Protein Mühendisliği Nedir?
Amino asitler birleşerek proteinleri oluşturur. Proteinler, büyük organik bileşiklerdir ve canlı organizmaların temel bileşenlerinden birisidir. Biyoteknolojinin gelişmesiyle ortaya çıkan yeni bir kavram ise protein mühendisliğidir. Protein mühendisliğinde genetik ve kimyasal teknikler kullanılarak protein yapısı istenilen özelliklere getirilir.
Protein mühendisliğinde iki önemli amaç vardır. Bunlardan biri, protenin aktif ve substrat bölge arasındaki ilişkiyi anlamak ikincisi de proteinin yapısal özelliklerini değiştirerek daha dayanıklı ve çalışkan proteinler geliştirmektir.
PROTEİN MÜHENDİSLİĞİNDE YÖNTEMLER
1.Yönlendirilmiş evrim
Evrimin laboratuvar koşullarında hızlandırılmasıdır. Yeni yapıya ve gelişmiş özelliklere sahip olunması için doğal seleksiyon taklit edilerek enzimlerin geliştirilmesine yardım eder. Uygun proteinlerin bulunması için mutasyonlar tekrar edilir, eleme ve seçme turları yapılır.
2.Makine öğrenme
İstenilen proteinleri elde etmek için kullanılan yönlendirilmiş evrim güçlü bir yöntemdir fakat kaynak yoğun olabilir. Bunun için, istatistiksel algoritmalar kullanılır. Eleme ve seçme turlarında evrimle ilgili kalıpları öğrenerek incelememize yardım eder.
3.Kristalografi
Bu yöntem protein tasarımını anlamamıza yardım eder. Proteinleri yapısal olarak karakterize etmek için x-ışını kristalografisi kullanılır. Protein altbirimlerini bu yöntemle görselleştirebiliriz. Protein çeşitlerini moleküler düzeyde görselleştirerek yararlı mutasyonların hikayesini anlarız.
4.Yapı Güdümlü Rekombinasyon
Çok amaçlı yeni proteinler için yapı güdümlü rekombinasyon yöntemi geliştirilmiştir. Evrimde rekombinasyonun cinsiyet üzerindeki faydalarını öğrenmek için kullanılır.
5.Schema (homolog) Rekombinasyon
Homolog rekombinasyon, bir dizi homolog protein parçalarını değiştirmek anlamına gelir. Schema rekombinasyon yöntemi kimeraların mutasyon düzeyini ve kimerik proteinlerin çalışma olasılığını artırmayı hedefler. Homolog rekombinasyon, farklılık gösteren çok sayıda olan işlevsel enzimleri incelememize yardım eder.
İLAÇLARDA PROTEİN MÜHENDİSLİĞİ
1985’te George Smith faj gösterimi olarak bilinen bir yöntemi geliştirdi. Bu yöntemde, bakterileri enfekte eden bir bakteriyofaj kullanılır. Bakterinin dış tabakasına konukçu olarak bir protein gönderirler. Bu proteinle etkileşime giren diğer moleküllerin bulunmasını sağlar. Bu teknoloji geliştirilerek antikorları evrimleştirmenin yolları bulundu. Geliştirilen antikorlar toksinleri tepkisizleştirir ve hastalıklara karşı koyabilir.
1989 yılında Gregory Winter’in kurduğu bir şirket olan Cambridge Antibody Technology tarafından Adalimumab (Humira) adı verilen bir antikor geliştirildi. 2002 yılında romatoid artritin tedavisi için kabul gördü. Ayrıca sedef ve bağırsak hastalıkları için de kullanıldı. 2017 yılında en çok satılan ilaçtı ve bu ilaç sayesiyle 18.4 milyar dolarlık gelir elde etti.
ENZİMLERDE PROTEİN MÜHENDİSLİĞİ
Frances Arnold 1990’larda yönlendirilmiş evrim konusunda çalışmalarda bulundu. Enzim üreten bakterilerdeki mutasyonları indüklemek ve enzim evrimini hızlandırmak için yöntemler geliştirdi. Bu yöntemler sayesiyle enzimleri istediğimiz gibi şekillendirebiliriz. Şekillendirdiğimiz enzimler tıbbi ilaçların sentezlenmesinde ve biyo-yakıt üretiminde kullanılmaktadır. Geliştirilen bu enzimler orijinal halinden 256 kat daha dayanıklı ve başarılıydı.
UYGULAMA ALANLARI ve NOBEL ÖDÜLÜ
Protein mühendisliğinin bir çok uygulama alanları vardır. Sağlıkta aşı, hormon üretiminde kullanılır. Doku mühendisliğinde, deterjan endüstrisinde, biyokütle çalışmalarında ve biyosensör, biyoçip uygulamalarında kullanılır.
Bu uygulama alanlardaki kanser ilaçlarından biyo-yakıtlara kadar her şey için kullanılan molekülleri yapmak için evrimi hızlandırdılar. Bu çalışmalar sayesiyle yazıda da bahsedilen üç isim; Frances H. Arnold, George Smith ve Gregory Winter 2018 kimya nobel ödülünü paylaştılar. Onlar bu çalışmalarında Darwin’in prensiplerini uyguladılar.
