Grafenle DNA Dizileme
Kurşun kaleminizin kağıtta bıraktığı ize sebep olan madde grafittir. Grafit maddesi tabakalar halinde bulunmaktadır ve bu tabakalar, sınırsız sayıdaki birbirine bitişik aromatik halkadan oluşur. Farklı tabakalardaki karbon atomları arasında ise güçlü kuvvetlerden olan kovalent bağlar yerine tabakalar arasında tabakaların birbirine tutunmasını sağlayan zayıf kuvvetler bulunmakta.
İşin ilginci grafitteki bu katmanların ayrılmasıyla “grafen” adı verilen yeni bir madde oluşmaktadır. Öyle ki evde kurşun kalem ile kağıt üzerine bir çizgi çektiğinizde, üst üste birçok grafen yaprağı elde etmiş olursunuz. Eğer bir silgi yardımı ile bu katmanları tek bir katman haline gelecek şekilde ayırabilirseniz, grafen elde edebilirsiniz. Yani grafen çok zor elde edilen bir madde değil.
Dünyanın ilk iki boyutlu maddesi olan grafenin yapısı ise en az oluşumu kadar ilginç. Her grafen maddesi tek katmanlı karbon dizilerinden oluşur. Bu katmanlar bir araya geldiğinde ise belirttiğimiz gibi grafit oluşmaktadır. Son 50 yıldır teorik olarak incelenen grafenin keşfedilmesi bir hayli zaman almıştır. Grafen, 2004 yılına kadar fiziksel olarak keşfedilememişti. Yani çok yakın bir tarihe kadar bu önemli ve bir o kadarda ilginç olan maddeyi tam tanımlamamıştık. İngilizce’de “Graphite” ve “ene” kelimelerinden türetilen “graphene” terimi Türkçe’de grafen olarak karşılık bulmuştur. 2010 Nobel Fizik Ödülü, “iki-boyutlu grafen malzemesine ilişkin çığır açan deneyleri için” Andre Geim ve Konstantin Novoselov’a verilmişti.
grafenGrafen, hem çok esnek ve hafif hem inanılmaz derecede ince hem de çelikten 100 kat daha güçlü. Şeffaf bir madde olan grafen ayrıca elektriği iletebilir ve kolayca mıknatıslanma özelliği kazanabilir. Bu mucize madde bilim kurgu gibi gelmekte fakat karbon elementinin alışılmadık ve ilgi çekici olan bu formu şu ana kadar süper iletkenlerden ampüllere hatta mikrofonlara kadar birçok yerde karşımıza çıkmaya başladı. Peki bu kadar önemli ve birçok özelliği bünyesinde barındıran bir madde neden genetik biliminde kullanılmasın ki?
DNA zincirinde 4 çeşit baz bulunmaktadır; Adenin, Sitozin, Guanin ve Timin. Kimyasal yapılarından dolayı bu bazlardan Adenin Timin ile, Guanin de Sitozin ile bağ kurabilir. Bazların farklı bağlanma sıraları ise bizim genetik çeşitliliğimizi oluşturur. Dört nükleotidden oluşan kombinasyonun bir genin spesifik DNA dizisini oluşturduğunu biliyoruz. Yani genlerimizin özelliklerini ve gen olma durumunu bu nükleotidlerin rastgele dizilimi belirlemektedir. Bilim insanları da genetik yapıların ortaya çıkarılması için bazlardan oluşan DNA dizilerini dizileyerek haritalandırmaktadırlar. Gerçek zamanlı yüksek girdili DNA dizileme tekniği ise DNA dizilenmesinde büyük önem taşır. Bugün medikal tetkiklerin, hastalık araştırma çalışmalarının ve birçok biyolojik araştırmanın en temel enstrümanlarından birisi de DNA dizilemedir. Grafen ile bu tekniğin uygulanabilir olması, medikal ve klinik araştırmalarda ve testlerde adeta bir devrim niteliği taşımaktadır.
DNA dizileme bugüne kıyasla ilkel sayılabilecek yöntemlerle 1970’lerin ortasında başlamış olup genetik biliminin gelişmesiyle çok hızlı bir değişim geçirmiş ve işlevsel yeteneğini geliştirmiştir. Ancak dizilemenin kolaylaştırılması ve maliyetinin düşürülmesi için çok fazla yol bulunamamıştır. Şu anda; nükleotidleri tanıma ve geri bildirim verme özelliği olan çok az madde, çözelti ve kimyasal biliniyor. Bahsettiğimiz grafen ise bu maddeler arasında en uygunudur diyebiliriz. Bunu söylerken ki temel dayanağımız ise; grafenin DNA’yı oluşturan dört nükleotidin (adenin, guanin, sitozin, timin) hepsini tanıma ve bunlara karşı farklı geribildirimlerde bulunma özelliği.
Elektriksel olarak DNA dizileme işlemi için grafenin kullanılması; hızı, tek seferde dizileme yapılabilen DNA büyüklüğünü ve miktarını; güvenilirliği ve tutarlılığı artırarak hata payını minimize edecek; ayrıca bununla birlikte mevcut yöntemlere kıyasla çok daha hesaplı olacak. Yöntem, her nükleotidin grafen maddesinin elektronik yapısından ölçülebilir derecede farklı etkilenmesine dayanıyor. Tek bir DNA molekülü kolaylıkla grafen temelli elektrik sensörlerinin içerisinden (küçük delikler halinde kullanıldığında) geçebiliyor. Bu da gerçek zamanlı, yüksek girdili tek DNA molekülü dizilimi yapabilmeyi sağlıyor. Grafenin ile DNA dizilenmesine dair ilk deneyler, grafen temelli elektrik alan transistörleri ile alınan laboratuvar ortamı elektrik ölçüleri ve hafif x-ray spektroskobisi ile alınan fotoemisyon spektroskopisi ölçümlerini kombine etmek üzere tasarlandı. Deney ve ölçüm sonuçları ayrı ayrı bir araya getirildiğinde elde edilen bulgular tek molekül algılama işleminin başarılı olabileceğini gösterdi.
Grafen, hayatımızın birçok alanını doğrudan ya da dolaylı olarak etkileyecektir. Hayatımızı büyük ölçüde olumlu etkileyecek olan; başlı başına devrim niteliği taşıyan grafenin, bilimsel anlamda da çığır açıcı gelişmelere ortam hazırlayacağını öngörmek bu aşamada çokta yanlış olmayacaktır.
Referanslar ve İleri Okuma
•Nikolai Dontschuk, Alastair Stacey, Anton Tadich,Kevin J. Rietwyk, Alex Schenk, Mark T. Edmonds, Olga Shimoni, Chris I. Pakes, Steven Prawer & Jiri Cervenka, A graphene field-effect transistor as a molecule-specific probe of DNA nucleobases, Nature Communications, 24 Mart 2015
•Adams, J. (2008) DNA sequencing technologies. Nature Education 1(1):193
http://www.biyogaraj.com
BİYOLOJİ HABERLERİ
-
Amonyum, Dünya’da Yaşamın Ortaya Çıkmasını Sağladı
-
16 Nisan, 'Dünya Biyologlar Günü'
-
Protonların Aşamalı Değişimi, ATP Sentaz Enzimi ve Mitokondriyum
-
Biyoloji Kongre Sponsorluğu
-
Dünya'da Yaşamın Nasıl Başladığının Sırrı...
-
Kazdağları Yaban Mantarları Eğitim Festivali
-
Işığın Değişmesi İle Algler
-
Trikotilomani Nedir
-
Araştırma üniversitelerinin listesi belli oldu. İşte 10 araştırma üniversitesi
-
Bilim İnsanları Tarafından Yapılan Yeni Çalışmada “Hücre İçi Saati” Bulundu
-
UCLA biyologları yaşlanmayı yavaşlatıyor, meyve sineklerinin ömrünü uzatıyor
-
Bilim insanları betalain sentezlemeyi başarmışlar. Betalain üretmenin bize faydaları nelerdir ?
-
Beyin Tanıdık Yüzleri Nasıl Ayırt Ediyor
-
Hakkâri Sat Dağlarında İki Yeni Buzul Gölü Keşfedildi
-
Her Nöron 1000’den Fazla Mutasyon Taşıyor Olabilir