Maya Hücrelerinin Biyokimyasının Anlaşılabilmesi İçin Güneş Panelleri Geliştirildi

Bilim adamları, ışık enerjisi tarafından yönlendirilen gelişmiş metabolizma ile maya biyohidritleri oluşturabilmek adına son derece uyarlanabilir bir çözüm oluşturmayı başardılar.

Araştırmacılar, yüzeyine (yarıçap) bağlı bir yarı iletken nanopartiküller (mor) ile bir maya hücresi (macenta) modeli elde etti, sonuçta tamamlanmış biyo-hibrid sistemin SEM analizine (sağda) karşılık gelen bir yapı elde etmeyi başardılar. Yarı iletkenler elektronları ışıktan yakalayıp ve shikimik asit metabolik yolunu sürdüğü hücreye uzatıldığını keşfettiler.

Kredi: Harvard Üniversitesi'nde Wyss Enstitüsü

Bakteriler ve mayalar gibi genetik olarak tasarlanmış mikroplar, uzun ömürlü ilaçlar ve ince kimyasallar üretmek için canlı fabrikalar olarak kullanılmıştır. Daha yakın zamanlarda, araştırmacılar, bir evin çatısında güneş panellerine benzer, ışıktan enerji toplayan ve mikropların yüzeyine bağlandığında biyosentez potansiyellerini artırabilen, yarı iletken teknolojili bakterileri birleştirmeye başladılar.

İlk "biyolojik-inorganik hibrit sistemler" (biohybrids) çoğunlukla atmosferik karbondioksitin sabitlenmesine ve alternatif enerjilerin üretilmesine odaklanmıştı ve bu sistem umut verici olsa da ardından önemli zorluklarında ortaya çıkmasına neden olmuştu. Örneğin, toksik metallerden yapılan yarı iletkenler, şu ana kadar doğrudan bakteriyel hücreler üzerinde toplanır ve sıklıkla bu süreçte onlara zarar verir. Ayrıca, karbon tutturucu mikropların ilk odak noktası, daha karmaşık metabolizmalarla donatılmış mikroorganizmalara dayalı olarak biyo-hibritler oluşturulabilirse, birçok uygulama için çok daha geniş bir kimyasal aralığının üretilmesi için yeni yollar açılabilmesi için sınırlı donanıma sahip olmalarıydı.

Gerçekleştirilen bu çalışmada, Kombine manipülasyonlar sonucu, mayaların shikimik asit üretme kabiliyeti, anti-viral ilaç Tamiflu'nun önemli bir öncüsü, birkaç başka ilaç ile beraber, nutrasötik ve ince kimyasal maddelerde önemli ölçüde bir artış söz konusu olmuştur.

Hücre yüzeyine bağlanan bu yapılar aydınlatıldığında, yarı iletken nanopartiküller elektronlar (enerji) ışıktan almakta ve bunları hücre duvarlarından sitoplazmalarına aktaran maya hücrelerine verir. Elektronlar, artık shikimik asit biyosentezini artırabilen NADPH moleküllerinin seviyelerini yükselmiştir. "Karanlıkta tutulduğunda maya biyo-hibrit hücreleri, çoğunlukla gliserol ve etanol gibi daha basit organik moleküller ürettiler, ancak ışığa maruz kaldıklarında, ürün seviyelerinde 11 kat artışla shikimik asit üretim moduna kolayca geçebilmeyi başarmışlar, Işık ortamların var oluşu hücrelerin içine enerji aktarımında çok verimli çalışıldığı saptanmıştır.