Yazar: Mick Kulikowski
Çeviren: Atakan Şahin
Düzenleyen: Alper Topal
Özet: Kuzey Karolina Eyalet Üniversitesinde yapılan çalışmada, bitki hücrelerinin iletişimini ve farklılaşmasını anlamak amacıyla 3 boyutlu biyobasım tekniği kullanılarak bitki hücreleri basıldı. Bu araştırma ile elde edilen sonuçların, yalnızca bitkiyi anlayıp bitkiye uygun büyüme ortamı sunmaya destek olmasına değil, bitki ıslah çalışmalarına da fayda sağlaması bekleniyor.
Kuzey Karolina Eyalet Üniversitesinde yeni yapılan bir çalışma [1], hücreleri 3 boyutlu yazıcı sayesinde “biyobaskı1” ile üreterek çeşitli bitki hücre türleri arasındaki hücresel iletişimi incelemenin tekrarlanabilir bir yolunu gösteriyor. Bitki hücre işlevini daha iyi anlamak, yeni çeşitler ıslah etmek ve bitkilerimize en uygun büyüme koşullarını sunabilmek için bitki hücrelerinin kendileriyle ve çevreleriyle nasıl iletişim kurduğunu çözmek şarttır.
Araştırmacılar, yalnızca bitki hücresinin biyobasım sonrası hayatta kalıp kalamayacağını veya ne kadar süre hayatta kalacağını görmek için değil ayrıca hücrelerin kimliklerini ve işlevlerini nasıl kazanacağını ve değiştireceğini incelemek için Hardalgiller-Turpgiller (Brassicaceae) familyasından model bitki Fare Kulağı Teresi (Arabidopsis thaliana)ve Baklagiller (Fabaceae) familyasından soya fasulyesi (Glycine max) kullandılar.
Arabidopsis kök hücreleri ve embriyonik soya fasulyesi hücreleri, yüksek bölünme oranları ve sabit kimliklerinin eksikliği ile bilinir. Diğer bir ifade ile, tıpkı hayvan kök hücreleri gibi, bu hücreler de başka hücre türlerine dönüşebilir. Arabidopsis; küçük bir genoma (130-140 Mbp) sahip olması, kısa üretim süresi (yaklaşık 5 hafta), yüksek tohum verimi (bitki başına 40.000’e kadar tohum) ve kendi kendine tozlaşma gibi özelliklerinden dolayı bitki genetik çalışmalarında yaygın olarak kullanılır.
İlgili çalışmada başyazar olan, Kuzey Karolina Eyalet Üniversitesinden Doktora Sonrası Araştırmacı Lisa Van den Broeck; bitki köklerinin, özel işlevlere sahip pek çok farklı hücre türüne sahip olduğunu ifade etti ve “Bazıları hücre türüne özgü olmak üzere, farklı gen grupları vardır. Bizim amacımız, biyobaskı ile canlı hücreler üretip bu hücreleri oluşturduğumuz çevre ile buluşturduğumuzda neler olduğunu anlamak, canlı olup olmadıklarını ve işlevlerini yerine getirip getirmediklerini görmek.” şeklinde ekleme yaptı.
Bitki hücrelerinin 3 boyutlu biyobaskısı birkaç ufak detay dışında, mekanik olarak mürekkep baskıya ya da plastik baskıya oldukça benzerdir.
Lisa Van den Broeck, 3 boyutlu baskıyı mürekkep veya plastik kullanarak yapmak yerine, “biyomürekkep” ya da canlı bitki hücreleri kullandıklarını dile getirdi ve birkaç önemli farklılığı daha sıraladı. İlk olarak, çevreyi arınık (steril) tutmak için morötesi filtre kullandıklarını belirtti. Ayrıca, tek bir baskı kafası yerine, eş zamanlı olarak basım yapabilmek için çoklu baskı kafaları kullandıklarını söyledi.
Hücre duvarından yoksun canlı bitki hücreleri, yani protoplastlar; gerekli besinler, büyüme hormonları ve “agaroz” adında deniz yosunu bazlı bir bileşik ile beraber biyobaskı ile üretildi. Agaroz, bir binanın duvarındaki tuğlaları destekleyen harca benzer bir şekilde, hücrelere fiziksel destek ve dayanıklılık sağlama konusunda yardımcı oldu.
Makalenin ortak yazarlarından biri olan Kuzey Karolina Eyalet Üniversitesi, Bitki ve Mikrobiyal Biyoloji Bölümünden, Prof. Dr. Ross Sozzani, “Uygun yapı iskelesi kullanımının kritik öneme sahip olduğunu fark ettik. Bir biyomürekkebi basarken sıvı olmasına ihtiyaç duyarsınız, ancak hemen sonrasında katı hale gelmelidir. Doğal ortamı taklit etmek, in vitro2 hücre sinyallerinin topraktaki hücre sinyalleri ile aynı şekilde gerçekleşmesine yardımcı olur.” dedi.
Yapılan çalışma, biyobasım ile üretilmiş hücrelerin yarısından fazlasının canlı olduğunu ve zamanla küçük koloniler veya kalluslar3 oluşturmak üzere bölündüğünü gösterdi.
Araştırmacı Lisa Van den Broeck, “Hücrelerin basıldığı gün iyi bir canlılık oranı bekliyorduk, ancak biyobasımdan sonraki birkaç saatten sonra hücrelerle hiç ilgilenmedik, bu yüzden günler sonra ne olacağı hakkında hiçbir fikrimiz yoktu. Hücreler el ile pipetlendikten4 sonra da benzer canlılık oranı elde edilir, dolayısıyla 3 boyutlu baskı işleminin hücrelere zararlı bir etkisi var gibi görünmüyor.” dedi.
Prof. Dr. Ross Sozanni, “Bu, pipetleme ile yapması zor bir işlemdir; 3 boyutlu biyobaskı, damlacıkların basıncını ve yazdırılma hızını kontrol eder. Biyobaskı; hücreler üzerinde verimli işleme yapma ve katmanlardan veya petek şekillerinden oluşan hücre mimarilerini kontrol etme noktasında daha iyi bir fırsat sunar.” dedi.
Araştırmacılar ayrıca yenilenebilme ve bölünüp çoğalabilme özelliklerini test etmek için tekli hücreler bastılar. Sonuçlar, Arabidopsis kök ve sürgün hücrelerinin en uygun canlılık oranı için farklı besin ve yapı iskelesi birleşimlerine ihtiyaç duyduğunu gösterdi.
Soya fasulyesi embriyonik hücrelerinin %40’ından fazlası, biyobaskıdan sonra 2 hafta canlı kaldı ve zaman içinde bölünerek farklılaşmasını tamamlamamış küçük dokular oluşturdu. Prof. Dr. Sozzani, 3 boyutlu biyobaskının tarımsal ürünlerde hücresel yenilemeyi incelemek için yararlı olabileceği yorumunu yaptı.
Son olarak, araştırmacılar biyobasım hücrelerin hücresel kimliklerini incelediler. Van den Broeck; biyobasım hücrelerin, kök hücre kimliği kazanabileceğini, bölünebileceklerini, büyüyebileceklerini ve belirli genleri ifade edebileceklerini5 bulduklarını belirtti ve “Bir biyobasım işleminde, hücre türünün tüm popülasyonu basılır. Hücre kimliğindeki herhangi bir değişikliği anlayabilmek için 3 boyutlu biyobaskıdan sonra tek tek hücreler tarafından ifade edilen genleri inceledik.” dedi.
Sozzani sözlerini, “Bu çalışma, kontrollü bir ortamda hücre canlılığını ve iletişimini desteklemek için gereken uygun bileşikleri belirlemek amacıyla 3 boyutlu biyobaskının güçlü bir potansiyele sahip olduğunu gösteriyor.” diyerek tamamladı.
Araştırmacılar, tek hücre seviyesi de dâhil olmak üzere 3 boyutlu baskıdan sonra hücresel iletişim çalışmalarına devam etmeyi planlıyorlar.
1 3 boyutlu baskı teknolojisi kullanarak, doğal vücut parçalarına benzer ve canlı hücreler içeren doku veya organlar üretme süreci. [2]
2 Hücrelerin, dokuların, organların ait oldukları organizmaların dışında yapay ortamlar içinde (Petri kapları, kültür şişeleri vb.) yetiştirilmeleri veya bulunmaları. (Kaynak: Biyoloji Terimleri Sözlüğü, 1998).
3 Farklılaşma; bir kök hücrenin, bölünmesi sırasında belirli bir hücre türüne dönüşmesi ve o hücre türünün rolünü üstlenmesidir. Bu kök hücre kabiliyetine bitkilerde “totipotensi” denir ve henüz farklılaşmasını tamamlamayıp bu kabiliyete sahip olan doku “kallus” olarak adlandırılır.
4 Laboratuvarda bulunan çeşitli pipetler aracılığıyla herhangi bir şeyin bir ortama aktarılması.
5 Bir organizmanın DNA’sında çok sayıda gen var olmasına rağmen bu genlerin bir kısmı mRNA üretmez ve bir çıktı oluşturmaz. “Gen ifadesi” terimi de bir gende kodlanan bilginin bir çıktıya dönüşmesini ifade eder [3].
