Sentetik Biyoloji Yaklaşımı İle Bir MikroBioRobot Prototipi Olarak Kullanılmak Üzere Kontrol Edilebilir Mikrobiyal Hareket Gen Devrelerinin Tasarlanması ve Geliştirilmesi

Abstract

Geleneksel mikrorobotların kendi kendine enerji üretebilmeleri ve uzaktan bagımsız olarak kontrol edilebilmeleri hala büyük problem olmanın yanında mikrorobotlar için mikroorganizmaları kullanan geleneksel mikrobiorobotların ise bagımsız kontrol edilebilmeleri büyük bir zorluk olarak devam etmektedir. Bu projede yeni bir mikrobiorobot prototipi tasarlanmıs ve gelistirilmistir. Bu çalısmada mikrobiorobot tasarımı için geleneksel olarak yabanıl tip hücreleri kullanmaktan ziyade sentetik biyoloji yaklasımı ile sentetik gen devreleri tasarlayarak hücre hareketi genetik düzeyde yeniden düzenlenmistir ve konrol edilebilir bir hareketlilik kapatma sistemi ile hücrelerin bagımsız olarak hareketi saglanmıstır. Literatürdeki geleneksel yaklasımlardan farklı olarak bu çalısmada en güncel yaklasım sunulmustur ve elde edilen mikrobiyal sistem bir mikrobiorobot prototipi olarak kullanılabilecektir. Projede hem FimB ve hem de FimE dayalı genetik anahtara sahip sentetik gen devreleri olusturulmustur. FimB dayalı sentetik gen devresini tasıyan susda da (p3module-fimB tasıyan MG1655 ?MotAB ?FimBE) hareketlililigin kontrollü bir sekilde kapatılması basarılmıstır. Ancak elde edilen sonuçlarda hareketliligin kapatılmıs olmasına ragmen bazı hareket kaçıs zonlarının oldugu görülmüstür. Böylece elde edilen sonuçlarda FimE dayalı genetik anahtar sisteminin FimB dayalı genetik anahtar sistemine göre daha stabil bir hareket kontrolü sagladıgı gösterilmistir. Yapılan çalısmada üç modüllü sentetik gen devresine sahip susun düsük konsantrasyondan yüksek konsantrasyona kadar farklı arabinoz konsantrasyonlarında (Ara0.04 mM, Ara1.33 mM, Ara5 mM, Ara10 mM, Ara26.6 mM) genetik anahtarı ve dolayısıyla hareketliligi güçlü bir sekilde kapattıgı görülmüstür. Arabinoz indüklemenin sıvı besiyeri ya da yarı katı agar ortamında gerçeklestirilmesi hareketliligi kapatmayı geciktirmemistir ve stabiliteyi etkilememistir. Genetik anahtar kilitlendikten sonra arabinoz indüklemenin yapılmadıgı yeni bir besiyeri ortamında bile hareketlilik basarılı bir sekilde kontrol edilmis ve genetik anahtar kilitlenmesi stabilitesini korumustur. Projede elde edilen sentetik gen devresinde quorum sensing ve genetik anahtar modülleri birbirlerine baglanarak çift kontrollü bir hareket sistemi olusturulmus ve sadece her iki sistem açık oldugunda çalısan bir mantık geçidi (VE geçidi) gelistirilmistir. Buna göre hareketlilik fenotipinin açık olması için hem genetik anahtarın açık olması hem de hücre konsantrasyonunun düsük olması gerekmektedir. Yapılan çalısmada genetik anahtar açık olsa bile düsük hücre konsantrasyonunda herhangi bir hareket zonu görülmemistir. Elde edilen sonuç bu iki entegre modülün bir VE mantık geçidi olarak çalıstıgını göstermistir. Bu projede farklı organizmalardaki (Escherichia coli ve Vibrio fischeri) farklı islevleri (hareketlilik, hücre haberlesmesi ve DNA inversiyonu dayalı rekombinasyon) biraraya getirerek ve birbirine baglayarak hücre yogunluguna baglı ve kontrollü hareketlilik, kollektif karar verme ve hafıza depolama gibi yeni orijinal hücresel olaylar ortaya çıkarılması basarılmıstır. Hücre genetik anahtarın pozisyonuna göre bir hafıza moduna sahip olmakta ve sonraki generasyonlara aynı sekilde aktarılmaktadır. Genetik anahtarın kilitlendikten sonra bile indüklenmemis ortamda kilitli kalması bu fenotipi dogrulamaktadır.