Tasarlanmış DNA zincirlerini içeren basit bir su kirliliği testi, kirlilik seviyelerini bildirebilir ve bu biyolojik sistem, bilgisayarlar tarafından yapılanlar gibi mantıksal işlemleri gerçekleştirebilir.
DNA tarafından kontrol edilen biyolojik bir bilgisayar, içme suyundaki kirleticilerin konsantrasyonunu test etmek için ucuz ve basit bir yol sunar. Ve deneyler, bilgisayar biliminden ödünç alınan mantıksal işlemlerin, gelecekteki biyolojik bilgisayarları kirleticileri tespit etmede çok daha güçlü hale getirmek için DNA’ya dönüştürülebileceğini gösteriyor.
Illinois’deki Northwestern Üniversitesi’nden Julius Lucks ve meslektaşları , 2020’de tek bir damla sudaki kirleticileri tespit edebilen bir biyosensör geliştirdi . Floresan moleküller üreterek belirli kimyasalların varlığına tepki veren proteinler içerir. Bu kolayca fark edilen reaksiyon, bir su örneğinin bu kimyasallarla kirlendiğine dair bir uyarı görevi görür.
İlgili reaksiyonlar, bakteriler içinde doğal olarak gelişen mekanizmalardan ilham aldı. Lucks, bilim adamlarının başlangıçta testleri gerçekleştirmek için bakterileri tasarlamaya çalıştıklarını, ancak onları canlı tutmanın ve çevreye yayılmalarını engellemenin zor olduğunu söylüyor. Bu, protein bazlı mekanizmaların bakterilerden çıkarıldığı ve izolasyonda kullanıldığı, hücre içermeyen, sentetik bir biyolojik versiyonun araştırılmasına yol açtı.
[affiliate_news id=”1991″]
Lucks, “Sentetik biyolojide, toksinleri saptayan ve onları istediğimiz gibi çalışacak şekilde yeniden yapılandıran moleküler makineleri yeniden tasarlamaya çalışıyoruz, belki de farklı şeyler yapmaları için yeniden kablolama yapıyoruz” diyor. “Kalitesini ölçmeye çalıştığınız suya mühendislik ürünü bir mikrop salmayı gerçekten istemezsiniz.“
Şimdi ekip, sistemin yalnızca tehlikeli kimyasalların varlığı konusunda uyarmakla kalmayıp, orantılı adımların atılabilmesi için mevcut miktarları da raporlayabilen daha gelişmiş bir versiyonunu oluşturdu.
ROSALIND 2.0 olarak adlandırılan sistem, her biri kirleticilere karşı farklı hassasiyete sahip bir biyosensör içeren sekiz küçük test tüpüne sahiptir. Yalnızca bir tüp parlıyorsa, su örneğinde yalnızca eser düzeyde kontaminasyon vardır. Ancak daha fazla tüp parladıkça, suyun giderek daha fazla kirlendiği görülüyor.
Lucks, testin DNA’nın “yem” ipliklerini kullanarak çalıştığını söylüyor . Bunlar, kontaminantla reaksiyonda önemli bir ara ürüne güçlü bir şekilde bağlanacak ve nihai floresan ürünün üretilmesini önleyecek şekilde tasarlanmıştır.
Her tüp, bu DNA‘nın giderek daha büyük miktarlarına sahiptir. Reaksiyonun son floresan aşaması yalnızca tuzak DNA kullanıldıktan sonra meydana geldiğinden, bu, düşük miktarda tuzak DNA içeren bir tüpün kontaminant varlığında floresan yayabileceği, ancak bu DNA’dan yüksek miktarda içeren bir tüp, . Sekiz tüpten oluşan sıra boyunca floresan reaksiyonunun nerede durduğuna bakarak kirletici seviyesini ölçmek mümkündür.
Lucks ve ekibi, ROSALIND 2.0’ın çinko, bir antibiyotik ve endüstriyel bir metaboliti başarıyla tespit edebildiğini gösterdi.
Hücresiz testler ayrıca kolay saklama ve taşıma için dondurularak kurutulabilir ve daha sonra gerektiğinde her test tüpüne bir su numunesi damlatılarak etkinleştirilebilir.
Bir kirletici konsantrasyonunun belirlenmesi, gerekli düzeltici eyleme karar verilmesine yardımcı olur. Örneğin, içme suyu kaynağınızda çok az miktarda kurşun varsa, kullanmadan önce sadece su borularını yıkamanız gerekebilir. Ancak seviyeniz yüksekse, suyu içmeyi hemen bırakmanız gerekebilir .
Lucks, “Bu şeylere herkes sahip olmalı” diyor. “Suyunuzun içmek için güvenli olduğunu bilmelisiniz.”
Su kalitesini değerlendirmek için mevcut teknolojinin pahalı olabileceği göz önüne alındığında, ROSALIND 2.0’ın bu konuda yardımcı olabileceğini umuyor. “Hayal edebileceğiniz en basit ve sağlam şeyi yapmaya çalışıyoruz, bu yüzden umarım kusursuzdur” diyor.
Lucks ve ekibi ayrıca, tasarlanmış DNA’nın bilgisayarlarda olduğu gibi mantıksal işlemleri yürütmek için kullanılabileceğini de gösterdi. ROSALIND 2.0‘da olduğu gibi yalnızca bir malzemenin varlığına tepki vermekle kalmaz, aynı zamanda yalnızca iki özel kimyasal bulunduğunda veya hiçbiri bulunmadığında tepkimeye sokulabileceğine inanırlar. Bu, çok daha karmaşık analizlerin eşit derecede sağlam ve kullanımı kolay testlere eklenmesinin yolunu açar.
