{"id":51192,"date":"2009-01-01T13:08:31","date_gmt":"2009-01-01T11:08:31","guid":{"rendered":"https:\/\/bilimvegelecek.com.tr\/?p=51192"},"modified":"2021-08-03T13:46:41","modified_gmt":"2021-08-03T10:46:41","slug":"nanoteknoloji-ve-ikili-sarmal-evliligi-urun-vermeye-basliyor-dna-temelli-nanomakineler-yolda","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/bilimvegelecek.com.tr\/index.php\/2009\/01\/01\/nanoteknoloji-ve-ikili-sarmal-evliligi-urun-vermeye-basliyor-dna-temelli-nanomakineler-yolda","title":{"rendered":"Nanoteknoloji ve ikili sarmal evlili\u011fi \u00fcr\u00fcn vermeye ba\u015fl\u0131yor DNA-temelli nanomakineler yolda"},"content":{"rendered":"

Nadrian C. Seeman
\n<\/strong>\u00c7eviri: Deniz Gedizlio\u011flu<\/strong><\/p>\n

Sunu\u015f
\n<\/strong>Bu dosyada okuyaca\u011f\u0131n\u0131z iki makale, Scientific American<\/em> dergisinin Eyl\u00fcl 2007 tarihli \u201cNanoteknolojinin y\u00fckseli\u015fi\u201d ba\u015fl\u0131kl\u0131 \u00f6zel say\u0131s\u0131ndan al\u0131nm\u0131\u015ft\u0131r<\/p><\/blockquote>\n

2003 y\u0131l\u0131, DNA\u2019n\u0131n ikili sarmal yap\u0131s\u0131n\u0131n James D. Watson ve Francis H. Crick taraf\u0131ndan ke\u015ffedili\u015finin 50. y\u0131ld\u00f6n\u00fcm\u00fcne tan\u0131kl\u0131k etti. Bu ke\u015fif, geneti\u011fin kimyayla ili\u015fkilendirilmesini sa\u011flad\u0131 ve b\u00f6ylece sonraki yar\u0131m y\u00fczy\u0131l boyunca biyolojinin izleyece\u011fi yolun temelleri at\u0131lm\u0131\u015f oldu. Bug\u00fcn, genlerin organizman\u0131n geli\u015fim ve i\u015fleyi\u015fini kontrol etmedeki say\u0131s\u0131z yollar\u0131n\u0131 anlamak i\u00e7in binlerce ara\u015ft\u0131rmac\u0131 var g\u00fc\u00e7leriyle \u00e7al\u0131\u015f\u0131yor. \u0130\u015fte t\u00fcm bu genler DNA dedi\u011fimiz mecrada yaz\u0131l\u0131d\u0131r.<\/p>\n

Ancak bu s\u0131ra d\u0131\u015f\u0131 molek\u00fcl\u00fcn biyokimyadan ba\u015fka kullan\u0131m alanlar\u0131 da var. Modern biyoteknolojinin teknik olanaklar\u0131n\u0131 kullanarak, istenen \u015fekilde yap\u0131 dizilerine sahip uzun DNA molek\u00fclleri olu\u015fturabiliriz. Bu omanak, ya\u015fam evrildi\u011finde do\u011fan\u0131n bizi g\u00f6t\u00fcrmedi\u011fi bir yolun kap\u0131lar\u0131n\u0131 a\u00e7ar. \u00d6rne\u011fin 1994 y\u0131l\u0131nda, Southern California \u00dcniversitesi\u2019nden Leonard M. Adleman DNA\u2019n\u0131n say\u0131sal bir ara\u00e7 olarak da kullan\u0131labilece\u011fini ortaya koydu. Bu yaz\u0131da DNA\u2019n\u0131n biyoloji d\u0131\u015f\u0131 bir ba\u015fka kullan\u0131m alan\u0131ndan s\u00f6z edece\u011fim: Temel \u00f6\u011fe ve mekanizmalar\u0131n\u0131n boyutu 1 ila 100 nanometre aras\u0131nda de\u011fi\u015fen yap\u0131 ve ara\u00e7lar\u0131n yap\u0131m\u0131 – tek kelimeyle, nanoteknoloji.<\/p>\n

Bu t\u00fcr yap\u0131lar\u0131n pek \u00e7ok potansiyel uygulama alan\u0131 vard\u0131r. DNA\u2019dan olu\u015fan d\u00fczenli \u00f6rg\u00fcler b\u00fcy\u00fck biyolojik molek\u00fcllerin kopyalar\u0131n\u0131 r\u00f6ntgen kristalografisi ile yap\u0131lar\u0131n\u0131n belirlenmesi i\u00e7in saklayabilir – \u00a0\u201crasyonel\u201d ila\u00e7 tasar\u0131m\u0131 i\u00e7in \u00f6nemli bir ad\u0131m. Veya \u00f6rg\u00fcler nanoelektrik bile\u015fenler i\u00e7in bir yap\u0131 iskelesi g\u00f6revi g\u00f6rebilir, hem arac\u0131n \u00fcretiminde bir a\u015fama hem de arac\u0131n kendisi olarak. Materyaller molek\u00fcler d\u00fczeyde tam bir kesinlikle tasarlanm\u0131\u015f, DNA\u2019dan olu\u015fan veya DNA taraf\u0131ndan olu\u015fturulmu\u015f yap\u0131larla kurulabilir. Hareketli par\u00e7alara sahip DNA makineleri nanomekanik al\u0131c\u0131, elektrik d\u00fc\u011fmesi ve k\u0131ska\u00e7 gibi i\u015flevler g\u00f6rebilece\u011fi gibi, \u00e7ok daha karma\u015f\u0131k robotik i\u015flemlerde de kullan\u0131labilir.\"\"<\/p>\n

Dallanm\u0131\u015f DNA
\n<\/em><\/strong>Nano\u00f6l\u00e7ek molek\u00fcllerin \u00f6l\u00e7e\u011fidir. \u0130ki atom aras\u0131ndaki ba\u011f tipik olarak 0,15 nanometre uzunlu\u011fundad\u0131r (1 nanometre metrenin milyarda biri kadard\u0131r). DNA sarmal\u0131n\u0131n yakla\u015f\u0131k 2 nanometrelik bir \u00e7ap\u0131 vard\u0131r ve her 3,5 nanometrede bir, 10 baz \u00e7iftine denk gelen uzunluk,\u00a0 tam bir daire olacak \u015fekilde b\u00fck\u00fcl\u00fcr, b\u00f6ylece DNA\u2019n\u0131n merdivene benzer g\u00f6r\u00fcnt\u00fcs\u00fcndeki basamaklar olu\u015fur. DNA\u2019n\u0131n k\u00fc\u00e7\u00fck bir par\u00e7as\u0131n\u0131n di\u011fer kimyasallarla girdi\u011fi ili\u015fkiler spesifiktir ve baz \u00e7iftlerinin s\u0131ras\u0131na g\u00f6re belirlenmi\u015ftir. Bu par\u00e7alar\u0131n belli molek\u00fcllerin tan\u0131nmas\u0131 ya da bir materyalin bile\u015fimini bir kataliz\u00f6r gibi kontrol etmede kullan\u0131ld\u0131\u011f\u0131n\u0131 d\u00fc\u015f\u00fcnmek zor de\u011fildir. Biyologlar uzun y\u0131llar boyu DNA\u2019y\u0131 tan\u0131t\u0131c\u0131 \u00f6zelliklerinden \u00f6t\u00fcr\u00fc kullanm\u0131\u015flard\u0131r, \u00f6zellikle genetik m\u00fchendislik alan\u0131nda \u201cyap\u0131\u015fkan u\u00e7lar\u201d epey ra\u011fbet g\u00f6rm\u00fc\u015ft\u00fcr. Yap\u0131\u015fkan u\u00e7 dedi\u011fimiz yap\u0131, sarmal\u0131n bir kolu \u00e7iftlenmemi\u015f bazlar boyunca yay\u0131larak di\u011ferini a\u015ft\u0131\u011f\u0131nda olu\u015fur [bkz. sayfa 33, altta<\/em>]<\/u><\/strong>. \u201cYap\u0131\u015fkan\u201d olma durumu bu sarkan par\u00e7an\u0131n kendisiyle uyumlu, e\u015fle\u015fen bazlara sahip (bir koldaki adenin baz\u0131 di\u011fer kolda timin ile, sitozin ise guanin ile e\u015fle\u015fmek durumundad\u0131r) bir ba\u015fka kol ile ba\u011flanma e\u011filimine denir.<\/p>\n

\u0130lk bak\u0131\u015fta, DNA bizleri ilgin\u00e7 yap\u0131lara ula\u015ft\u0131racak gibi g\u00f6z\u00fckmez. Do\u011fal yollarla olu\u015fan DNA do\u011frusal bir zincir olu\u015fturur, uzun bir sicim par\u00e7as\u0131na benzer. Bu t\u00fcr bir formda insan\u0131n kafas\u0131nda canland\u0131rabilece\u011fi en u\u00e7 nokta birbirine ge\u00e7mi\u015f veya d\u00fc\u011f\u00fcmlenmi\u015f \u00e7izgiler ve dairelerdir. Ancak do\u011frusal zincir DNA\u2019n\u0131n var oldu\u011fu tek \u015fekil de\u011fildir. Birtak\u0131m h\u00fccresel i\u015flemler esnas\u0131nda, DNA k\u0131sa s\u00fcre i\u00e7in dallar\u0131 olan bir molek\u00fcl formunu al\u0131r. Bu dallanma DNA h\u00fccre b\u00f6l\u00fcnmesine haz\u0131rl\u0131k amac\u0131yla kopyalan\u0131rken ve -yumurta ve sperm \u00fcretiminde oldu\u011fu gibi- kromozomlar\u0131n e\u015fle\u015fmesinde g\u00f6r\u00fclen genetik materyal de\u011fi\u015f toku\u015fu s\u0131ras\u0131ndaki yeniden birle\u015fmede meydana gelir.<\/p>\n

Dallar, \u00e7ifte sarmal iki kola ayr\u0131ld\u0131\u011f\u0131nda olu\u015fur. Kopyalama s\u0131ras\u0131nda, her dal boyunca e\u015fle\u015fen n\u00fckleotidlerin dizilmesiyle yeni birer \u00e7ifte sarmal olu\u015fmu\u015f olur (N\u00fckleotid, baz ile sarmal\u0131n omurgas\u0131ndaki bu baza kar\u015f\u0131l\u0131k gelen k\u0131sm\u0131n bile\u015fimine denir). Daha da ilgin\u00e7 olan ise yeniden birle\u015fim s\u0131ras\u0131ndaki kesi\u015fme s\u0131ras\u0131nda g\u00f6r\u00fclen, DNA\u2019n\u0131n iki par\u00e7as\u0131n\u0131n da ikiye ayr\u0131lmas\u0131yla ortaya \u00e7\u0131kan d\u00f6rt kolun d\u00f6rt yol a\u011fz\u0131n\u0131 and\u0131r\u0131r bi\u00e7imde tekrar bir araya gelmesidir.\"\"<\/p>\n

DNA\u2019n\u0131n yeniden birle\u015fmesinde bu d\u00f6rt kolun bir e\u015finden di\u011ferine ge\u00e7mesiyle dallanma noktas\u0131 olu\u015fur. Dallanma noktas\u0131, baz s\u0131ralar\u0131ndaki \u00e7ift tarafl\u0131 simetri y\u00fcz\u00fcnden (\u201c69\u201d say\u0131s\u0131nda oldu\u011fu gibi) yerinden oynayabilir. Bu simetri her kolun farkl\u0131 di\u011fer iki koldan herhangi biriyle e\u015fle\u015febilece\u011fi anlam\u0131na gelir. 1979 y\u0131l\u0131nda, \u015fu anda Washington \u00dcniversitesi\u2019nde bulunan Bruce H. Robinson ile bu hareketlerin do\u011fas\u0131 \u00fczerinde \u00e7al\u0131\u015fmaktayd\u0131m; s\u00f6z\u00fcn\u00fc etti\u011fim simetriden yoksun suni DNA molek\u00fcllerinden olu\u015fan dallanm\u0131\u015f molek\u00fcllerin dallanma noktalar\u0131n\u0131n yerinden oynamad\u0131\u011f\u0131n\u0131 g\u00f6zlemleyi\u015fim i\u015fte bu d\u00f6neme denk d\u00fc\u015fer. B\u00f6yle bir birle\u015fimi tasarlamak i\u00e7in d\u00f6rt ayr\u0131 DNA sarmal\u0131 olu\u015fturmak gerekir. Her sarmal i\u00e7in, bir koldaki dizi ikinci bir sarmal\u0131n kollar\u0131ndan biriyle, kalan yar\u0131s\u0131 ise \u00fc\u00e7\u00fcnc\u00fc bir sarmal\u0131n kollar\u0131ndan biriyle e\u015fle\u015fecektir.<\/p>\n

DNA\u2019n\u0131n en g\u00f6zde \u00f6zelli\u011fi Watson ve Crick taraf\u0131ndan tan\u0131mlanan klasik \u00e7ifte sarmal yap\u0131s\u0131d\u0131r. Hangi yap\u0131n\u0131n daha avantajl\u0131 oldu\u011funu belirleyen ise serbest enerji miktar\u0131d\u0131r. Genellikle serbest enerji, kimyasal bir reaksiyonun ilerleyerek geli\u015fece\u011fini mi yoksa gerileyece\u011fini mi belirler. Ayr\u0131ca DNA, RNA ve proteinler gibi b\u00fcy\u00fck molek\u00fcllerin bir araya gelme d\u00fczeninde de etkilidir. Kimyasal bir sistem daima serbest enerjinin d\u00fc\u015f\u00fck oldu\u011fu duruma do\u011fru e\u011filim g\u00f6sterir. N\u00fckleotidlerin birbirini tamamlayan iki kolunun bir \u00e7ifte sarmal olu\u015fturmak \u00fczere e\u015fle\u015fmesi s\u0131ras\u0131nda serbest enerji minimum duruma gelir.<\/p>\n

Meydana getirmi\u015f oldu\u011fumuz hareketsiz d\u00f6rt kolun bir araya gelerek klasik DNA ikili sarmallar\u0131ndan en y\u00fcksek say\u0131da olu\u015fturabilmesinin tek yolu dallanm\u0131\u015f molek\u00fcller \u00fcretmekten ge\u00e7er. Genel olarak dallanma noktas\u0131 avantajl\u0131 bir \u015fey de\u011fildir \u00e7\u00fcnk\u00fc molek\u00fcl\u00fcn serbest enerji miktar\u0131n\u0131 art\u0131r\u0131r. Fakat s\u0131radan DNA sarmallar\u0131ndan yap\u0131lm\u0131\u015f d\u00f6rt kolun sa\u011flad\u0131\u011f\u0131 enerji tasarrufunun yan\u0131nda bu art\u0131\u015f \u00f6nemsiz kalmaktad\u0131r. Bug\u00fcn yapay yollarla bu t\u00fcr sarmallar \u00fcretmek ve hareketsiz dallar\u0131 olan DNA molek\u00fclleri fikrini uygulamak \u00e7ok basit hale gelmi\u015ftir, fakat 1979\u2019da bu durum kimyadaki son teknoloji say\u0131l\u0131yordu. Ben ise o zamanlar bir organik kimyac\u0131 de\u011fil bir kristalograft\u0131m, dolay\u0131s\u0131yla \u00e7o\u011funlukla sadece sistemin kendisi \u00fczerine ak\u0131l y\u00fcr\u00fct\u00fcyordum (Nas\u0131l DNA \u00fcretilece\u011fini ancak 1982\u2019de \u00f6\u011frendim).<\/p>\n

Escher\u2019den esinlenme
\n<\/em><\/strong>G\u00f6rd\u00fcm ki dallanm\u0131\u015f DNA ba\u011flant\u0131lar\u0131n\u0131n yaln\u0131zca d\u00f6rt de\u011fil \u00e7ok daha fazla say\u0131da kola sahip olmas\u0131n\u0131 m\u00fcmk\u00fcn k\u0131lmak gereklidir. 1980 sonbahar\u0131nda bir g\u00fcn, kamp\u00fcsteki barda oturmu\u015f alt\u0131 kollu bir ba\u011flant\u0131 \u00fczerine d\u00fc\u015f\u00fcn\u00fcyordum. Nedense kendimi Hollandal\u0131 sanat\u00e7\u0131 M. C. Escher\u2019in ah\u015fap bask\u0131 eseri \u201cDepth<\/em>\u201di (Derinlik) d\u00fc\u015f\u00fcn\u00fcrken buldum [bkz. sayfa 34, solda]<\/u><\/strong>. Resimdeki her bal\u0131\u011f\u0131n merkezi, alt\u0131 kollu bir ba\u011flant\u0131da olu\u015facak dallanma noktas\u0131n\u0131n m\u00fckemmel bir tasvirine benziyordu. Bal\u0131klar\u0131n merkezinden v\u00fccutlar\u0131n\u0131n alt\u0131 ayr\u0131 par\u00e7as\u0131 uzan\u0131yordu: Kafa ve kuyruk, alt ve \u00fcst y\u00fczge\u00e7ler ile sa\u011f ve sol y\u00fczge\u00e7ler. Bal\u0131klar\u0131n bedenindeki d\u00fczen, t\u0131pk\u0131 molek\u00fcler bir kristaldeki molek\u00fcllerin d\u00fczenine benziyordu; \u00f6ne-arkaya, yukar\u0131-a\u015fa\u011f\u0131 ve sa\u011fa-sola do\u011fru d\u00fczenli tekrarlar vard\u0131. Birden, yap\u0131\u015fkan u\u00e7lar\u0131 kullanarak ba\u011flant\u0131lar\u0131 birle\u015ftirirsem maddeyi nanometrik \u00f6l\u00e7ekte, ayn\u0131 Escher\u2019in bal\u0131klar\u0131na benzer \u015fekilde d\u00fczenleyebilece\u011fimi kavrad\u0131m.<\/p>\n

Bu t\u00fcr bir yap\u0131 olu\u015fturmak i\u00e7in birtak\u0131m iyi nedenler var elbette. \u00d6ncelikle, nanoskopik ayarlamalarla idare edilen bir yap\u0131da bir araya getirilmi\u015f molek\u00fcllerden olu\u015fan bir cismin \u00e7\u0131plak g\u00f6zle g\u00f6r\u00fclebilen par\u00e7alar\u0131n\u0131 \u00fcretebilmek i\u00e7in. Bu i\u015flem materyallerin yeni \u00f6zellikler kazanmas\u0131na veya mevcut \u00f6zelliklerinin yeni kombinasyonlar\u0131n\u0131n olu\u015fmas\u0131na yol a\u00e7abilir. \u00d6rne\u011fin, foton kristalleri gibi optik \u00f6zellik kazand\u0131r\u0131lm\u0131\u015f materyaller, belirli aral\u0131klarla tekrar eden, mutlak olarak tan\u0131mlanm\u0131\u015f diziler olu\u015fturulmas\u0131yla elde edilir.\"\"<\/p>\n

DNA\u2019n\u0131n bir ba\u015fka kullan\u0131m amac\u0131 ise, kendi ba\u015flar\u0131na tam bir kristal yap\u0131 olu\u015fturmayanlar da dahil olmak \u00fczere,\u00a0 ba\u015fka molek\u00fcl dizilerini muhafaza etmektir. B\u00f6ylece, proteinler gibi b\u00fcy\u00fck biyolojik molek\u00fcller i\u00e7eren DNA kafesleri kullan\u0131larak kristalografi deneylerinde kullan\u0131lmak \u00fczere kristaller \u00fcretilebilir [bkz. sayfa 34, sa\u011fda<\/u><\/strong>]. Bu kafesler, kristalograflar\u0131n kafes i\u00e7indeki molek\u00fcllerin yap\u0131s\u0131n\u0131 \u00fc\u00e7 boyutlu olarak tespit etmesine olanak sa\u011flar, bu da hedeflenen molek\u00fcl\u00fcn yaln\u0131z belirli par\u00e7alar\u0131 \u00fczerinde etki g\u00f6steren ila\u00e7lar\u0131n rasyonel tasar\u0131m\u0131 i\u00e7in temel bir i\u015flemdir. Geleneksel kristalografi ila\u00e7lar i\u00e7in m\u00fckemmel birer hedef olabilecek pek \u00e7ok resept\u00f6r molek\u00fclden bu anlamda faydalanmak i\u00e7in yetersiz kalmaktad\u0131r (Esasen bu alandaki ilgimi tetikleyen en kuvvetli \u015fey de bu kristalografik uygulamad\u0131r). Benzer \u015fekilde, Robinson ve benim 1987\u2019de iddia etti\u011fimiz gibi, nanoelektrik bile\u015fenler \u00e7ok k\u00fc\u00e7\u00fck bellek ara\u00e7lar\u0131na da d\u00f6n\u00fc\u015ft\u00fcr\u00fclebilir.<\/p>\n

Peki, DNA\u2019y\u0131 bu ama\u00e7larla kullanmaktaki sebep nedir? \u00d6ncelikli neden, DNA sarmallar\u0131n\u0131n birbirleriyle olabilecek en programlanabilir ve \u00f6ng\u00f6r\u00fclebilir \u015fekilde etkile\u015fime girmesidir. N<\/em> say\u0131da baza sahip bir yap\u0131\u015fkan u\u00e7taki baz dizilimi i\u00e7in 4N<\/sup><\/em> say\u0131da olas\u0131l\u0131k mevcuttur. Ucun bu muazzam de\u011fi\u015fkenli\u011fi ve yaln\u0131zca yak\u0131n olarak e\u015fle\u015fen dizilerle ba\u011flanma e\u011filimi, birbirine ba\u011fl\u0131 \u00e7ok say\u0131da DNA sarmal\u0131ndan olu\u015fan molek\u00fcller tasarlamaya olanak vermektedir. Dahas\u0131, iki yap\u0131\u015fkan ucun birbirlerine tutunduklar\u0131nda g\u00f6rece sert yap\u0131da kollara sahip, klasik sarmal DNA yap\u0131s\u0131n\u0131 olu\u015fturdu\u011funu biliyoruz. B\u00f6ylece, yaln\u0131zca hangi kollar\u0131n birbiriyle ba\u011fland\u0131\u011f\u0131n\u0131 de\u011fil, ayn\u0131 zamanda ba\u011flant\u0131 k\u0131s\u0131mlar\u0131n\u0131n detayl\u0131 \u015feklini g\u00f6rm\u00fc\u015f oluyoruz. 1990\u2019lar\u0131n ortalar\u0131ndan beri, yaln\u0131zca dizilimleri kullanarak dallanm\u0131\u015f t\u00fcrlerin DNA \u015feklini programlamak m\u00fcmk\u00fcnd\u00fcr. \u0130\u015fleyen maddeler i\u00e7in di\u011fer adaylar olan proteinler ya da antikorlar hakk\u0131nda hen\u00fcz bu denli spesifik bir bilgiye sahip de\u011filiz. Bu maddeler de muazzam de\u011fi\u015fkenli\u011fe sahiptir, fakat bir proteinin hangi \u015fekli alaca\u011f\u0131 ve iki protein ya da antikorun nas\u0131l bir araya gelece\u011fi her yeni \u00f6rnekte tekrar \u00e7\u00f6z\u00fclmesi gereken me\u015fakkatli konulard\u0131r.<\/p>\n

DNA ile \u00e7al\u0131\u015fman\u0131n ayr\u0131 bir nedeni de yapay yollarla \u00fcretiminin biyoteknoloji end\u00fcstrisinin sa\u011flad\u0131\u011f\u0131 ara\u00e7lar sayesinde son derece basit olu\u015fudur. Belli k\u0131s\u0131mlarda DNA\u2019y\u0131 b\u00f6len restriksiyon enzimi veya ligase (Kovalent ba\u011flar -atomlar aras\u0131nda elektron \u00e7iftlerinin payla\u015f\u0131lmas\u0131yla olu\u015fan g\u00fc\u00e7l\u00fc kimyasal ba\u011flar- yoluyla iki molek\u00fcl\u00fcn birle\u015fmesinde kataliz\u00f6r g\u00f6revi g\u00f6r\u00fcr) gibi bir\u00e7ok enzim ile DNA\u2019y\u0131 maniple edebiliriz. B\u00fct\u00fcn bu ara\u00e7lar klasik DNA\u2019y\u0131 oldu\u011fu gibi, ola\u011fan d\u00f6rtl\u00fcden farkl\u0131 bazlar\u0131 i\u00e7eren veya DNA iskeletinin d\u0131\u015f k\u0131sm\u0131na (DNA merdiveninin kenarlar\u0131) ilave molek\u00fcllerin eklemlendi\u011fi de\u011fi\u015fik t\u00fcrevlerini \u00fcretmede ve maniple etmede de kullan\u0131labilir. T\u0131p ara\u015ft\u0131rmac\u0131lar\u0131 n\u00fckleik asitleri (DNA ve RNA) tedavide kullanabilme umuduyla, bu t\u00fcr pek \u00e7ok varyant \u00fcretmi\u015flerdir. Farkl\u0131 versiyonlar\u0131n \u00fcretilmesi i\u00e7in DNA son derece elveri\u015flidir \u00e7\u00fcnk\u00fc sarmalda dizili olan her n\u00fckleotidin molek\u00fcllerin eklemlenebilece\u011fi kenarlar\u0131 vard\u0131r.<\/p>\n

Son olarak, a\u015fa\u011f\u0131da da g\u00f6rece\u011fimiz gibi, DNA standart ikili sarmaldan farkl\u0131 yap\u0131lar meydana getirmek i\u00e7in de kullan\u0131labilir. Bir DNA yap\u0131s\u0131ndan di\u011ferine ge\u00e7i\u015fi sa\u011flad\u0131\u011f\u0131m\u0131zda, kapanan k\u0131ska\u00e7lar veya d\u00f6nen dingil gibi hareketli par\u00e7alara sahip nanomekanik aletler \u00fcretebiliriz. Bir dezavantaj, DNA cisimlerinin sudan olu\u015fan bir \u00e7\u00f6zelti i\u00e7in yap\u0131land\u0131r\u0131lmas\u0131 gere\u011fidir. Ancak elde edilen yap\u0131y\u0131 kurutmak (mika \u00fczerinde \u00f6rne\u011fin) bir sorun te\u015fkil etmez, kullan\u0131lan y\u00f6ntem al\u0131nan sonu\u00e7lar\u0131n mikroskobik g\u00f6r\u00fcnt\u00fclerinde yap\u0131lana benzer.<\/p>\n

\u00c7ubuk modeli
\n<\/em><\/strong>Yeni bir bilimsel ara\u015ft\u0131rman\u0131n program\u0131 i\u00e7in gereken ilk ad\u0131m projenin temel fizibilitesini ortaya koymakt\u0131r. 1991\u2019de, \u015fimdi Delaware \u00dcniversitesi\u2019nde g\u00f6rev yapmakta olan Jung-huei Chen ile birlikte \u00e7ubuklardan olu\u015fmu\u015f k\u00fcp \u015feklinde bir DNA molek\u00fcl\u00fc olu\u015fturdu\u011fumuzda [bkz. sayfa 35]<\/u><\/strong> bunu yapm\u0131\u015ft\u0131k. K\u00fcb\u00fcn kenarlar\u0131nda \u00e7ifte sarmall\u0131 DNA iplikleri bulunuyordu, b\u00f6ylece her k\u00f6\u015fede \u00fc\u00e7 kollu bir ba\u011flant\u0131 olu\u015fmu\u015ftu. Her k\u00f6\u015fe di\u011fer \u00fc\u00e7 k\u00f6\u015feyle ba\u011flant\u0131l\u0131yd\u0131, yani diyebiliriz ki \u00fc\u00e7l\u00fc ba\u011flan\u0131rl\u0131\u011fa sahipti. Genetik m\u00fchendisler taraf\u0131ndan pek \u00e7ok do\u011frusal DNA in\u015fa edilmi\u015ftir, ancak bizim bu yapt\u0131\u011f\u0131m\u0131z ikiden fazla ba\u011flan\u0131rl\u0131\u011f\u0131 olan ilk DNA molek\u00fcl\u00fcyd\u00fc. Yapt\u0131\u011f\u0131m\u0131z k\u00fcp, birbirine tutunmak \u00fczere tasarlanm\u0131\u015f DNA par\u00e7alar\u0131n\u0131 kendi kendine d\u00fczenliyordu ancak her par\u00e7an\u0131n ucu birle\u015fmiyordu. Ligaseler bu serbest u\u00e7lara ba\u011flanabiliyordu, b\u00f6ylece k\u00fcb\u00fcn her y\u00fcz\u00fcne bir tane d\u00fc\u015fecek \u015fekilde, alt\u0131 adet kapal\u0131 spiral meydana geliyordu. DNA\u2019n\u0131n sarmal yap\u0131s\u0131 dolay\u0131s\u0131yla bu spirallerin her biri yan taraf\u0131ndaki spiralin etraf\u0131nda b\u00fck\u00fcl\u00fcyordu, bu sayede k\u00fcb\u00fcn da\u011f\u0131lmas\u0131 t\u00fcm baz \u00e7iftleri aras\u0131ndaki ba\u011f\u0131n bir \u015fekilde k\u0131r\u0131lmas\u0131 halinde dahi \u00f6nlenmi\u015f oluyordu.<\/p>\n

Rockville\u2019deki \u0130nsan Genom Bilimi\u2019nde (Human Genome Sciences) \u00e7al\u0131\u015fmakta olan Yuwen Zhang ile birlikte yapt\u0131\u011f\u0131m\u0131z \u00e7al\u0131\u015fmada tepesi kesik piramit formunda, octahedron denilen (truncated octahedron) sekiz y\u00fczeyli bir ba\u015fka \u015fekil meydana getirdik [bkz. Sayfa 30]<\/u><\/strong>. Bu \u015fekil yukar\u0131da s\u00f6zn\u00fc etti\u011fim k\u00fcbe benzemekle birlikte daha karma\u015f\u0131k bir yap\u0131ya sahipti. Octahedron i\u00e7in \u00fc\u00e7 kollu ba\u011flant\u0131lar da yeterli olmas\u0131na kar\u015f\u0131n bu kez d\u00f6rt kollu ba\u011flant\u0131lar olu\u015fturmay\u0131 tercih ettik. Her k\u00f6\u015feden \u00e7\u0131k\u0131nt\u0131 olu\u015fturan fazladan bir kol octahedronun daha b\u00fcy\u00fck bir ba\u015fka yap\u0131 ile ba\u011flant\u0131s\u0131nda kullan\u0131labilirdi, fakat neticede bu y\u00f6nde bir ad\u0131m atmad\u0131k. Octahedronlardan yaln\u0131zca \u00e7ok k\u00fc\u00e7\u00fck bir miktarda \u00fcrettik -ancak yap\u0131s\u0131n\u0131 tan\u0131mlayacak ve birka\u00e7 tanesinin bir araya geli\u015fi \u00fczerinde \u00e7al\u0131\u015facak kadar- ve b\u00f6yle oldu\u011fu halde elimizdeki \u00f6rnek prosed\u00fcr\u00fc tekrar g\u00f6zden ge\u00e7irmeye gerek kalmaks\u0131z\u0131n yapabileceklerimizin s\u0131n\u0131rlar\u0131n\u0131 bize g\u00f6sterdi. B\u00f6ylece biz de daha basit bile\u015fenlere y\u00f6neldik.\"\"<\/p>\n

Ara\u015ft\u0131rmadaki y\u00f6n\u00fcm\u00fcz\u00fc de\u011fi\u015ftirmemizin bir ba\u015fka nedeni de yapm\u0131\u015f oldu\u011fumuz \u00e7ubuk polyphedronun sabit olmad\u0131\u011f\u0131n\u0131 fark etmemizdi. DNA kat\u0131 bir molek\u00fcld\u00fcr: \u0130ki veya \u00fc\u00e7 k\u0131vr\u0131m\u0131 olacak uzunluktaki bir DNA iplik\u00e7i\u011fi (polyphedronun kenarlar\u0131 i\u00e7in kulland\u0131\u011f\u0131m\u0131z uzunluk buydu), sarmal\u0131n\u0131n ekseni etraf\u0131nda ancak iki-\u00fc\u00e7 milimetrelik bir par\u00e7a spagettinin ekseninde d\u00f6nebilece\u011fi kadar k\u0131m\u0131ldayabilir. Bu esneklikten yoksunluk durumu bizim \u00e7ubuk modelimizin kenarlar\u0131n\u0131n da kat\u0131 ve b\u00fck\u00fclmez olaca\u011f\u0131n\u0131 garantiliyordu, fakat \u00f6\u011frenmi\u015f olduk ki k\u00f6\u015felerdeki a\u00e7\u0131lar olduk\u00e7a de\u011fi\u015fkenlik g\u00f6steriyordu. Yapt\u0131\u011f\u0131m\u0131z polyphedronlar (\u00e7ok y\u00fczeyli \u00fc\u00e7 boyutlu cisim) daha \u00e7ok k\u00f6\u015felerinden mar\u015fmelov (lokum) par\u00e7alar\u0131yla tutturulmu\u015f k\u00fcrdanlara benziyordu. B\u00f6ylesi bir yap\u0131n\u0131n da elbette kullan\u0131m alanlar\u0131 olacakt\u0131r, fakat arzu etti\u011fimiz gibi d\u00fczenli bir \u00f6rg\u00fc \u00fcretmede bize faydas\u0131 yoktu. D\u00fczenli, kristal benzeri bir maddenin d\u00fczenlenmesi i\u00e7in tu\u011fla gibi kat\u0131 bile\u015fenler kullanmak mar\u015fmelovlardan \u00e7ok daha kolayd\u0131.<\/p>\n

Bu sorunu \u00e7\u00f6zmek i\u00e7in, ekibim biyolojik rekombinasyon sistemlerinde g\u00f6r\u00fclen bir ba\u015fka dall\u0131 modeli, DNA \u00e7ifte-\u00e7apraz molek\u00fcl\u00fcn\u00fc (DX) inceledi.\u00a0 DX molek\u00fcl\u00fcnde yan yana s\u0131ralanm\u0131\u015f iki adet ikili sarmal mevcuttur; sarmallar\u0131n aras\u0131ndaki ba\u011flant\u0131 birbirlerini kesen iplik\u00e7iklerin ba\u011flanmas\u0131yla olu\u015fur [sayfa 36\u2019daki kutuya bak\u0131n\u0131z]<\/u><\/strong>. \u0130ncelememiz sonucu bunun kat\u0131 ve sert bir molek\u00fcl oldu\u011funu g\u00f6rd\u00fck. Ayr\u0131ca, o zaman duyurdu\u011fumuz \u00fczere, bir ba\u015fka k\u00fc\u00e7\u00fck ikili sarmal b\u00f6lgesi (DX + denir) i\u00e7eren bir DX molek\u00fcl\u00fc ise \u00e7ok daha kat\u0131 idi. Fazladan bir ikili sarmal b\u00f6lgesi DX molek\u00fcl\u00fcn\u00fcn tepesinde bir t\u00fcmsek yarat\u0131yordu. Bu t\u00fcmsek bir t\u00fcr imleyici i\u015flevi g\u00f6r\u00fcyordu; bir ressam\u0131n vuru\u015flar\u0131n\u0131n nanoteknolojik kar\u015f\u0131l\u0131\u011f\u0131 gibi.<\/p>\n

California Teknoloji Enstit\u00fcs\u00fc\u2019nden (California Institute of Technology) Erik Winfree ve New York \u00dcniversitesi\u2019ndeki ekibimden Furong Liu ile Lisa A. Wenzler\u2019in ortak y\u00fcr\u00fctt\u00fckleri bir \u00e7al\u0131\u015fmada, \u00f6nceden tan\u0131mlanm\u0131\u015f \u015fablonlar\u0131 olan iki boyutlu kristaller \u00fcretmek \u00fczere DX ve DX + J molek\u00fcllerinin kombinasyonlar\u0131 d\u00f6\u015feme par\u00e7alar\u0131 olarak kullan\u0131ld\u0131. Bu par\u00e7alar her sarmal\u0131n yap\u0131\u015fkan u\u00e7lar\u0131 taraf\u0131ndan bir araya getirildi. Olu\u015fturulan d\u00fczenlemelerden birinde, DX d\u00f6\u015femelerinden olu\u015fmu\u015f s\u00fctunlar ile de\u011fi\u015fken DX + J d\u00f6\u015femelerinden olu\u015fan s\u00fctunlar\u0131n kullan\u0131lmas\u0131yla birbirinden yakla\u015f\u0131k 32 nanometre ayr\u0131 duran \u015ferit modeller elde edildi. \u015eerit s\u0131ralar\u0131n\u0131 d\u00fcz mika bir y\u00fczeyde biriktirdik ve atomik kuvvet mikroskobuyla inceleyerek yap\u0131n\u0131n boyutlar\u0131n\u0131n do\u011fru oldu\u011funu teyit ettik. Olu\u015fturdu\u011fumuz modelde, her DX + J s\u00fctunu i\u00e7in \u00fc\u00e7 adet DX s\u00fctunuyla ba\u011flanarak modifiye edilmi\u015f d\u00f6\u015femeleri olan ikinci bir kristal yaparak \u00fcretti\u011fimiz \u015feritlerin aras\u0131ndaki mesafenin ikiye katlanmas\u0131n\u0131n tesad\u00fcfi olmad\u0131\u011f\u0131n\u0131 g\u00f6stermi\u015f olduk.<\/p>\n

Daha yak\u0131n bir zamanda John H. Reif\u2019in Duke \u00dcniversitesi\u2019ndeki ekibi bu t\u00fcr modeller kullanarak \u201cDNA \u00e7ubuk kodlar\u0131n\u0131\u201d sergiledi. Bu d\u00f6\u015femelerde \u015feritlerin konumu \u201c01101\u201d rakamlar\u0131n\u0131 temsil eden (DX ve DX + J\u2019n\u0131n\u00a0 s\u0131ras\u0131yla 0 ve 1 rakamlar\u0131na denk geldi\u011fi molek\u00fcllerle) bir \u015fekil olu\u015fturacak bi\u00e7imde programlanm\u0131\u015ft\u0131. \u015eeklin programlanmas\u0131 DNA ba\u011f\u0131 girdisindeki s\u0131ran\u0131n 01101 \u015fablonuyla kodlanmas\u0131yla olmu\u015ftu. DX ve DX + J tu\u011flalar\u0131n\u0131n analoglar\u0131 kendilerini DNA ba\u011f\u0131nda 0 ve 1\u2019e denk gelen kesitlere atam\u0131\u015ft\u0131. Bu t\u00fcr be\u015f tu\u011flal\u0131 bir\u00e7ok kesit paralel \u015fekilde bir araya gelerek 01101 \u015fablonlu \u015feritleri olu\u015fturmu\u015ftu. \u015eeritler aras\u0131ndaki uzakl\u0131k 15 nanometre civar\u0131ndayd\u0131. \u015eeritlerin atomik kuvvet mikroskobu kullan\u0131larak incelenmesiyle \u00e7ubuk kodlar\u0131 DNA ba\u011f\u0131nda kodlanm\u0131\u015f olan girdileri okumak i\u00e7in etkin \u015fekilde kullan\u0131labiliyordu. DNA dizilimini okumaya yarayan bu g\u00f6rsel ara\u00e7 DNA temelli programlama a\u015famas\u0131nda muazzam bir h\u0131z art\u0131\u015f\u0131 sa\u011flad\u0131, ayr\u0131ca mutasyonlar\u0131 haritalamada da kullan\u0131labilece\u011fi anla\u015f\u0131ld\u0131. Uzun DNA ba\u011flar\u0131n\u0131n kullan\u0131m ama\u00e7lar\u0131nda yak\u0131nlarda ger\u00e7ekle\u015fmi\u015f heyecan verici bir ba\u015fka geni\u015fleme ise Caltech\u2019ten Paul Rothemund\u2019un yakla\u015f\u0131k 7000 n\u00fckleotidin olu\u015fturdu\u011fu, vir\u00fcslerden meydana gelen bir ba\u011f\u0131 karma\u015f\u0131k modeller, \u00f6rne\u011fin bir g\u00fclen surat veya bat\u0131 yar\u0131mk\u00fcrenin bir haritas\u0131 gibi, in\u015fa etmek i\u00e7in kullanmas\u0131yla oldu.\"\"<\/p>\n

\u015eu anda Purdue \u00dcniversitesi\u2019nde g\u00f6rev yapmakta olan Chengde Mao ile birlikte paralelkenar DNA\u2019dan, daha \u00f6nce bahsetti\u011fim \u00e7ubuk \u015fekilli polyphedronlara benzeyen iki boyutlu modeller \u00fcrettik. Bu birimin kopyalar\u0131 iki boyutlu bi\u00e7imde yay\u0131lan kristaller olu\u015fturacak \u015fekilde bir araya getirilebiliyordu. Dizideki oyuklar\u0131n b\u00fcy\u00fckl\u00fc\u011f\u00fc paralelkenarlar\u0131n boyutlar\u0131 de\u011fi\u015ftirilerek ayarlan\u0131yordu. Tek ba\u015f\u0131na duran \u00e7ok dall\u0131 ba\u011flant\u0131lar\u0131n gev\u015fek olmas\u0131na ra\u011fmen bir paralelkenar\u0131n k\u00f6\u015felerinde d\u00f6rd\u00fc bir araya geldi\u011finde, paralelkenar s\u0131ras\u0131nda istenen \u015fekilde hareket eden bir birim ortaya \u00e7\u0131k\u0131yordu.<\/p>\n

Nanomakineler
\n<\/em><\/strong>Nanoteknolojinin merkezinde molek\u00fcl \u00f6l\u00e7ekli makineler yatar. DNA\u2019n\u0131n bu makineleri yapmak i\u00e7in \u00e7ok kullan\u0131\u015fl\u0131 oldu\u011fu kan\u0131tland\u0131. DNA\u2019dan pek \u00e7ok alet \u00fcrettik, fakat \u015fimdi etrafl\u0131ca tan\u0131mlanm\u0131\u015f iki tanesine odaklanmak istiyorum. Her ikisinde de mekanizma DNA molek\u00fcllerinin yap\u0131sal ge\u00e7i\u015fleri -bir adaptasyondan di\u011ferine (ikili sarmaldaki gibi) de\u011fi\u015fiklik-\u00a0 \u00fczerine dayanm\u0131\u015ft\u0131r.<\/p>\n

Klasik DNA sarmal\u0131 sa\u011flakt\u0131r. Spiral bir merdivenden sol eliniz i\u00e7, sa\u011f eliniz d\u0131\u015f t\u0131rabzanda olacak \u015fekilde \u00e7\u0131kt\u0131\u011f\u0131n\u0131z\u0131 d\u00fc\u015f\u00fcn\u00fcn. B\u00f6yle bir merdiven sa\u011flak bir sarmal olu\u015fturur. Klasik, sa\u011flak DNA\u2019ya B-DNA denir ve s\u0131v\u0131 ortamlarda enerjiyle ilgili olarak en \u00e7ok faydalan\u0131lan yap\u0131d\u0131r.<\/p>\n

DNA ikili sarmal\u0131 ayn\u0131 zamanda baz s\u0131ras\u0131na ve i\u00e7inde bulundu\u011fu \u00e7\u00f6zeltideki kimyasallar\u0131n t\u00fcrlerine ba\u011fl\u0131 olarak pek \u00e7ok farkl\u0131 yap\u0131 \u00f6ng\u00f6rebilir. Bir tanesi Z-DNA\u2019d\u0131r; yap\u0131s\u0131 ilk olarak 1979\u2019da Massachusets Teknoloji Enstit\u00fcs\u00fc\u2019ndeki (Massachosets Institute of Technology) Alexander Rich ve \u00e7al\u0131\u015fma arkada\u015flar\u0131 taraf\u0131ndan tan\u0131mlanm\u0131\u015ft\u0131r [bkz. sayfa 33, \u00fcstteki kutu]<\/u><\/strong>. Z-DNA solak bir DNA yap\u0131s\u0131d\u0131r.<\/p>\n

Z-DNA \u00fcretmek i\u00e7in tipik olarak de\u011fi\u015fken sitozin ve guanin bazlar\u0131 kullanmak gerekir. DNA omurgas\u0131 negatif olarak y\u00fcklenmi\u015f fosfat gruplar\u0131 i\u00e7erir, bunlar bir araya gelerek Z-DNA yap\u0131s\u0131n\u0131 olu\u015ftururlar. Ya yo\u011fun olarak tuz ya da \u00e7ok daha seyrek \u00e7\u00f6zeltilerde ayn\u0131 i\u015fi g\u00f6ren kobalt heksamin, Co (NH3<\/sub>)6<\/sub>+++<\/sup> gibi \u00f6zel bir \u201cdengeleyici\u201d i\u00e7eren s\u0131v\u0131 bir ortamda fosfatlar\u0131n y\u00fckleri birbirinden ayr\u0131larak g\u00f6zlemlenirken Z-DNA yap\u0131s\u0131ndan faydalan\u0131l\u0131r. Sitozin-guanin s\u0131ras\u0131 ko\u015fulu DNA molek\u00fcl\u00fcn\u00fcn neresinde<\/strong> B-Z ge\u00e7i\u015finin ger\u00e7ekle\u015fti\u011fini (dolay\u0131s\u0131yla makinemizin ne<\/strong> yapt\u0131\u011f\u0131n\u0131), ortam ko\u015fulu ise ge\u00e7i\u015fin ne zaman<\/strong> ge\u00e7ekle\u015fti\u011fini (makinenin hareketini) kontrol edebilmemize olanak sa\u011flar.\"\"<\/p>\n

New York \u00dcniversitesi\u2019ndeki meslekda\u015flar\u0131m Weiqiong Sun ve Zhiyong Sheen, Mao ile birlikte DNA ikili sarmal\u0131n\u0131n mil g\u00f6revi g\u00f6rerek birbirine ba\u011flad\u0131\u011f\u0131 iki DX molek\u00fcl\u00fcnden olu\u015fan bir ayg\u0131t geli\u015ftirdik [bkz. sayfa 37, canland\u0131rma]<\/u><\/strong>. Milin ortas\u0131ndaki, 20 \u00e7iftten olu\u015fan dizi Z-yap\u0131s\u0131n\u0131 uygun ko\u015fullarda himaye edebilecek \u00f6zellikteydi. Normal ko\u015fullarda ayg\u0131t\u0131n her par\u00e7as\u0131 B-DNA olu\u015fturur. Ayr\u0131ca iki DX molek\u00fcl\u00fc de milin ekseninin ayn\u0131 taraf\u0131nda durur. \u00c7\u00f6zeltiye kobalt heksamin eklendi\u011fi zaman, milin merkez k\u0131sm\u0131 Z-DNA\u2019ya d\u00f6n\u00fc\u015f\u00fcr ve DX molek\u00fcllerinden biri di\u011ferine g\u00f6re 3,5 tur d\u00f6ner; son yar\u0131m tur molek\u00fcllerin art\u0131k milin ekseninde z\u0131t taraflarda olduklar\u0131 anlam\u0131na gelir. Kobalt heksaminin \u00e7\u00f6zeltiden kald\u0131r\u0131lmas\u0131 ise s\u00fcreci tersine \u00e7evirerek ayg\u0131t\u0131 \u00f6zg\u00fcn konumuna geri getirir. Biz bu hareketin ger\u00e7ekle\u015fti\u011fini iki renkli boyalarla i\u015faretlenmi\u015f DX molek\u00fcllerinin bulundu\u011fu bir spektroskopi kullanarak g\u00f6sterdik.<\/p>\n

Bu t\u00fcr bir B-Z ayg\u0131t\u0131 olduk\u00e7a sa\u011flamd\u0131r, ancak bir kusuru vard\u0131r. Bir s\u00fcr\u00fc farkl\u0131 B-Z ayg\u0131t\u0131 daha b\u00fcy\u00fck bir \u00fcst yap\u0131ya dahil olsalar (daha \u00f6nce s\u00f6z etti\u011fim iki boyutlu \u00f6rg\u00fcler gibi) t\u00fcm yap\u0131n\u0131n ancak iki durumu olabilirdi: B durumundaki makineler ya da Z durumundaki makineler. Bir makineler b\u00fct\u00fcn\u00fcn\u00fc ayr\u0131 ayr\u0131 kontrol edebilmek i\u00e7in ba\u011f\u0131ms\u0131z tetikler gerekir. DNA ile, elbette ki bunu yapman\u0131n do\u011fal bir yolu var; DNA iplik\u00e7iklerini tetik olarak kullan\u0131r\u0131z, b\u00f6ylece her makinede tetikleyici olacak farkl\u0131 bir baz dizilimine sahip oluruz.<\/p>\n

\u00d6z<\/strong>et: DNA nanoteknolojisi
\n<\/strong>– DNA nanometrik yap\u0131lar kurmak i\u00e7in ideal bir molek\u00fcld\u00fcr. DNA sarmallar\u0131, tamamlay\u0131c\u0131 bazlar\u0131n uygun bir kombinasyonuna sahip kollar olu\u015fturulmas\u0131yla, kendi kendilerini girift bir d\u00fczende bir araya getirecek \u015fekilde programlanabilir.
\n– DNA\u2019n\u0131n yap\u0131 iskelesi kristalografide yararlan\u0131lmak \u00fczere yabanc\u0131 molek\u00fclleri d\u00fczenli bir s\u0131rada konuk edebilir. Ayr\u0131ca molek\u00fcl boyutundaki elektrikli aletleri muhafaza edebilir veya hassas ayarlamalar gerektiren molek\u00fcler dizilim ile elde edilen materyallerin \u00fcretiminde kullan\u0131labilir.
\n– Nanometrik \u00f6l\u00e7ekli DNA makinelerinin yap\u0131lar\u0131n\u0131n par\u00e7alar\u0131 bir DNA dizilimden di\u011ferine de\u011fi\u015fiklik g\u00f6sterir. Bu de\u011fi\u015fimler kimyasal yollarla veya bunun i\u00e7in \u00f6zel olarak \u00fcretilmi\u015f DNA sarmallar\u0131yla kontrol edilebilir.<\/p><\/blockquote>\n

Bu \u015femay\u0131 uygulamaya koymak i\u00e7in \u015fimdi Arizona Devlet \u00dcniversitesi\u2019nde bulunan Hao Yan, New York \u00dcniversitesi\u2019nden Xiaoping Zhang ve ben farkl\u0131 ba\u011flar eklemlendi\u011finde \u015fekil de\u011fi\u015ftiren bir sistem geli\u015ftirdik. Bu sistem, her biri merkez kesi\u015fme b\u00f6lgesinde tek bir iplik\u00e7i\u011fe indirgenen iki adet paralel DNA \u00e7ifte sarmal\u0131ndan olu\u015fur. Tek iplikli k\u0131s\u0131mlara ba\u011flanmak \u00fczere \u00e7\u00f6zeltiye hangi ba\u011flar\u0131n eklendi\u011fine ba\u011fl\u0131 olarak, kesi\u015fme b\u00f6lgesinde iki farkl\u0131 hal s\u00f6z konusudur. Ayg\u0131t\u0131n bu iki hali PX (\u201cparanemic crossover\u201d – paranemik kesi\u015fme) ve JX (\u201cjuxtaposed\u201d – yan yana dizilmi\u015f) olarak adland\u0131r\u0131lm\u0131\u015ft\u0131r. Ayg\u0131t PX durumunda iken merkezi ba\u011flant\u0131n\u0131n bir taraf\u0131ndaki iki sarmal JX durumundaki pozisyonlar\u0131n yar\u0131m tur civar\u0131nda d\u00f6ner.<\/p>\n

\u00c7\u00f6zeltiye belli bir \u00e7ift ba\u011f\u0131n eklenmesiyle JX halindeki ayg\u0131t merkez b\u00f6lgeye kesi\u015fme olmaks\u0131z\u0131n ba\u011flan\u0131r. PX durumuna getirmek i\u00e7in \u00f6ncelikle bu ba\u011flar\u0131 kald\u0131rmak gerekir. 2000 y\u0131l\u0131nda Lucent Technologies\u2019den Bernard Yurke ve \u00e7al\u0131\u015fma arkada\u015flar\u0131 bir ba\u011f\u0131n DNA\u2019dan b\u00fct\u00fcnleyici ba\u011f\u0131n eklenmesiyle ayr\u0131labilece\u011fini g\u00f6sterdiler. Bu s\u00fcreci ger\u00e7ekle\u015ftirmek i\u00e7in, ba\u011flar\u0131n ayg\u0131tla \u00e7iftlenmeyen k\u0131sa u\u00e7lar\u0131n\u0131n olmas\u0131 gerekir. \u00c7\u00f6zeltiye b\u00fct\u00fcnleyici tam bir ba\u011f eklendi\u011finde \u00e7iftlenmemi\u015f ba\u011f ile birle\u015fir ve ayg\u0131ttaki diziden ayr\u0131lm\u0131\u015f olur.\"\"<\/p>\n

Ayr\u0131lan kollarla birlikte, ayg\u0131ta merkez b\u00f6lgeyle kesi\u015fecek farkl\u0131 ba\u011flar ekleyebiliriz. Bu ba\u011flanma \u00e7ifte sarmallar\u0131 d\u00f6nd\u00fcrecek ve ayg\u0131t\u0131 PX durumuna getirecektir. Yeni eklenen ba\u011flar\u0131n \u00e7\u0131kart\u0131l\u0131p eskilerinin eklenmesiyle de s\u00fcre\u00e7 tekrar tersine d\u00f6ner. Bu \u015fekilde ikili sarmallar\u0131 iste\u011fe g\u00f6re iki durumdan birine s\u00fcrekli oynatabiliriz. Ayn\u0131 zamanda bir grup farkl\u0131 PX ve JX ayg\u0131t\u0131, ba\u011flar\u0131n eklenip \u00e7\u0131kart\u0131lmas\u0131yla birbirinden ba\u011f\u0131ms\u0131z olarak kontrol edilebilir.<\/p>\n

Atomik kuvvet mikroskobunu ayg\u0131t\u0131m\u0131z\u0131n nas\u0131l hareket etti\u011finin sa\u011flamas\u0131n\u0131 yapmak i\u00e7in kulland\u0131k. Bu ayg\u0131tlardan olu\u015fan uzun bir zincir olu\u015fturduk ve her ayg\u0131t\u0131n bir taraf\u0131na yamuk \u015feklinde uzun bir DNA birimi ba\u011flad\u0131k. T\u00fcm ayg\u0131tlar PX durumunda iken yamuklar zincirin ayn\u0131 taraf\u0131nda duruyordu. Hepsi JX durumuna geldi\u011fi zaman yamuklar zigzag seyrinde taraf de\u011fi\u015ftirdi.<\/p>\n

2000\u2019de Yurke ve arkada\u015flar\u0131 \u00fc\u00e7 DNA ba\u011f\u0131ndan yapt\u0131klar\u0131 nanoskopik \u201ck\u0131ska\u00e7lar\u0131\u201d duyurdu. Yurke, k\u0131ska\u00e7lar\u0131n a\u00e7\u0131l\u0131p kapanma hareketini y\u00f6nlendiren bu ba\u011flar\u0131 yak\u0131t ba\u011flar olarak adland\u0131rd\u0131. Ba\u015fka ara\u015ft\u0131rmac\u0131lar da benzer sistemler kullanarak ribozomlar\u0131n -RNA\u2019dan olu\u015fan enzimler- faaliyetini y\u00f6nlendirdiler. 1998 y\u0131l\u0131nda Austin\u2019deki Texas \u00dcniversitesi\u2019nden Michael P. Robinson ve Andrew D. Ellington, bir ribozomun hareketinin kendisine eklemlenerek bi\u00e7imini de\u011fi\u015ftirecek uygun ba\u011flar\u0131n eklenmesiyle 10.000 katl\u0131k bir geli\u015fme sa\u011flayabilece\u011fini g\u00f6sterdiler.<\/p>\n

Temel ama\u00e7lardan bir tanesi de DNA ayg\u0131tlar\u0131n\u0131 \u00e7at\u0131y\u0131 olu\u015fturan dizilere dahil etmek olagelmi\u015ftir. Karma\u015f\u0131k hareketleri ve muhtelif halleri olan DNA temelli nanorobotikler i\u00e7in bu ilk ad\u0131md\u0131r. \u015eimdi Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvar\u0131\u2019n\u0131n (Lawrence Berkeley National Laboratory) Molek\u00fcler D\u00f6k\u00fcmhane k\u0131sm\u0131nda g\u00f6rev yapmakta olan Baoquan Ding ve ben birlikte 2006\u2019n\u0131n sonlar\u0131nda yapt\u0131\u011f\u0131m\u0131z bir \u00e7al\u0131\u015fmada bu hedefe ula\u015ft\u0131\u011f\u0131m\u0131z\u0131 bildirdik. Ayr\u0131ca Barr Eczac\u0131l\u0131k\u2019tan (Barr Pharmaceuticals) Shiping Liao ile olan \u00e7al\u0131\u015fmam\u0131zda da PX-JX ayg\u0131tlar\u0131 sistemini kullanarak DNA sinyallerini polimer montaj talimatlar\u0131na \u00e7eviren \u00e7ok halli bir sistem geli\u015ftirdik. Burada anlatt\u0131klar\u0131ma benzer sistemler kullanmak yeni materyalleri ince ayarlar dahilinde kullanmam\u0131za olanak sa\u011flayacakt\u0131r. Florida Devlet \u00dcniversitesi\u2019nden Lei Zhu ve New York \u00dcniversitesi\u2019nden James W. Canary ile Philip S. Lukeman\u2019la ger\u00e7ekle\u015ftirdi\u011fimiz \u00e7al\u0131\u015fmada n\u00fckleik asit omurgas\u0131na yerle\u015ftirilmi\u015f k\u00fc\u00e7\u00fck naylon par\u00e7alar\u0131ndan yap\u0131lm\u0131\u015f bir prototip geli\u015ftirdik. B\u00fct\u00fcn bu sayd\u0131klar\u0131m \u0131\u015f\u0131\u011f\u0131nda, ileride yeni polimerler ve \u00f6zel topolojileri ve \u00f6zellikleri olan polimer kombinasyonlar\u0131 \u00fcretebilmeyi umut ediyoruz.\"\"<\/p>\n

Gelecekte\u2026
\n<\/em><\/strong>DNA\u2019ya dayanan nanoteknoloji i\u00e7in hayati hedef iki boyutta elde edilen ba\u015far\u0131y\u0131 \u00fc\u00e7 boyuta da yaymakt\u0131r. Bu ger\u00e7ekle\u015fti\u011finde bir dizi DNA s\u0131ras\u0131n\u0131 belirleyip birle\u015ftirerek kat\u0131 materyaller tasarlayabilir hale gelece\u011fiz. \u015eayet sistemler son derece d\u00fczenli olursa muntazaman tekrar eden \u00e7er\u00e7evede molek\u00fcller i\u00e7eren kristalografik deneyler uygulanabilir olacakt\u0131r.<\/p>\n

Bu hedefi ger\u00e7ekle\u015ftirmek DNA\u2019n\u0131n programlanabilir bir bile\u015fen olarak kullan\u0131lmas\u0131n\u0131 gerektirir. Fakat ne kristalografi ne de nanoelektronik yaln\u0131zca DNA\u2019ya dayanabilir. \u00d6rne\u011fin, metal nanopar\u00e7ac\u0131klar ya da karbon nanot\u00fcpler gibi nanoelektronik bile\u015fenlerin sistemlerdeki DNA molek\u00fclleri ve hem DNA hem de ba\u015fka bile\u015fenlerle uyumlu s\u0131v\u0131 \u00e7\u00f6zeltiler ile birle\u015ftirilmesi gerekecektir. Bu molek\u00fcllerin de\u011fi\u015fik kimyasal do\u011falar\u0131 d\u00fc\u015f\u00fcn\u00fcld\u00fc\u011f\u00fcnde, metal nanopar\u00e7aklar\u0131 DNA s\u0131ralar\u0131nda d\u00fczenlemek kolay de\u011fildir. Ne var ki Hao Yan, Minnesota \u00dcniversitesi\u2019nden Richard A. Kiehl ve benim ekibim bu \u00e7abalar\u0131nda ba\u015far\u0131l\u0131 oldular. Buna ek olarak, nanoelektronik DNA\u2019n\u0131n kendini atamas\u0131yla yap\u0131land\u0131r\u0131lsa bile nanomakineler nihai olarak makroskopik d\u00fcnya ile ba\u011flar\u0131n \u00e7\u00f6zeltiye eklenip \u00e7\u0131kart\u0131lmas\u0131ndan daha incelikli ve karma\u015f\u0131k \u015fekilde etkile\u015fime ge\u00e7me ihtiyac\u0131 duyacakt\u0131r. Bu a\u015f\u0131lmas\u0131 \u00e7ok daha g\u00fc\u00e7 bir hedeftir.<\/p>\n

Hayallerin nanoteknolojik makinesi kopya edilebilir oland\u0131r. Ancak do\u011frusal DNA\u2019n\u0131n aksine, dallanm\u0131\u015f DNA kendini kolayca kopyalamaz. Yine de 2003\u2019\u00fcn sonlar\u0131nda La Jolla, California\u2019daki Scripps Ara\u015ft\u0131rma Enstit\u00fcs\u00fc\u2019nden (Scripps Research Institute) William M. Shih, Joel D. Quispe ve Gerald F. Joyce kendini kopyalayan DNA nesnelerine do\u011fru heyecan verici bir ilk ad\u0131m att\u0131lar. Bir adet uzun DNA ba\u011f\u0131ndan (yakla\u015f\u0131k 1.700 bazdan olu\u015fuyordu), atamay\u0131 tamamlamak i\u00e7in be\u015f k\u0131sa \u201cyard\u0131mc\u0131\u201d ba\u011f kullanarak, bir octahedron in\u015fa ettiler. Octahedronun her kenar\u0131 iki adet birbirine ba\u011fl\u0131 DNA ikili sarmal\u0131ndan olu\u015fuyordu -bir dizi DX ve PX molek\u00fcl\u00fc. Kenarlar yakla\u015f\u0131k 14 nanometre uzunlu\u011fundayd\u0131, veya bir \u00e7ifte sarmal\u0131n 4 tur d\u00f6n\u00fc\u015f mesafesi kadar. Katlanm\u0131\u015f bir octahedron \u00e7o\u011falamaz, fakat katlanmam\u0131\u015f halde iken, uzun ba\u011f ad\u0131na PCR (polymerase chain reaction – polimeraz zincir reaksiyonu) denilen standart bir biyoteknoloji i\u015flemiyle hali haz\u0131rda milyonlarca kez klonlanabilir. Bu s\u00fcre\u00e7 elbette ya\u015fayan her organizman\u0131n ger\u00e7ekle\u015ftirdi\u011fi kopyalama i\u015fleminden \u00e7ok farkl\u0131d\u0131r. Fakat Watson-Crick\u2019in bulu\u015funun y\u00fcz\u00fcnc\u00fc y\u0131l d\u00f6n\u00fcm\u00fcn\u00fcn yakla\u015ft\u0131\u011f\u0131 \u015fu s\u0131ralarda art\u0131k bunu da ba\u015faran DNA-temelli makinelerimiz olmal\u0131d\u0131r.<\/p>\n

 <\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Nadrian C. Seeman \u00c7eviri: Deniz Gedizlio\u011flu Sunu\u015f Bu dosyada okuyaca\u011f\u0131n\u0131z iki makale, Scientific American dergisinin Eyl\u00fcl 2007 tarihli \u201cNanoteknolojinin y\u00fckseli\u015fi\u201d ba\u015fl\u0131kl\u0131 \u00f6zel say\u0131s\u0131ndan al\u0131nm\u0131\u015ft\u0131r 2003 y\u0131l\u0131, DNA\u2019n\u0131n ikili sarmal yap\u0131s\u0131n\u0131n James D. Watson ve Francis H. Crick taraf\u0131ndan ke\u015ffedili\u015finin 50. y\u0131ld\u00f6n\u00fcm\u00fcne tan\u0131kl\u0131k etti. Bu ke\u015fif, geneti\u011fin kimyayla ili\u015fkilendirilmesini sa\u011flad\u0131 ve b\u00f6ylece sonraki yar\u0131m y\u00fczy\u0131l boyunca […]<\/p>\n","protected":false},"author":429,"featured_media":51207,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"footnotes":""},"categories":[97,38],"tags":[272,7869,7870,7868,344],"class_list":["post-51192","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-59-sayi","category-dergi-sayilari","tag-dna","tag-james-d-watson","tag-nadrian-c-seeman","tag-nanomakine","tag-nanoteknoloji"],"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