Elektronik veri depolama sistemleri sürekli gelişse de yeni DNA baskı tekniği bu alanda devrim yaratmaya geliyor. Yeni teknik tıpkı matbaa gibi çalışıyor ve herkesin yapabileceği kadar kolay işliyor.

Elektronik veri depolama sistemlerinin giderek daha verimli hale geldiğini bilsek de doğanın sunduğu en etkili araçlardan biri olan DNA, yeni bir teknolojiyle bu alanda devrim yaratmaya hazırlanıyor. Geliştirilen DNA baskı yöntemi, verileri DNA’ya depolamayı bir yazıcı kadar kolay ve hızlı hale getiriyor.
DNA’da veri depolama dönemi

DNA’ya veri yazmak genelde harfleri (bazen milyarlarca) tek tek bir araya getirmek gibi son derece yavaş ilerleyen bir süreçti. Ancak bilim insanları, bu süreci hızlandıran “DNA baskı makinesi” adı verilen yeni bir yöntem geliştirdi. Bu yeni teknikle 24 bazdan oluşan 700 DNA bloğu oluşturuldu. Her bir blok, bir tür hareketli harf görevi görerek, istenilen sıraya dizilip DNA şablon zincirlerine “basılarak” veriyi aktarabiliyor. Bu sistem, geleneksel yöntemlerin aksine, tek bir işlemde 350 bitlik veriyi aynı anda yazabiliyor.

Yeni sistem, DNA’nın bilindik GCAT harflerini kullanmak yerine ikili kod (1 ve 0) ile çalışıyor. Bloklara kimyasal işaretleyiciler ekleniyor; işaretli olanlar “1”, işaretlenmemiş olanlar “0” değerini temsil ediyor. Bu yaklaşım, DNA’da veri kodlamayı çok daha kolay ve anlaşılır hale getiriyor. Yapılan deneylerde 16.833 bitten oluşan bir antik Çin kaplan resminin yanı sıra 252.500 bitten oluşan bir panda fotoğrafı DNA’ya başarıyla aktarıldı ve tamamı geri okunabildi.

Veri depolama potansiyeli inanılmaz

Araştırma ekibi, teknolojinin erişilebilirliğini göstermek amacıyla 60 kişiyle bir deney gerçekleştirdi. iDNAdrive adlı bir yazılım platformunu kullanan katılımcılar, toplamda 5.000 bitlik veri kodladı. Elde edilen veriler, %98,58 doğruluk oranıyla başarıyla geri okundu.

DNA’nın veri depolama potansiyeli oldukça etkileyici. Sadece 1 santimetreküp DNA’nın 10 milyar gigabayttan fazla veri depolayabileceği tahmin ediliyor. Dahası, uygun koşullarda DNA binlerce, hatta milyonlarca yıl boyunca veri saklayabiliyor.

Geliştirilen DNA yazıcı teknolojisi, eski bir yöntemden ilham alıyor: hareketli tip matbaa. Nasıl ki bu yöntem kitleler için yazılı metinlerin üretimini kolaylaştırdıysa, DNA yazıcının da veri depolamayı herkesin erişebileceği bir noktaya taşıması bekleniyor.

Teknik, insan hücrelerinin genetik bilgiyi nasıl depoladığına benzer şekilde çalışıyor. DNA üzerindeki metil grupları, genetik ifadeyi düzenleyen kimyasal işaretleyiciler olarak işlev görüyor. Araştırmacılar bu mekanizmayı, DNA bloklarını hareketli harfler, DNA şablonunu ise boş bir kâğıt gibi kullanarak yeniden tasarladı. İşin “mürekkep” kısmını ise bir enzim hallediyor. Enzim, bloklardaki tüm metil gruplarını DNA şablonunun her bir parçasına kopyalıyor. Daha sonra, bir nanopore dizileme cihazı, depolanan dijital dosyaları yeniden oluşturmak için birler ve sıfırlardan oluşan deseni okuyabiliyor.  

Araştırmaya göre çok sayıda yazma işlemi parça parça değil, bir kerede gerçekleştiriliyor. Sonuç olarak, sürecin hızlandırılması ve bilim insanı olmayanlar için erişilebilir hale getirilmesi, DNA’nın uygulanabilir bir veri depolama ortamı haline gelmesine yardımcı olabilir.

Kaynak ve devamına Buradan ulaşabilirsin.

Bilim insanları sivrisinekleri aşı dağıtım aracı olarak kullanmayı başardı. Genetiği değiştirilmiş parazitlerle yapılan çalışmada %90’a varan başarı elde edildi.

Londra Hijyen ve Tropikal Tıp Okulu araştırmacıları, sivrisinekleri kullanarak aşı dağıtımında çığır açan bir başarıya imza attı. Geleneksel yöntemlerin aksine, sivrisinek ısırığı yoluyla uygulanan bu yenilikçi aşılama tekniği, klinik denemelerde %90’a varan etkinlik gösterdi. Bu gelişme, özellikle sıtma gibi tropical hastalıklarla mücadelede yeni bir dönemin kapılarını aralıyor.

Sıtma parazitinin genetik modifikasyonu ile yeni bir dönem başlayabilir

Araştırma ekibi, genellikle hastalık taşıyıcısı olarak bilinen sivrisinekleri yararlı bir amaç için kullanmaya odaklandı. Çalışmanın merkezinde, sıtmanın ana nedeni olan Plasmodium falciparum parazitinin genetik olarak modifiye edilmiş versiyonu yer alıyor. GA2 adı verilen bu modifiye parazit, normal sıtma parazitinden farklı olarak hastalığa neden olmak yerine bağışıklık sistemini güçlendiriyor.

Bilim insanları, 43 gönüllü üzerinde gerçekleştirdilen klinik denemelerde iki aşamalı bir test protokolü uyguladı. İlk aşamada, 20 katılımcı modifiye parazit taşıyan sivrisineklerin ısırıklarına maruz bırakıldı ve hiçbir katılımcıda kan enfeksiyonu görülmedi. İkinci aşamada ise 23 gönüllü, 28 gün arayla üç kez sivrisinek ısırığı aldı. Bu gruptan GA2 paraziti ile aşılananların %89’u, daha sonraki sıtma maruziyetine karşı başarıyla korundu.

Ancak bu yenilikçi yaklaşımın yaygın kullanıma geçmeden önce aşması gereken bazı zorluklar bulunuyor. Laboratuvar ortamında insan kan hücreleri üzerinde kültürlenen parazitlerin sivrisineklere aktarılması ve bu sivrisineklerin aşı taşıyıcısı olarak hazır hale gelmesi yaklaşık iki hafta sürüyor. Bu durum, büyük ölçekli uygulamaları zorlaştırıyor.

Kaynak ve devamına Buradan inceleyebilirsin.

Johns Hopkins Tıp Fakültesi bilim insanları, memeli beyin hücrelerinin kol benzeri yapısının, bilim insanlarının bir asırdan uzun süredir varsaydığından farklı bir şekilde olabileceğine dair yeni kanıtlar sunarak, biyoloji ders kitaplarının revizyona ihtiyaç duyabileceğini söylüyor.

Fare beyin hücreleri üzerinde yapılan çalışma, hücrelerin aksonlarının (diğer beyin hücrelerine ulaşarak bilgi alışverişinde bulunan kol benzeri yapılar) kitaplarda ve internet sitelerinde sıkça resmedilen silindirik tüpler olmadığını, daha çok bir ipe bağlı inciler gibi olduğunu gösteriyor.Bulgulara ilişkin rapor 2 Aralık’ta Nature Neuroscience dergisinde yayımlandı .”Aksonların yapısını anlamak beyin hücresi sinyallemesini anlamak için önemlidir,” diyor Johns Hopkins Üniversitesi Tıp Fakültesi’nde hücre biyolojisi ve sinirbilimi doçenti olan Shigeki Watanabe, Ph.D.. “Aksonlar beyin dokumuzu birbirine bağlayan , öğrenmeyi, hafızayı ve diğer işlevleri sağlayan kablolardır.”Bilim insanları, nöronlardaki zar ve iskelet bütünlüğünün kaybolması sonucu, ölmekte olan beyin hücrelerinde ve Parkinson ve diğer nörodejeneratif hastalıkları olan kişilerde, aksonlarda inci benzeri yapıların oluşabileceğini biliyor.Normal koşullar altında aksonların çoğunlukla sabit bir çapa sahip tüpler şeklinde olduğu ve ara sıra baloncuk benzeri yapılara (sinyallerin diğer beyin hücrelerine iletilmesini sağlayan nörotransmitter kümelerini tutan sinaptik varisler) sahip olduğu düşünülmektedir.Watanabe, ilk başta solucanların sinir sisteminde tekrarlayan akson incileri görmüştü ve İsviçreli bilim insanı Dr. Graham Knott ile yaptığı bir tartışmanın ardından bu yapılar hakkında daha fazla merak duymaya başladı.

Fare beyin hücreleri üzerinde yapılan çalışma, hücrelerin aksonlarının (diğer beyin hücrelerine ulaşarak bilgi alışverişinde bulunan kol benzeri yapılar) kitaplarda ve internet sitelerinde sıkça resmedilen silindirik tüpler olmadığını, daha çok bir ipe bağlı inciler gibi olduğunu gösteriyor.

Bulgulara ilişkin rapor 2 Aralık’ta Nature Neuroscience dergisinde yayımlandı .

“Aksonların yapısını anlamak beyin hücresi sinyallemesini anlamak için önemlidir,” diyor Johns Hopkins Üniversitesi Tıp Fakültesi’nde hücre biyolojisi ve sinirbilimi doçenti olan Shigeki Watanabe, Ph.D.. “Aksonlar beyin dokumuzu birbirine bağlayan , öğrenmeyi, hafızayı ve diğer işlevleri sağlayan kablolardır.”

Bilim insanları, nöronlardaki zar ve iskelet bütünlüğünün kaybolması sonucu, ölmekte olan beyin hücrelerinde ve Parkinson ve diğer nörodejeneratif hastalıkları olan kişilerde, aksonlarda inci benzeri yapıların oluşabileceğini biliyor.

Normal koşullar altında aksonların çoğunlukla sabit bir çapa sahip tüpler şeklinde olduğu ve ara sıra baloncuk benzeri yapılara (sinyallerin diğer beyin hücrelerine iletilmesini sağlayan nörotransmitter kümelerini tutan sinaptik varisler) sahip olduğu düşünülmektedir.

Watanabe, ilk başta solucanların sinir sisteminde tekrarlayan akson incileri görmüştü ve İsviçreli bilim insanı Dr. Graham Knott ile yaptığı bir tartışmanın ardından bu yapılar hakkında daha fazla merak duymaya başladı.

Harvard Üniversitesi’nden bir araştırma ekibinin 2012 yılında aksonlarda tekrarlayan “iskelet” bileşenlerini tanımlayan bir çalışma yayınladığını belirten Watanabe, bu nedenle araştırmacıların inci yapıların kaybolup kaybolmadığını görmek için akson iskeletinden kurtulmak üzere deneyler tartıştıklarını söyledi.Johns Hopkins lisansüstü öğrencisi ve çalışmanın baş yazarı Jacqueline Griswold bu fikri test etti ancak akson incilenmesi üzerinde bir etki bulamadı.Daha sonra Watanabe ve Griswold, aksonların fiziksel özelliklerine daha yakından bakmak için Kaliforniya Üniversitesi San Diego Tıp Fakültesi’nde farmakoloji profesörü olan teorik biyofizikçi meslektaşları Dr. Padmini Rangamani ile birlikte çalıştılar.İnsan saçının genişliğinden 100 kat daha küçük olan beyin hücrelerindeki (nöronlar) aksonları görebilmek için bilim insanları yüksek basınçlı dondurma elektron mikroskobu kullandılar . Hücrenin yapısını ana hatlarıyla belirtmek için hücreye elektron demetleri gönderen standart elektron mikroskobu gibi Watanabe ve ekibi de yapıların şeklini korumak için fare nöronlarını dondurdular.Watanabe, “Nano ölçekli yapıları standart elektron mikroskobu ile görmek için dokuları sabitliyor ve kurutuyoruz, ancak onları dondurmak şekillerini koruyor. Bu, bir üzümü kuru üzüme dönüştürmek yerine dondurmaya benzer,” diyor.

Kaynak ve devamına Buradan ulaşabilirsiniz.

Aksiyon karanlık maddenin bir süpernova esnasında oluşup gama ışınlarına dönüşmesi lazım. Onları görecek kadar şanslı olacak mıyız?

Evrenin karanlık maddesine yönelik arayış, yakındaki bir süpernova ve biraz da şansla yarın kadar yakın bir zamanda bitebilir.

Karanlık maddenin tabiatı, evrendeki maddenin %85’inin teleskoplarımızdan görülmediğinin fark edilmesinden bu yana gökbilimcilerden 90 yıl boyunca kaçmayı başarmıştı. Günümüzdeki en muhtemel karanlık madde adayı ise dünya çapındaki araştırmacıların ısrarla bulmaya çalıştığı hafif bir parçacık olan aksiyon.

Şimdiyse Berkeley – California Üniversitesinde (UC Berkeley) çalışan astrofizikçiler, yakındaki bir süpernova patlamasından çıkan gama ışınları tespit edildikten saniyeler sonra aksiyonun keşfedilebileceğini iddia ediyor. Aksiyonlar eğer varsa, dev bir yıldızın çekirdeği çöküp nötron yıldızına dönüştükten sonraki ilk 10 saniyede bol miktarda oluşuyor. Ayrıca bu aksiyonlar firar ederek, yıldızın yoğun manyetik alanında yüksek enerjili gama ışınlarına dönüşüyor.

Böyle bir tespit, bugün sadece yörüngedeki tek gama ışını teleskobu Fermi Gama-ışını Uzay Teleskobu’nun süpernova patladığı esnada onun bulunduğu yöne bakması halinde mümkün olacak. Teleskobun görüş alanı dikkate alındığındaysa bu 10’da bir ihtimal.

Ancak gama ışınlarının sadece bir kez tespit edilmesiyle birlikte, aksiyonun kütlesi şu an Dünya üzerinde yürütülen deneylerde taranan kütle aralıkları da dahil olmak üzere devasa bir kuramsal kütle aralığında saptanabilir; özellikle de QCD aksiyonunun kütlesi. Fakat tespit yapılamazsa, aksiyon için büyük bir muhtemel kütle aralığı elenir ve karanlık maddeye dönük yürütülen en güncel arayışlar anlamsız hale gelir.

Fakat sorun, gama ışınlarının tespit edilecek kadar parlak olması için süpernovanın yakında olması gerekmesi (Samanyolu galaksimizin veya onun uydu galaksilerinin birinin içerisinde). Yakındaki yıldızlar ise ortalamada sadece birkaç on yılda bir patlıyor. Yakınımızda gerçekleşen son süpernova, 1987 yılında Samanyolu’nun uydularından biri olan Büyük Macellan Bulutu’ndaydı. O zamanlar artık kullanılmayan gama-ışını teleskobu Solar Maksimum Görevi, bu süpernovanın bulunduğu yöne bakıyordu ancak UC Berkeley’deki araştırma takımının analizine göre gama ışınlarının tahmini yoğunluğunu tespit edecek kadar hassas değildi.

UC Berkeley’de yardımcı fizik profesörü olarak çalışan ve geçtiğimiz hafta Physical Review Letters bülteninde çevrim içi yayımlanan bir makalenin kıdemli yazarı olan Benjamin Safdi şöyle aktarıyor: “Eğer 1987A süpernovası gibi bir süpernovayı modern bir gama ışını teleskobuyla görecek olsaydık, en ilginç aksiyon olan bu QCD aksiyonunu parametre alanının büyük bir kısmında tespit edebilir veya eleyebilirdik; esasında laboratuvarda araştırılamayan parametre alanının tamamını ve laboratuvarda araştırılabilen parametre alanının büyük bir kısmını. Üstelik hepsi 10 saniye içerisinde olurdu.”

Fakat araştırmacılar, uzun bir süredir geciken bu süpernovanın yakındaki bir evrende patlaması halinde aksiyonların ürettiği gama ışınlarını görmek için hazır olmayacağımızdan kaygı duyuyor. Bilim insanları şimdilerde gama ışını teleskoplarını yapan meslektaşlarıyla konuşup, gökyüzünün %100’ünü 7/24 kapsayacak böyle bir teleskobu veya bir teleskop filosunu fırlatıp tüm gama ışını patlamalarını yakalamayı güvence altına almanın imkanını değerlendiriyor. Hatta tam gökyüzü gama ışını uydu takımları için bir isim bile önermişler; Süpernova için GALaktik AKSiyon Cihazı veya GALAXIS.

“Bence bu makaledeki herkes, sıradaki süpernovanın doğru cihazlarımız olmadan gerçekleşmesinden endişe duyuyor” diyor Safdi. “Yarın bir süpernova patlarsa ve aksiyonu tespit etme fırsatını kaçırırsak bu çok büyük bir utanç olur; bu fırsat bir 50 yıl daha gelmez.”

Safdi’nin eş yazarları arasında yüksek lisans öğrencisi Yujin Park ve doktora sonrası araştırma görevlileri Andrea Manzari ile Inbar Savoray var. Bu dört bilim insanı, UC Berkeley’in fizik bölümünün ve ABD Ulusal Lawrence Berkeley Laboratuvarındaki Kuramsal Fizik Grubu’nun üyeleri.

QCD aksiyonları

Karanlık maddeye dönük yürütülen aramalar esasen soluk, ağır ve kompakt hale cisimleri (MACHO’lar) üzerine odaklanmıştı. Kuramsal olarak galaksimize ve evrene yayılı durumda oldukları düşünülen bu cisimler somutlaşmadığında, fizikçiler kuramsal olarak etrafımızda dolaşan ve Dünya tabanlı laboratuvarlarda tespit edilebilmesi gereken temel parçacıkları aramaya başlamışlardı. Bu zayıf etkileşimli ağır parçacıklar (WIMP’ler) da ortaya çıkmamıştı. Bilim insanlarının şu an karanlık maddeye yönelik en iyi adayı, standart fizik modeline güzel biçimde uyan ve parçacık fiziğinde öne çıkan diğer bilmeceleri çözüme kavuşturan bir parçacık olan aksiyon. Aksiyonlar, evrenin altında yatan geometriye dönük bir hipotez olup kozmik ölçeklerdeki etkileşimleri açıklayan kütleçekim ile son derece küçük olan şeyleri tanımlayan kuantum mekaniği kuramını birleştirebilecek sicim kuramından da düzgün şekilde çıkıyor.

“Aksiyon gibi parçacıklar olmadan kuantum mekaniğiyle birleşen tutarlı bir kütleçekim kuramı neredeyse imkansız gibi görünüyor” diyor Safdi.

Aksiyon için en güçlü aday, adını geçerli kuvvetli güç kuramı kuantum kromodinamiğinden alan QCD aksiyonu. Bu aksiyon, zayıf şekilde olsa da bütün maddelerle doğanın dört kuvveti üzerinden etkileşime giriyor: Kütleçekim, elektromanyetizma, atomları bir arada tutan kuvvetli güç ve atomların parçalanmasını açıklayan zayıf güç yoluyla. Bu durumun bir sonucu da; güçlü bir manyetik alanda bir aksiyonun bazen bir elektromanyetik dalga veya fotona dönüşmesinin gerekmesi. Aksiyon, bir diğer hafif ve zayıf etkileşimli parçacık olan ve sadece kütleçekim ile zayıf kuvvet üzerinden etkileşime girip, elektromanyetik kuvveti tümden es geçen nötrinodan çok farklı.

Hepsinde de UC Berkeley araştırmacılarının yer aldığı ALPHA Konsorsiyumu (Aksiyon Boylamsal Plazma HAloskobu), DMradio ve ABRACADABRA gibi laboratuvar tezgahınde yürütülen deneylerde, bir ses çatalı gibi düşük kütleli bir aksiyonun güçlü bir manyetik alan karşısında dönüşmesiyle oluşan zayıf elektromanyetik alanla ya da fotonla yankılanan veya bunun gücünü artıran kompakt boşluklar kullanılıyor.

Alternatif olarak astrofizikçiler, 1987A gibi çekirdeği çöken bir süpernovanın hemen ardından nötron yıldızlarının içerisinde oluşan aksiyonları aramayı önermişti. Fakat şimdiye kadar çoğunlukla, bu aksiyonların galaksilerin manyetik alanlarında yavaşça fotonlara dönüşmesinden çıkan gama ışınlarının tespitine odaklanmışlardı. Safdi ve meslektaşları, bu sürecin gama ışını üretmede çok etkili olmadığının farkına varmış; en azından Dünya’dan tespit edilecek kadar etkili olmadığının.

Bilim insanları bunun yerine, aksiyonları oluşturan yıldızın etrafındaki güçlü manyetik alanlarda yer alan aksiyonların oluşturduğu gama ışınlarını araştırmışlar. Süperbilgisayarlarda yapılan canlandırmaların gösterdiği üzere bu süreç, çok etkili bir şekilde aksiyonun kütlesine bağlı olan bir gama ışını patlaması meydana getiriyor ve bu patlamanın, sıcak nötron yıldızının içerisinden çıkan bir nötron patlamasıyla eş zamanlı olarak meydana gelmesi gerekiyor. Ancak bu aksiyon patlaması, nötron yıldızı oluştuktan sonra yalnızca 10 saniye sürüyor ve yıldızın dış katmanlarının patlamasından saatler önce meydana geliyor; sonrasında oluşum oranı çarpıcı şekilde düşünüyor.

“Bu durum bizi, aksiyon laboratuvarları olarak aksiyon aramak üzere en uygun hedeflerin nötron yıldızları olduğunu düşünmeye sevk etti” diyor Safdi. “Nötron yıldızlarında birçok ilginç şey oluyor. Son derece sıcak cisimler. Ayrıca çok güçlü manyetik alanları var. Evrenimizdeki en kuvvetli manyetik alanlar, laboratuvarda yapabileceğimiz herhangi bir şeyden on milyarlarca kat daha büyük manyetik alanlara sahip magnetarlar gibi nötron yıldızlarının etrafında bulunuyor. Bu durum, o aksiyonların gözlemlenebilir sinyallere dönüştürülmesine yardımcı oluyor.”

Safdi ve meslektaşları, iki yıl önce QCD aksiyonunun kütlesine yönelik en iyi üst sınırı yaklaşık 16 milyon elektron volt ya da elektronun kütlesinden 32 kat kadar daha düşük olarak belirlemiş. Bu tespit, nötron yıldızlarının soğuma oranına dayanıyor. Soğuma, aksiyonlar bu sıcak, kompakt cisimlerin içerisinde nötrinolarla birlikte oluştuğunda daha hızlı gerçekleşiyor.

UC Berkeley ekibi, mevcut çalışmada bir nötron yıldızına dönüşen çekirdek çöküşünün ardından gama ışını üretimini tanımlamakla kalmıyor; aynı zamanda 1987A süpernovasından çıkan gama ışınlarının tespit edilmeyişinden faydalanarak, aksiyon benzeri parçacıkların kütlesine yönelik şimdiye kadarki en iyi sınırlamaları da koyuyor (bu parçacıklar, güçlü kuvvet yoluyla etkileşime girmemeleri bakımından QCD aksiyonlarıyla farklılık gösteriyor).

Araştırmacılar bir gama ışını tespitinin, 50 mikroelektron voltun (mikro-eV veya μeV) üstünde veya elektronun kütlesinin yaklaşık 10 milyarda biri olması halinde QCD aksiyonunun kütlesini belirlemelerine olanak sağlayacağını tahmin ediyor. Safdi’nin söylediğine göre tek bir tespit, mevcut deneylerin odağını aksiyonun kütlesini onaylamaya doğru değiştirebilir. Yakındaki bir süpernovadan çıkan gama ışınlarının tespiti için en iyi seçenek bu işe ayrılmış bir gama ışını teleskobu filosu olsa da; Fermi’nin şansının yaver gitmesi çok daha iyi olur.

“Aksiyonlar için en iyi senaryo, Fermi’nin bir süpernova yakalaması olur” diyor Safdi. “Tek problem bunun düşük bir ihtimal olması. Ancak Fermi bunu görürse, kütlesini ölçebiliriz. Etkileşim kuvvetini ölçebiliriz. Aksiyonla ilgili bilmemiz gereken her şeyi belirleyebiliriz ve bu sinyalden inanılmaz derecede emin oluruz çünkü böyle bir olayı meydana getirebilecek hiçbir sıradan madde yok.”

Araştırma ABD Enerji Bakanlığından gelen fonlarla desteklenmiş.

Yazar: Robert Sanders/Berkeley – California Üniversitesi. Çeviren: Ozan Zaloğlu.

Kaynak:Ana Kaynak için Tıklayın