Biyolojinin Kimya ile Ne Alakası Var?
Biyoloji kimyadır! Biyolojik sistemler çoğunlukla, yeni reaksiyonlar ve katalizörler için yapılan araştırmalara ilham kaynağı olmuştur. Bir mikroorganizma hücresini düşünün; içinde şaşırtıcı derecede etkili metabolik enzimler barındırır ve bunlar çok sayıdaki basit başlangıç maddesini karmaşık doğal ürünlere dönüştürmek için kullanılır. Kimyacılar bu konuda doğa ile yarışamaz.
Fotoğraf: Mayaların yüklü olduğu mısır koçanı atığından etanol mayalandırmak için kullanılan bir biyo-reaktör
Sentetik Biyoloji Nedir?
Sentetik biyoloji, sonrasında yararlı bir işlevi olacak yapay sistemler kurmakla ilgilidir. Örneğin, enzimatik kimya hakkındaki bilgimizi kullanarak DNA dizisi içinde, genetik olarak sentetik bir yol kodlayabiliriz. Bir kere mikrop içine girince, bu DNA hücreyi istenilen molekülü üretmeye zorlayacaktır. Bir benzetme yapmak gerekirse, bu, yenilenebilir malzemeler kullanarak suda gerçekleştirilen ve bir günden az zamanda tamamlanan, istenen sentez için doğru noktada tüm katalizörleri ve reaktifleri üreten bir tepkime kabının eşdeğeridir. Eğer bu bir laboratuvarda ya da endüstriyel ölçekte yapılabilirse, herhangi bir kimyasal süreci inanılmaz verimli hale getirecektir.
Fotoğraf: Tohum kesitinin fotomikrografisi
Sentetik Biyolojinin Avantajları Nelerdir?
Bu alanın çok sayıda avantajı vardır. Yeni başlayanlar için; glikoz, karbondioksit ya da metan gibi başlangıç maddelerinden istediğimiz ürünleri elde edebiliriz. Doğru enzim bir kere belirlendi mi, bunlar farklı türler arasında taşınabilir; hatta genom mühendisliği ile tüm yollar birleştirilebilir. Reaktif ve zehirli ara ürünler, hücre içi bölmelerde bulunabilir ve böylece tehlikeli atıklar azaltılabilir. Ve son ürün, doğal salgılama yolları ile hücre dışına çıkarılabilir ki bu da zorlu arıtma işlemlerine gerek olmadığı anlamına gelir.
Sentetik Biyoloji Neden Daha Yaygın Olarak Kullanılmıyor?
Organik kimyada, bilinen her tepkime ile eşleşen enzimlere sahip değiliz. Dolayısıyla sentetik biyoloji, geleneksel yöntemlerle ulaşılabilen bileşik çeşitliliğiyle rekabet etmeye başlayamaz. Dahası, ticari açıdan önemli çoğu molekül, bilinen enzimatik kimya kullanılarak oluşturulamayacak yapısal motifler içerir. Bu nedenle, mevcut biyo-süreçlerin çoğu sentetik ara ürünler oluşturur. Bu ara ürünler, daha sonra çıkartılarak sentetik kimya laboratuvarlarında geliştirilir ve nihai ürün elde edilir.
İhtiyacımız Olan Enzimleri Geliştirebilir miyiz?
Öyle umuyoruz. Mevcut durumda modern biyoloji, reaktiflikteki bu boşluğun çözümünü arıyor, onu daha ilk başta güçlendiren aracı kullanarak, evrimi.
Yönlendirilmiş evrim, istenilen genleri ve işlevleri elde etmek için doğal seleksiyonu taklit etmeye çalışan bir yöntemdir. Araştırmacılar, laboratuvardaki kimyasal tepkimeler ile enzimatik tepkimeler arasında benzerlikler saptayabilir ve sonrasında defalarca, istenilen işlevi gösteren genleri seçmeye çalışır. Bu da, belirlenebilen son derece aktif değişkenlerden mutasyona uğramış genler hakkında büyük bir kitaplık oluşturur.
Günümüzde, doğada görülmeyen ancak kimyagerler için oldukça faydalı olan ve işlevlerini yerine getirebilen enzimler mevcut. Bu tasarım enzimlerin yeni familyalarını tasarlanmış metabolik yollar ile birleştirmek ise artık an meselesi.
Fotoğraf: Biyoteknolojik reaktörden mikrobiyolojik laboratuvarda numune alımı
Bu, Kimyagerlere Artık İhtiyaç Duyulmayacağı Anlamına mı Geliyor?
Aslında, tam tersi anlamına geliyor. Kimyagerler, biyoloji hakkında eşsiz bir moleküler kavrayış sunar ve sentetik biyoloji için vazgeçilmezdir. İhtiyaç duyulan moleküllerin yaratılması için en iyi yaklaşım da muhtemelen her iki alandan araçların kullanılmasını gerektirecektir. Kimyagerlerin yapabileceği çok sayıda çalışma var; sürdürülebilir karbon kaynaklarını mevcut prosesler içinde değerlendirmek, biyouyumlu katalizörler geliştirmek veya yapay metaloenzimlerde kullanılmak üzere yeni katalitik kofaktörler tasarlamak gibi. Bütün bunlar sentetik biyologlar için heyecan verici gelişmeler ve iki bilimin geleceğinin daha da birbirine dolaşık olacağı anlamına gelir.
Kaynak : chemistryworld.com