Mikroplar ve diğer mikroskobik organizmalar, şeker gibi besinleri doğal bir şekilde yan ürüne dönüştürmeleri sayesinde birçok endüstriyel materyali oluşturarak sürdürülebilir “fabrikalar” olarak hizmet verebilirdi. Ancak pek çok organizmanın yüksek asitli ortamda büyüyememesi sebebiyle bu durum, yenilenebilir kaynaklardan organik asitlerin endüstriyel miktarda üretilmesine engel oluyor.Gen düzenlemenin ve sayısal modelleme araçlarının yardımı ile birlikte bir araştırma ekibi bir tür mayanın asidik ürünler oluşturarak zorlu çevre şartlarında hayatta kalabildiğini keşfetti.
Pensilvanya Eyaleti, Urbana-Champaign’deki Illinois Üniversitesi ve Princeton Üniversitesi’ndeki araştırmacılar maya suşu Issatchenkia orientalis üzerinde çalıştı.Bu çalışmada Issatchenkia orientalis “model olmayan” bir maya suşu olarak sayıldı çünkü bu maya suşu kapsamlı bir şekilde araştırılmamıştı.Yeniden yapılandırmanın ardından mayanın metobolizması bir ağ modeline dönüştürüldü.Bu suş süksinik asit üretebiliyordu ve bu asit polimer üretimi için bir işaret demekti.Araştırma ekibi sonuçları Metabolic Engineering Communacitons’da yayımladı.
Araştırmacılar, mayaya zarar vermeden hangi metabolik aktivitelerin süksinik asit miktarını en üst düzeye çıkarabileceğini belirlemek için bir genom sıralama , genom düzenleme ve çok yönlü sayısal modellemenin bir kombinasyonunu kullandılar.
“Tek geçişte birçok genetik müdahalenin yapılması için etkili CRISPR-Cas araçlarının ortaya çıkışı, hangi çoklu genetik modifikasyonların uygulanılacağını önermek için öngörücü modellerin ve algoritmaların geliştirilmesi ihtiyacını vurguluyor.” dedi Costas Maranasi ,The Donald B.Broughton Kimya Mühendisliği Profesörü ve Sayısal ve Veri Bilimleri Üyesi.
Araştırmacılara göre, Pensilvanya eyaletinin Roar süper bilgisayarında çalıştırılan sayısal ağırlıklı yaklaşım araştırmanın yönünü geliştirmeye yardımcı olmak için önemliydi.Birinci orientalis model 850 gen kaplıyordu ve 1,826 metabolik reaksiyon içeriyordu.Böylece doğru gen kombinasyonlarını ve reaksiyonları belirleyerek süksinik asit üretmek amacıyla değiştirmek samanlıkta iğne aramak gibi bir hale geliyordu.Binlerce bilgisayar simülasyonu çalıştırılarak bu samanlık derinlemesine incelendi ve laboratuvarda test etmek için daha az bir deney dizisi kaldı.
“Bu yaklaşım ile birlikte sadece deneysel yaklaşımlara güvenmek yerine yeniden tasarım hipotezlerini daha hızlı bir şekilde sıralayabiliriz.”diyor Patrick Suthers. “İşbirlikçilerimiz, genetik araçlarını özellikle bu organizmalar için geliştirilmesi üzerine çalıştılar ama onların araçlarına rağmen değişiklikler yapmak yine de çok uzun sürüyor.”
Ekibin analizi sayısal modellemenin bir parçası olarak daha önceden Maranas Grup tarafından geliştirilen bir optimizasyon sistemi olan Optknock’u kullanıyor.
“Model oluşturmanın kritik bir parçası evet, tahminimiz mantığa uygun diyebilmek.”diyor Suthers. “Bu meselede ekibimiz, işbirlikçileriminizin sıraladığı organizma içerisindeki genomdan bilgi almaya odaklandı.Daha sonrasında genomu aldık ve hücre içerisinde yer bulabileceği fonksiyonlara dönüştürdük.”
Sonuç herhangi Bir Yolla Kullanılabilen Maya Modeliydi
“Şimdi bu kapsamlı genom-ölçek modeline sahibiz, organizma büyüme ve eritkenlerinin oranları gibi şeylere bakabiliriz ve metabolik sistem içerisindeki anahtar reaksiyonları belirleyebiliriz.”dedi Suthers. “Ayrıca yeni tip ürünler yapmak için yeni genler ekleyebiliriz.”
Bu araştırmanın işbirlikleri ;Pensilvanya eyaletinden Hoang Dinh ve Siu Hung Joshua Chan , Illinois Üniversitesi’nden Zia Fatma ve Huimin Zhao ve Princeton Üniversitesi’nden Yihui Shen ve Joshua Rabinowitz.
Amerika Birleşik Devletleri Enerji Departmanı bu çalışmayı destekliyor.
Kaynak: sciencedaily.com