İki Türk laboratuarda altın üretti
Yapay evrim denen bir yöntemle virüs ve bakteri proteinleri kullanılarak gerçekleştirilen çalışma, Amerikan bilim çevrelerinde büyük yankı uyandırdı. Altın yapmanın şifresine ulaşmanın bin yılları bulan zahmetli yolu, yaşamın sırlarından biri olan doğal seleksiyondan geçiyor; yani moleküllerin birbirlerini tanıyıp seçip ayırmayı bilmesinde yatıyor.
Harry Pottur serisinin ilk filmini izleyenler hatırlar; Harry ve arkadaşları okulda girilmesi yasak ulan üçüncü koridora girerler. Burada üç başlı bir canavarın koruduğu "felsefe taşı" saklanmaktadır. Harry'nin anne ve babasını öldüren kötü büyücü Voldemort da "felsefe taşı"nuı peşindedir. Mistisizme meraklı olanlar bu taşın, geçmişi 2500 yıl öncesine kadar dayanan simya ilminin efsanevi taşı olduğunu bilirler. "Felsefe taşı", en bilinen anlamıyla, tüm maddeleri altına çeviren ve ölümsüzlük veren taştır, maddenin en sat hali, özüdür.
Yüzyıllar, bin yıllar boyunca Mezopotamya, Anadolu, Antik Mısır. İran, Hindistan ve Çin'de. Antik Yunan'da. Roma İmparatorluğumda. İslam coğrafyasında ve Ortaçağdan itibaren 19, yüzyıla kadar da Avrupa'da simyacılar hep bu taşı arayıp durdular. Isaae Nevton. Robert Böyle. Demokritus. Razi. Inn Haldun, Cabii Ihn Hayvan, Nieolas Flamel. Platon. Pitagoras, Tales. Zosimus ve Paracelsus "felsefe taşf'nı bulmaya çalışan tanınmış simyacılardan yalnızca birkaçı.
Simya bir dönüşüm sanatıdır. Kirli olanı, hasta olanı birçok süreçten geçirerek arınmış ve mükemmel olana dönüştürmeyi amaçlar. Simyacılara göre madde hastadır ve iyileştiğinde ortaya altın çıkacaktır. Simyanın, maddeden altını çıkarma uğraşı, ezoterik olarak insandaki Tanrı özünün ortaya çıkartılmasına denk gelir. Bu anlamda "felsefe taşı" da mutlak olana kavuşturan bilinç anlamını kazanır. "Felsefe taşı" en güzel ifadesini VITRIOL sözcüğünde bulur. VIT-RIO1. Latince bir cümledeki sözcüklerin baş harflerinden oluşmuştur. Bu cümle '"Visİta Interiora Terra; Rectificando Invçnies Oeeultum La-pidem'dirve "'Dünyanın derinliklerini ziyaret et gizli taşı bulacaksın" anlamına gelir. Simya düşüncesi aslında Tanrı'nın birliğinden kaynaklanır. Evreni yaratan Tanrı. Ruh'a çeşitli formlar vermiş ve böylelikle madde oluşmuştur: yani madde Tek olanın farklı görünüşlerinden ibarettir. Simyacı ise bu formların arasında altın olanı arar. Bu arayış tarih boyunca simyacıların kent meydanlarında yakılmasıyla bile sonuçlansa hiçbir zaman bitmedi.
2500 yıllık rüya gerçek oldu...
Yapay evrimle gerçek altın
Ancak sonunda insanlığın 2500 yıllık rüyası gerçek oldu. "Felsefe taşı" bulundu! Washington Üniversitesi ve İstanbul Teknik Üniversitesi'nden iki Türk profesör laboratuarda biyolojik ortamda altın parçacığı üretmeyi başardı. Ama simyacıların kutsal metinlerinde geçtiği gibi yakmayan ateş, ıslatmayan su ve filozof yumurtasıyla değil; yapay evrimle, bir başka deyişle hızlandırılmış evrimle altın üretiyorlar.
Washington Üniversitesi Genetik Mühendisliği Malzeme Bilimleri ve Mühendislik Merkezi'nin (GEM-SEC) kurucusu ve yöneticisi Prof. Mehmet Sarıkaya ile İstanbul Teknik Üniversitesi (İTÜ) Moleküler Biyoloji ve Genetik Bölüm Başkanı, İTÜ Moleküler Biyoloji Genetik ve Biyoteknoloji Araştırmaları Merkezi'nin yöneticisi Prof. Candan Tamerler'in birlikte yürüttüğü çalışma, malzeme mühendislikleri için bir devrim niteliğinde. Çünkü bu çalışma yalnız altın üretebilmenin değil, savunma, tıp, ilaç sanayi ve endüstrinin her alanı için her türlü malzemeyi üretebilmenin yolunu açıyor. Sözünü eniğimiz malzemeler sentetik malzemeler değil üstelik gerçek, doğadaki gibi malzemeler!
İşte işin sırrı...
Sır, moleküllerin "tanışma"sıymış
Merak içinde "Peki neymiş gerçekte bu felsefe taşı?" diye sorduğunuzu duyar gibiyim. Çok şaşıracaksınız ama altın üretmeye yarayan "'felsefe taşı" bir nesne değil, bir kavram! Moleküllerin birbirlerini tanıması! Yani canlılığın, var oluşun sırrı; doğal seleksiyon. Atomların, moleküllerin birbirlerini seçmesi ve ayırması. Güzeller güzeli Ayşe Memed'i sever de Ahmet'e yüz vermez. Neden? Çünkü Memed'inin yanında mutludur, Ahmet'in değil. Memed'İn yanında kalbi kuş gibi çarpar, Ahmet'in değil. Memed'le muhabbet ister gönlü, Ahmet'le değil. "Ne alakası var?" dediğinizi duyuyorum ama aşkın neyle alakası yok ki! Birazdan konuyu anlatırken niye aşktan söz ettiğimi daha iyi anlayacaksınız. Zaten Prof. Mehmet Sarıkaya konuyu anlamam için kendisi verdi bana bu örneği. Moleküler boyutta bir şeyleri anlatmanın zorluğunu fark edip "Bu kız bu oğlanın elini tutmak İster de ötekinin elini tutmak istemez, niye?" deyiverdi en sonunda, ben de anladım. Ama anlatmadan önce hikâyeyi baştan, yani 1984 yılından alacağım efendim.
Prof. Sarıkaya, 1984'te ABD Kaliforniya Üniversitesi'nde doktora çalışması için çeliğin yapısını incelerken, bir bilim dergisinde deniz kabuğunun elektron mikroskobu altındaki görüntüsü ilişir gözüne. Deniz kabuğunun içyapısı çeliğinkiyle aynıdır, tuğlayla örülmüş bir duvara benzemektedir. Yani insanoğlu moleküler boyutta ne yaptığının farkında olmadan, doğada bilinen en dayanıklı malzeme olan deniz kabuğunu taklit eden bir madde üretmiştir demire karbon katarak: Çelik! O gün Sarıkaya, bir malzeme bilimci olarak doğayı taklit ederek mükemmel malzemeler geliştirebileceğinin farkına varır. Biyomimelik (biyobenzetim) denen bilim dalına ilk adımını böylece atar. Biyomimetik, canlılardaki protein yapılarını nano ölçekte (atomik veya moleküler boyutta) inceleyerek, mühendislik yoluyla bu yapılara benzer sentetik malzemeler üretmeye çalışan bir bilim dalı. Sarıkaya da 90'ların sonuna kadar geyik boynuzları, sünger iskeletleri ve bakteriler üzerinde çalışmalarını sürdürür. 90'ların başında nanoteknoloji ve nano-biyo-teknolojinin yükselişi biyomimetik çalışmalarına da ilgiyi arttırır.
Canlı ve cansız dünya birleşti...
Ancak tabiatı taklit etmenin zorlukları ve günümüz teknolojisinin yetersizlikleri bir yana, bu alanda tek bir veriye ulaşmak bile onlarca yıl alıyor. Örneğin 30 yıllık çalışmaların sonucunda diş minesinin oluşumunda etkin olan 40 protein içinden bugüne dek yalnızca bir tanesinin belirli bir bölgesinin ne işe yaradığı keşfedilmiş durumda. Prof. Sarıkaya 2000 yılında şöyle der kendi kendine: "Niye tabiat anayı taklit etmek yerine malzemeleri onun yaptığı gibi yapmayalım?" Kendisine bu soruyu yönelttiğinde dünyada "moleküler biyomimetiğin" kurucusu olacağını bilemezdi herhalde. Bu çılgın fikrini hayata geçirmek için iyi bir moleküler biyolog arayışına girer. Prof. Candan Tamerler ile işte bu arayış sırasında, İstanbul'a 2001'de bir kongre için geldiğinde tanışır. Tamerler, o zaman için son derece çılgınca görünen bu fikre derhal sıcak bakar ve "Canlıların yapı taşı olan proteinler milyarlarca yıldır neyi nasıl yapacaklarını çok iyi biliyorlar. Biz de proteinleri kullanabiliriz" der. Çevresinde hayalperest damgası yer ama yılmaz.
İşte bu ikilinin tanıştığı gün, biyo-mimetikte ilk kez canlı dünyayla cansız dünya arasında bir köprü kurulur. Amaç; az evvel söz ettiğimiz gibi moleküllerin birbirini tanıması, sevmesi, tercih etmesi prensiplerine göre her türlü malzemeyi üretmek. Başta ABD'de olmak üzere Nature gibi birçok saygın bilim dergisinde makaleleri yayımlanan Sarıkaya ve Tamerler artık bugün gümüş, platin, mika, titanyum, safir, silika, insan dişi dokuları ve altın üretebiliyorlar. Şimdi neymiş bu yapay evrim, moleküllerin birbirini tanıması ve seçmesi, anlatalım.
Önce bir bardak suyun içine küçük altın parçacıkları yerleştirilir...
Altın seven peptitler
Öncelikle bir bardak suyun içine (deney tüpünün yani) küçük altın parçacıkları yerleştiriliyor. Sonra milyarlarca bakterinin ve virüsün bulunduğu "bakteri ve virüs kütüphanesi" dedikleri bölüme geçiliyor. Buradaki virüs ve bakterilerin kendilerine has yapılarını oluşturan proteinleri toplanıyor. Bu proteinlerin de peptit denen küçük bir kısmı alınıp altın parçacıktı su dolu bardağa atılıyor. Sonra da milyarlarca peptit içinden bazılarının altını suya tercih ederek altına yapışması bekleniyor. Beklenen oluyor. Birkaç yüz tanesi altın parçacıklarına gidip yerleşiyor. Neden diye soruyorum. "Bir peptitin altını suya tercih etmesi, altın molekülünün peptitin üç boyutlu yapısına uyduğu anlamına geliyor. Peptit altın molekülünün üzerinde kendini dengede ve rahat hissediyor. Evrimsel olarak bakarsak, altın parçacığının üzerine yapıştığında ortaya bir enerji çıkıyor ve peptit enerjik olarak dengesini sağlıyor ve bu nedenle o maddeye bağımlı hâle geliyor" diye cevaplıyor Tamerler. Zaten sudan başka bir seçeneği de yok peptitin. İkisinden birini seçmek zorunda, o da kendisine en uygun olan, en rahat ettiği yeri seçiyor. İşte buna molekül boyutunda "tanıma" deniyor. Bir anlamda hayata tutunmaya çalışıyor. Peki pep-tit canlı mı ki buna karar verebiliyor? Bu soruyu da Sarıkaya yanıtlıyor: "Biz akıllı molekül diyoruz. Molekül başka bir molekülü tanıyor ve onunla birleşince bir fonksiyon, bir çıkar elde ediyorsa bu akıldır işte. Peptitler de sanki canlı gibi". Peki, bir peptit kendini altının üzerinde dengede hissedip hissetmediğine nasıl karar veriyor? Sarıkaya hemen sandalyesinden kalkıp göstererek anlatmaya başlıyor: "Diyelim ben peptitim, bu sandalye de altın. Ben geliyorum sandalyenin orasına burasına oturuyorum ama bir türlü rahat edemiyorum. Benim üç boyutlu yapıma yani vücut şeklime uygun değil diyelim ki bu sandalye. Diyelim çok şişmanım ve sığamıyorum bu dar sandalyeye. İşte peptitler de üç boyutlu yapılarına uygun yani ergonomik olan yapıyı seçiyorlar oturmak için. Ya da onu bırak, bir kız bir oğlanın elini tutar da ötekininkini tutmaz niye? Onun gibi işte..." Bu hareketli anlatımla konuyu iyice kavrıyorum. Vücudumuzdaki moleküllerin birbirini aynen bu şekilde tanımasalar bir araya gelemeyeceklerini de öğreniyorum. Biyolojinin temeli bu tanıma kavramına dayanıyormuş.
Şimdi gelelim altın yapmaya...
Denizlerdeki altın tuğlaları
Daha sonra suda kalmayı tercih eden peptitler ayıklanarak altını tercih edenler toplanıyor. Ve virüslerin, bakterilerin genetikleriyle oynanarak altını tercih eden türdeki peptitler üretmeleri sağlanıyor. Şimdi gelelim altın yapmaya. Denizde, okyanuslarda, göllerde ve ırmaklarda altın iyonları (atomik boyutta) bulunduğunu biliyoruz. Bu iyonlar altın değil ama bir araya getirilirlerse altın olacaklar. İşte ikinci aşama burada başlıyor. Bir kova deniz suyu almıyor (yani iyonlar sulu ortamda deney tüpünde bir araya getiriliyor) ve içine az evvel söz ettiğimiz "altın sever" peptitler bırakılıyor. Sonra bir bardak kahve almaya gidiyorsunuz ve dönüyorsunuz ki ne göresiniz, kovanın içinde altın parçacıkları var! Hem de dakikalar içinde! Ama nasıl? Yaşam alanı olarak altını tercih eden peptitler altın iyonlarını görünce tanıyor. 3-5 dakika içinde iyonları bir araya getirerek altın molekülleri yani kendine yaşayacak bir ev yapıyor. Tıpkı tuğlaları bir araya getirerek ev yapmak gibi. Sarıkaya: "Bu, yapay evrimle ortaya yeni bir akıllı biyolojik molekül çıkması demek. Altın iyonuyla diğer iyonlar arasındaki farkı bilen bir yapı. Göllerde, denizlerde, altın madenlerindeki su birikintilerinde altın iyonları bulunur. Altın seven peptitler bunların hepsini altına çevirebilirler" diyor. Tamerler tüm bu işlemlerin oda sıcaklığında ve kimyasal kullanmadan yapılmasını "İşte buna yeşil bilim denir" sözüyle açıklıyor. Peki peptitler iyonları bir araya getirmeyi nereden ve nasıl biliyor? Sarıkaya cevap veriyor: "Evrimsel süreç".
Külçe altın da yapılabilir...
Külçe altın da yapılabilir
Altın tıpta, sensörlerde, nanotek-nolojide kullanılan önemli madenlerden biri. Tamerler, altının makro ölçekte de (külçe külçe) üretilebileceğini ancak kendileri nano yapılar üzerine çalıştıkları, nanoteknolojik parçalarda da az miktar altın kullanıldığı için şimdilik makro üretime geçmek için sistemlerini hazırlamaya ihtiyaç duymadıklarını belirtiyor ve ekliyor: "Ama kuyumculuk sektöründen bir çalışma talebi gelirse değerlendirebiliriz. Şimdilik montajlarında altın kullanan Amerikalı ve Kanadalı birkaç nanoteknoloji firması ile ortaklık görüşmeleri yapıyoruz. Bir de dişçilerden çok büyük ilgi gördük. Peptitlerimiz istenen bölgede doğal diş yapısı oluşturabiliyorlar ve bu dişçilik için bir devrim."
5-10 yıl sonra üzerinde "dişler için", "kırık kemikler için", "altın için", "gümüş için" yazan kutularda peptitler satıldığını görürsek şaşırmamamız gerekiyor. Etrafımızda somon zenginleri de görebiliriz pekâlâ. Nasıl mı? Sarıkaya'nın bu çalışmayı öğrenen bir arkadaşı müthiş bir fikir atmış ortaya: "Biliyorsun somon balıkları bir nehirde doğduktan sonra okyanuslara açılırlar. Sonra da yumurtlamak için 3-4 yıl sonra doğdukları nehre geri dönerler. İşte bu somonların içine peptitleri yerleştirsek, okyanustaki altın iyonlarını altın parçacıklarına dönüştürseler ve somonlar doğdukları nehre geri döndüklerinde onları yakalayıp altınları toplasak olmaz mı?"
Aktüel
