Bilim insanları, canlı hücrelerin yaptığı gibi çevresine tepki vererek yön değiştirebilen dünyanın en basit yapay hücre üretimini gerçekleştirdi. Barselona Biyomühendislik Enstitüsü’nden (IBEC) araştırmacıların Science Advances dergisinde yayımlanan bu yeni sentetik biyoloji çalışması, yalnızca kimyasal sinyalleri takip ederek yön bulabilen bu sentetik yapının nasıl tasarlandığını ortaya koyuyor.
Birçok canlı organizma, hayatta kalmak için çevresindeki kimyasal ipuçlarını takip eder. Bu sürece kemotaksi (chemotaxis) adı verilir. Bakteriler besin kaynaklarına ulaşmak, beyaz kan hücreleri enfeksiyon bölgelerine gitmek ve sperm hücreleri yumurtaya yönelmek için kemotaksiden faydalanır. IBEC’ten doktora öğrencisi ve çalışmanın ilk yazarı Bárbara Borges Fernandes, bu doğal yön bulma stratejisinin karmaşık moleküler mekanizmalar olmadan da gerçekleşebileceğini gösterdiklerini belirtiyor.
“Bu tarz yönelimsel hareketin, flagella (kamçılar) ya da karmaşık sinyal ağları gibi sistemler olmadan da gerçekleşebileceğini göstermek bizim için büyüleyici bir keşifti,” diyor Fernandes. “Bu hareketin temel prensiplerini ortaya çıkarmak amacıyla minimal bir sentetik sistem tasarladık.”
Hücresel Yolculuk: Enzimler, Lipidler ve Gözenekler
Araştırma ekibi, yapay hücre görevini gören lipid veziküller (yağ bazlı küçük kabarcıklar) içerisine glukoz oksidaz ve üreaz enzimlerini yerleştirerek onları yönlendirilebilir hale getirdi. Bu enzimler, sırasıyla glukoz ve üre gibi yaygın maddeleri parçalayıp ürünlere dönüştürüyor.
Bu veziküllere eklenen özel bir zar proteini – yani bir gözenek – sayesinde maddeler hücreye girip çıkabiliyor. Bu sistemde simetrinin bozulması, hareketin temelini oluşturuyor. Enzimlerin hücre içinde hapsedilmesi ve kimyasal değişimlerin belirli noktalardan gerçekleşmesi, kabarcığın etrafında asimetrik bir yoğunluk farkı yaratıyor. Sonuç olarak, sıvı akışı vezikül yüzeyinde yönleniyor ve yapay hücre adeta kendi motoruyla hareket ediyor. IBEC’ten Profesör Giuseppe Battaglia’nın deyimiyle: “Liposome bir tekne, enzim ve gözenek ise motoru ve pusulası.”
Aktif Hareketin Doğuşu: Minimal Hücre, Maksimum Etki
Araştırmacılar, mikroakışkan kanallarda 10.000’den fazla vezikülün hareketini analiz etti. Glukoz ve üre gradyanları altında yapılan bu deneylerde, farklı sayılarda gözenek içeren veziküllerin davranışı incelendi. Kontrol grubu olan gözeneksiz veziküller, yalnızca pasif difüzyon nedeniyle düşük konsantrasyonlu bölgelere yönelirken; gözenek sayısı arttıkça yapay hücrelerin yüksek konsantrasyonlu alanlara doğru aktif olarak ilerlediği gözlendi.
Fernandes, “Vezikül üzerindeki gözenek sayısı arttıkça kemotaktik hareketin belirginleştiğini ve yön değiştirerek daha yoğun bölgelere ilerlediğini gördük,” diyerek sistemin başarısını açıklıyor. Bu gelişme, hücresel hareketin biyokimyasal temellerini anlamak adına önemli bir adım. Çünkü kullanılan yapıtaşları olan enzimler, lipidler ve gözenek proteinleri, doğal hücrelerin çoğunda zaten mevcut.
Sentetik Biyoloji: Az Malzemeyle Çok Şey Anlatmak
Profesör Battaglia, bu minimal yapının sentetik biyolojiye sunduğu katkıyı şu sözlerle özetliyor:
“Bir vezikülün hareketini izleyin. Gerçekten izleyin. O küçücük kabarcık, hücrelerin birbirine nasıl sinyal gönderdiğini, hayatın yükünü nasıl taşıdığını gösteriyor. Ama doğanın makineleri karmaşık… Bu yüzden biz, sadece üç şeyle süreci yeniden inşa ettik: yağdan bir kabuk, bir enzim ve bir gözenek.”
Bu yaklaşım, biyolojinin karmaşasını sadeleştirerek, altında yatan temel kuralları görünür kılıyor. Sentetik biyolojinin gücü de tam olarak burada yatıyor: Karmaşık olanı basitleştirerek, doğanın sırlarını daha net görebilmek. Evet, hareket eden şey tam anlamıyla canlı bir hücre değil, lipid vezikülün modifiye edilmiş hali. Ancak bu, hücrenin temel hareket kabiliyetinin çok basit fizikokimyasal prensiplerle modellenebileceğini ve laboratuvarda tekrar üretilebileceğini gösteriyor. Konu sentetik biyoloji olduğunda bu gelişme, gelecekte daha sofistike yapay sistemlerin tasarlanmasına ve biyomedikal uygulamalarda devrim niteliğinde yeniliklere kapı aralama potansiyeline sahip. Peki sizin bu çalışma ve sentetik biyoloji hakkındaki düşünceleriniz neler? Yorumlarda fikirlerinizi paylaşın.
Kaynak
Borges-Fernandes, B. et al. The minimal chemotactic cell. Science Advances11, eadx9364 (2025).
Catalonia, I. for B. of. Scientists create an artificial cell capable of navigating its environment using chemistry alone. https://phys.org/news/2025-07-scientists-artificial-cell-capable-environment.html.
