fct\u00fcn bir organizmaya kadar ya\u015fam\u0131n her \u00f6l\u00e7e\u011finde ge\u00e7erli olabilece\u011fini \u00f6ne s\u00fcrd\u00fc. Yak\u0131n bir zamanda, Ingber ve ba\u015fka biliminsanlar\u0131 taraf\u0131ndan yap\u0131lan \u00e7al\u0131\u015fma, gerilim b\u00fct\u00fcnl\u00fc\u011f\u00fcn\u00fcn h\u00fccre \u00e7ekirde\u011fi, h\u00fccre iskeleti elemanlar\u0131 ve tekil molek\u00fcller \u00f6l\u00e7eklerinde kullan\u0131ld\u0131\u011f\u0131n\u0131 g\u00f6stererek bu hipotezi deneysel olarak desteklemi\u015f oldu. Fakat, biraz da mevcut biyolojik modelleme y\u00f6ntemlerinin eksikliklerinden \u00f6t\u00fcr\u00fc, enzimler ve di\u011fer proteinler gibi \u015fekil ve formlar\u0131 \u00e7ok b\u00fcy\u00fck de\u011fi\u015fimler g\u00f6sterebilen hiyerar\u015fik yap\u0131larda gerilim b\u00fct\u00fcnl\u00fc\u011f\u00fcn\u00fcn nas\u0131l etkili oldu\u011funu \u00e7al\u0131\u015fmak \u00e7ok zor.<\/p>\n

Fakat bunu Ingber ve Charles Reilly, yeni geli\u015ftirilen \u00e7ok \u00f6l\u00e7ekli modelleme metodunu kullanarak ba\u015fard\u0131 ve gerilim b\u00fct\u00fcnl\u00fc\u011f\u00fc prensiplerinin, canl\u0131 h\u00fccrelerin b\u00fcy\u00fckl\u00fck ve karma\u015f\u0131kl\u0131k a\u00e7\u0131s\u0131ndan pek \u00e7ok seviyesinde ge\u00e7erli oldu\u011funu g\u00f6sterdiler. Bu \u00e7al\u0131\u015fma ayn\u0131 zamanda, molek\u00fcllerin \u015fekillerindeki gerilim b\u00fct\u00fcnl\u00fc\u011f\u00fc temelli de\u011fi\u015fimlerin, h\u00fccresel par\u00e7alar\u0131n hareketlerini nas\u0131l sa\u011flayabilece\u011fini ortaya koyuyor. Extreme Mechanics Letters<\/em> da yay\u0131mlanan bir \u00e7al\u0131\u015fma da, biyolojinin temel bir ilkesi olarak gerilim b\u00fct\u00fcnl\u00fc\u011f\u00fcn\u00fcn \u00f6nemi \u00fczerinde daha fazla a\u00e7\u0131klamada bulunuyor.<\/p>\n

Ekibin yeni modelleme yakla\u015f\u0131m\u0131, her bir modeli statik birer veri noktas\u0131 toplam\u0131 olarak ele almak yerine, farkl\u0131 girdilere g\u00f6re dinamik olarak de\u011fi\u015febilen matematiksel i\u015flemler olarak ele alan b\u00fct\u00fcnc\u00fcl bir bak\u0131\u015f a\u00e7\u0131s\u0131na dayan\u0131yor. Bununla ilgili olarak Reilly \u015f\u00f6yle diyor;<\/p>\n

\u201cBizim modelleme metodumuzla di\u011fer metotlar aras\u0131ndaki fark, Excel tablolar\u0131n\u0131 kullanabilece\u011finiz \u00e7e\u015fitli yollar aras\u0131ndaki farkl\u0131l\u0131\u011fa benziyor. E\u011fer bir grup bilgiyi tabloya ekleyip bir h\u00fccrenin i\u00e7eri\u011fini de\u011fi\u015ftirirseniz, bu etraf\u0131ndaki h\u00fccrelerin de i\u00e7indeki bilgileri de\u011fi\u015ftirmez. Fakat bir form\u00fcl kullan\u0131rsan\u0131z ve bir veri de\u011fi\u015fimini bu form\u00fcle uygularsan\u0131z, tablodaki b\u00fct\u00fcn h\u00fccrelerdeki bilgiler de\u011fi\u015fir. Temelde bizim yapt\u0131\u011f\u0131m\u0131z \u015fey de bu, fakat biyolojik molek\u00fcller ve \u00e7e\u015fitli b\u00fcy\u00fckl\u00fckteki ve karma\u015f\u0131kl\u0131ktaki sistemlerin \u00e7ok \u00f6l\u00e7ekli modelleri i\u00e7in.\u201d<\/p>\n

Ayn\u0131 zamanda \u201cy\u00f6ntemsel modelleme\u201d (procedural modeling)<\/em> olarak adland\u0131r\u0131lan bu strateji, modelin farkl\u0131 a\u00e7\u0131lar\u0131n\u0131 tek tek ifade eden ayr\u0131 veri \u00f6beklerinden ba\u015flamak ve bunlar\u0131 daha sonra bir araya getirmek yerine, farkl\u0131 \u00f6l\u00e7ekteki ve formattaki verilerin ayn\u0131 anda a\u015fa\u011f\u0131dan yukar\u0131ya ve yukar\u0131dan a\u015fa\u011f\u0131ya olarak tek bir, \u00e7ok-\u00f6l\u00e7ekli modelde birle\u015ftirilmesini sa\u011fl\u0131yor. ACS Nano\u2019daki yeni bir makalede g\u00f6sterildi\u011fi gibi, Reily ve Ingber bu metodu e\u011flence end\u00fcstrisinde kullan\u0131lan bilgisayar animasyonu yaz\u0131l\u0131mlar\u0131n\u0131n metotlar\u0131yla biyoloji ara\u015ft\u0131rmalar\u0131nda s\u0131k\u00e7a kullan\u0131lan, molek\u00fcler dinamiklerin sim\u00fclasyonlar\u0131n\u0131 sa\u011flayan ara\u00e7lar\u0131 kayna\u015ft\u0131rarak geli\u015ftirdiler.<\/p>\n

Bu yeni sim\u00fclasyon tekni\u011fini, h\u00fccre kuyru\u011fundaki tekil dinein protein molek\u00fcllerinden ba\u015flayarak, h\u00fccrenin b\u00fct\u00fcn\u00fcndeki hareketi g\u00f6zler \u00f6n\u00fcne seren bir sperm h\u00fccresi modelini \u00e7\u0131kartabilmek i\u00e7in kulland\u0131lar, bu da atomik seviyedeki de\u011fi\u015fimlerin daha b\u00fcy\u00fck \u00f6l\u00e7ekli yap\u0131lara nas\u0131l yans\u0131d\u0131\u011f\u0131n\u0131 g\u00f6stermelerini sa\u011flad\u0131.<\/p>\n

Hatta bu teknolojiyi, konu \u00fczerinde profesyonel olmayan hedef kitleye hitap edebilecek ve yumurtan\u0131n d\u00f6llenmesi olay\u0131n\u0131n b\u00fct\u00fcn ilgin\u00e7li\u011fini ve g\u00fczelli\u011fini ortaya koyan \u201cBa\u015flang\u0131\u00e7\u201d isimli e\u011flenceli bir animasyon filmini de yapmak i\u00e7in kulland\u0131lar ve bunu da makalelerine eklediler.<\/p>\n

En yeni makalelerinde ise bu modelin, gerilim b\u00fct\u00fcnl\u00fc\u011f\u00fcn\u00fcn canl\u0131 h\u00fccrelerin hiyerar\u015fik yap\u0131s\u0131ndaki bir\u00e7ok b\u00fcy\u00fckl\u00fck \u00f6l\u00e7\u00fcs\u00fcnde \u00e7al\u0131\u015ft\u0131\u011f\u0131n\u0131 ortaya \u00e7\u0131karabildi\u011fini g\u00f6sterdiler.<\/p>\n

Molek\u00fcler d\u00fczeyde, \u015fekilleri \u00f6n gerilme ile sabitlenmi\u015f her bir dinein molek\u00fcl\u00fcn\u00fcn ATP ba\u011flanma b\u00f6lgeleri etraf\u0131nda sa\u011flaml\u0131\u011f\u0131n\u0131n daha fazla oldu\u011fu ve bu b\u00f6lgelerin ATP\u2019den gelen enerjiyle deforme olmad\u0131\u011f\u0131n\u0131, aksine bu kuvvetin dinein molek\u00fcllerinin karakteristik hareketini sa\u011flad\u0131\u011f\u0131 g\u00f6sterildi.<\/p>\n

Bir\u00e7ok dinein molek\u00fcl\u00fcn\u00fcn \u015feklindeki toplu de\u011fi\u015fim bir gerilimsel kuvvet yarat\u0131yor ve bu kuvvetler, dineinlerin ba\u011fland\u0131\u011f\u0131 bas\u0131nca diren\u00e7li uzun mikrot\u00fcb\u00fcllere iletiliyor. Bu tansiyonel, yani gerilimsel kuvvetler de miktot\u00fcb\u00fcllerin d\u00f6ng\u00fcsel b\u00fck\u00fclmelerine ve bu da h\u00fccresel \u00f6l\u00e7\u00fcde sperm kuyru\u011funun ritmik k\u0131vr\u0131lmas\u0131n\u0131 sa\u011fl\u0131yor.<\/p>\n

Ingber bu \u00e7al\u0131\u015fmalar\u0131yla ilgili \u015funlar\u0131 s\u00f6yl\u00fcyor: \u201cBu, atomik boyutlardan b\u00fct\u00fcn h\u00fccre seviyesine kimyasal enerji ak\u0131m\u0131ndan ortaya \u00e7\u0131kan mekanik devaml\u0131l\u0131k, kuvvet transferi ve konformasyonel de\u011fi\u015fimi( \u00fc\u00e7 boyutlu yap\u0131daki de\u011fi\u015fimi), ayn\u0131 zamanda da gerilim b\u00fct\u00fcnl\u00fc\u011f\u00fcn\u00fcn h\u00fccresel hareketi nas\u0131l ortaya \u00e7\u0131kartt\u0131\u011f\u0131n\u0131 g\u00f6steren ilk \u00e7al\u0131\u015fma.\u201d<\/p>\n

Ara\u015ft\u0131rmac\u0131lar daha sonra ayn\u0131 y\u00f6ntem ile yeni bir sistemi modellediler: Kendisine uygulanan kuvvetin yine gerilim b\u00fct\u00fcnl\u00fc\u011f\u00fc prensibi ile ta\u015f\u0131nmas\u0131yla \u00fc\u00e7 boyutlu yap\u0131s\u0131nda belirgin de\u011fi\u015fimler g\u00f6sterebilen mitokondriyal enzim ATP sentaz.<\/p>\n

Enzimin substrat\u0131n\u0131n, yani etkile\u015fti\u011fi maddenin, konsantrasyonunun model \u00fczerinde de\u011fi\u015ftirilmesi, ATP sentaz enziminin i\u00e7inde bulundu\u011fu mikro-ortamla nas\u0131l bir etkile\u015fimde oldu\u011funu g\u00f6sterebiliyor. Daha sonraki ara\u015ft\u0131rmalar\u0131n \u00f6ng\u00f6rd\u00fc\u011f\u00fc \u00fczere mitokondriyel kristan\u0131n k\u0131vr\u0131mlar\u0131n\u0131n i\u00e7 k\u0131s\u0131mlar\u0131nda bulunan enzimlerin miktar\u0131n\u0131n d\u0131\u015f k\u0131s\u0131mda bulunanlara g\u00f6re daha fazla olmas\u0131n\u0131n da mikro-ortam\u0131n fiziksel \u00f6zellikleri \u00fczerinde belirleyici etkisi olabilir, bu da gerilim b\u00fct\u00fcnl\u00fc\u011f\u00fcn\u00fcn, yap\u0131lar\u0131 karma\u015f\u0131k \u00e7oklu molek\u00fcler d\u00fczeyde de stabilize edebilece\u011fini g\u00f6steriyor.<\/p>\n

Reilly \u015funlar\u0131 s\u00f6yl\u00fcyor: \u201cBu makalede ara\u015ft\u0131rmam\u0131z\u0131 h\u00fccresel ve daha k\u00fc\u00e7\u00fck \u00f6l\u00e7eklere odaklad\u0131k, fakat bu modelleme metodunun kullan\u0131m\u0131 daha b\u00fcy\u00fck yap\u0131lara da uzanabilir, neredeyse istedi\u011finiz her \u00e7ok \u00f6l\u00e7ekli sistem i\u00e7in kullanabilirsiniz. \u201d<\/p>\n

Ara\u015ft\u0131rmac\u0131lar bu yakla\u015f\u0131m\u0131n mekanobiyolojiden, h\u00fccresel sinyal ileti yollar\u0131na, hatta hayat\u0131n yap\u0131ta\u015flar\u0131n\u0131n de\u015fifrelenmesine kadar pek \u00e7ok konuda modelleme yap\u0131lmas\u0131n\u0131 sa\u011flayabilece\u011fini \u00f6ng\u00f6r\u00fcyor.<\/p>\n

Ingber \u015funlar\u0131 ekliyor: \u201cGerilim b\u00fct\u00fcnl\u00fc\u011f\u00fc burada, Wyss Enstit\u00fcs\u00fc\u2019nde yeni teknolojiler yaratmak i\u00e7in g\u00fc\u00e7 ald\u0131\u011f\u0131m\u0131z biyolojik tasar\u0131m prensiplerinin g\u00fczel bir \u00f6rne\u011fi. \u00d6rne\u011fin William Shih (kurucu fak\u00fclte \u00fcyesi ve Molek\u00fcler Robot Bilimi e\u015fy\u00f6neticisi) ile \u00e7al\u0131\u015farak, biyomedikal ama\u00e7lara g\u00f6re \u015fekil de\u011fi\u015ftirmeye programlanm\u0131\u015f, gerilim b\u00fct\u00fcnl\u00fc\u011f\u00fc temelli DNA nano-cihazlar geli\u015ftirdik, ve Radhika Naqpal (ana fak\u00fclte \u00fcyesi ve Biyolojiden \u0130lhamlanm\u0131\u015f Molek\u00fcler Robot bilimi e\u015fy\u00f6neticisi) ile kendi kendine \u015fekil de\u011fi\u015ftirebilen (self-deforming<\/em>), \u015fu anki robotlara g\u00f6re daha h\u0131zl\u0131 bir \u015fekilde pek \u00e7ok manevra yapabilen mod\u00fcler bir robot tasarlad\u0131k. Art\u0131k \u00fczerinde \u00e7al\u0131\u015fabilece\u011fimizi, yeni ve beklenmedik ama\u00e7lar i\u00e7in kullanabilece\u011fimizi umdu\u011fumuz modelleme yakla\u015f\u0131m\u0131na sahibiz. \u201d<\/p>\n

Bu ara\u015ft\u0131rma Harvard \u00dcniversitesi\u2019ndeki Wyss Biyoloji\u2019den \u0130lham Alan M\u00fchendislik Enstit\u00fcs\u00fc\u2019 n\u00fcn \u00f6dene\u011fi ile desteklendi.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Biyoloji ve t\u0131p, genlerin ve di\u011fer molek\u00fcllerin canl\u0131 sistemler \u00fczerindeki etkilerine odaklanm\u0131\u015f durumda. Ancak bu sistemleri olu\u015fturan par\u00e7alar\u0131n uzamsal d\u00fczeni ve maruz kald\u0131klar\u0131 fiziksel g\u00fc\u00e7ler de, art\u0131k ayn\u0131 oranda odaklan\u0131lmas\u0131 gereken konular olarak kabul ediliyor. Biyoloji ve t\u0131p genel olarak genlerin ve kimyasal maddelerin, ya\u015fayan sistemlerin olu\u015fumunda ve kontrol edilmesinde oynad\u0131klar\u0131 anahtar rollere odaklan\u0131rken, bu […]<\/p>\n","protected":false},"author":811,"featured_media":22671,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"footnotes":""},"categories":[19,21,31],"tags":[197,1992,2766,34,595],"class_list":["post-22670","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-bilim-gundemi","category-biyoloji","category-teknoloji","tag-biyoloji","tag-hucreler","tag-modelleme","tag-teknoloji","tag-yasam"],"acf":[],"aioseo_notices":[],"aioseo_head":"\n\t\t\n\t\n\t\n\t\n\t\n\t\t\n\t\t\n\t\t\n\t\t\n\t\t\n\t\t\n\t\t\n\t\t\n\t\t\n\t\t\n\t\t\n\t\t\n\t\t\n\t\t\n\t\t\n\t\t\n\t\t\n\t\t\n\t\t