Kategori arşivi: Kimya

#GeleceğinTrendleri: Topraktaki mikroplastikler üzerinde patojen mantarlar

Bir Cevap Yazın

Mikroplastik parçacığındaki bir çatlakta mantar sporları. (Bar = 30 mikron). (Resim: Bayreuth Üniversitesi / Mikoloji Bölümü)

Doğada altı milyar tondan fazla plastik var. Plastik yerin içinde hareket eder, denizde sürüklenir, yağmurla yağar, soluduğumuz havada uçar. Ama bizi zehirlemez – dünya onu kendi döngülerine dahil eder.

Topraktaki mikroplastik partiküller sadece çevreyi kirletmekle kalmaz, aynı zamanda sağlık tehlikesi de olabilirler. Zira araştırmacılar onların üzerinde çok sayıda mantar türü buldular, aralarında birçok patojenik tür de buna dahildi. Görünüşe göre mikroplastikler, onlara yeni bir ekolojik niş sunuyor ve bu nedenle insanları, hayvanları ve bitkileri etkileyebilecek, mantar enfeksiyonlarının kaynağını temsil ediyorlar. Küçük plastik parçacıkların rüzgarla geniş çapta yayılabileceği ve böylece patojenleri yeni alanlara taşıyabileceği gerçeği göz önüne alınınca, problem daha da büyüyor.

Mikroplastikler dünya çapında yaygındır. Küçük plastik parçacıklar, derin denizlerde ve uzak dağ zirvelerinde bile tespit edilmiştir, toprakta her yerde bulunurlar ve ayrıca insan vücudunda da çoğalırlar. Doğrudan sağlık etkileri henüz belirsiz olsa da, plastiklerin çevredeki çok sayıda mikroorganizmalar tarafından kolonize edildiği bulunmuştur. Bu nedenle araştırmacılar artık mikroplastik habitatına “plastisfer” adını verdiler. Ancak, şimdiye kadarki bilimsel odak bakteriler üzerinde olmuştur ve ağırlıkla su örneklerinden elde edilen mikroplastik parçacıklar incelenmiştir.

Plastik üzerinde mantar

Bayreuth Üniversitesi’nden Gerasimos Gkoutselis liderliğindeki bir ekip şimdi topraktaki mikroplastikler üzerindeki mantarlarla uğraştılar. Araştırmacılar, “Mantarlar, plastiklerin karasal sistemlerde mikrobiyal kolonizasyonunu incelemek için ideal organizma grubudur, çünkü plastisferdeki yaşama özellikle iyi adapte olmuşlardır” diye yazıyor. Gerçeği mümkün olduğu kadar iyi gösteren resmi elde edebilmek için, araştırmalarında yakın insan çevresindeki alanlardan toprak örnekleri seçtiler: Batı Kenya’nın Siaya kentinde, bir pazar meydanından, iki çöp deposundan, yol kenarından ve bir iç avludan.

Gkoutselis ve meslektaşları, çeşitli mikroskobik yöntemler ve metagenom analizi yardımıyla plastik parçacıklar üzerinde hangi mantarların bulunduğunu inceledi. Sonuç: “Mikroplastik parçacıklar üzerinde mantarsı biyofilm oluşumunun tüm aşamalarını gözlemleyebildik. Bu esnada plastisferdeki mantarların sadece büyümekle kalmayıp çoğaldıklarını da kanıtlayabildik. Mikroskobik incelemelerden ve DNA analizlerinden elde ettiğimiz veriler şu varsayıma sebep oluyor; mikroplastiklerin üzerine yerleşen mantarlar bütün arazilerde mevcuttur.”

Patojenler tercih edilir

Analize göre, mikroplastik parçacıklar üzerindeki mantar toplulukları, çevrelerindeki topraklarda bulunanlardan önemli ölçüde farklıydı – belirli patojen türler lehine. Gkoutselis, “İnsanlar için tehlikeli olan bazı türler, karartan mantarlar ve kriptokokal mayalar da dâhil olmak üzere, mikroplastik parçacıkların yüzeylerinde çevreleyen zemine göre daha yüksek konsantrasyonlarda bulunur” diyor. “Bu nedenle çalışmamız, topraktaki mikroplastiklerin muhtemelen bir mantar enfeksiyonu kaynağı olabildiği bulgusunu haklı çıkarıyor.”

Araştırmacılara göre, patojenik mantarların mikroplastik partiküller üzerinde giderek daha fazla bulunmasının nedeni, patojenik türlerin, aslında yaşama layık olmayan plastik yüzeyi kolonize etmelerini kolaylaştıran belirli özelliklere sahip olmasıdır: “İstilacı yapılar üretirler, biyofilmler oluştururlar ve mukus salgılarlar”, dedi araştırmacılar. Mevcut çalışma için yalnızca Kenya’dan alınan toprak örneklerini analiz etmelerine rağmen, bu özelliklere dayanarak bunun küresel bir fenomen olduğunu varsayıyorlar.

Dünya çapında sorun

Araştırmacılar, “Dünya çapında karasal ekosistemlerde artan miktarda plastik atık göz önüne alındığında, bu etkileşim ile mantar enfeksiyonlarının küresel epidemiyoloji için ciddi sonuçları olabilir” diye uyarıyor. Sorun, plastik parçacıkların kolayca yayılması gerçeğiyle daha da kötüleşiyor: “Bu uzun ömürlü substratlar sadece patojenler için bir yerleşke görevi görmez, aynı zamanda rüzgâr, akıntılar ve dalgalar tarafından uzun mesafelere de taşınabilir ve nihayetinde yeni yerlerde yabancı mikrobiyal toplulukların yerleşmesine yol açabilir.”

Mantar enfeksiyonları dünya çapında artmakta ve özellikle tropik bölgelerde çok sayıda ölümden sorumludur. Yazarlar, “Bu çalışma, plastik kirliliğinin toprakta patojen birikimi üzerindeki doğrudan etkisini gösteren ilk çalışmadır” diye yazıyor. “Gelecekteki çalışmalar, bu yüksek olasılıkla küresel fenomenlerin hem çevresel hem de epidemiyolojik sonuçlarını analiz etmelidir. Aynı anda siyasi yetkililer plastik atıkları insan sağlığına potansiyel bir tehdit olarak sınıflandırmayı düşünmeli.”

Sonuçlar özellikle tropikal ülkelerde ciddi olabilir

Araştırmacılara göre, patojenik mantarların bulaşmasıyla ilgili sorunların, özellikle atık bertarafının genellikle yetersiz olduğu ve çevreye çok fazla atık bırakıldığı tropik ülkelerde ortaya çıkması muhtemeldir. Ancak Kenya’nın plastik atıkların önlenmesinde öncü bir rol oynadığını vurguluyorlar.

Bayreuth Üniversitesi’nden Gerhard Rambold, “2017’den beri orada tek kullanımlık plastikten kaçınmak için etkili önlemler alındı. Kenya, sanayileşmiş ülkelerden plastik ithalatını kısıtlayacak bir ittifaka da katıldı” diyor. Orada plastik atıkların çevreye karışmaması için önlemler erken bir aşamada alındı.

Nizamettin Karadaş

Bu yazı tweet zinciri olarak da yayınlandı:

 

Kaynaklar:

Gerasimos Gkoutselis (Universität Bayreuth, Deutschland) et al., Scientific Reports,

Geo.de

Wissenschaft.de

#GeleceğinTrendleri: Petrol üreten algler keşfedildi

Dicrateria fitoplankton, benzinden ağır yağa kadar hidrokarbonlar üretiyor

Dicrateria cinsinden kamçılı deniz yosunu biyolojik petrol üretir ve onu hücrelerin içinde depolar (kırmızı). © Harada et al./ Scientific Reports, CC-by-sa 4.0

Heyecan verici bulgu: Araştırmacılar, Kuzey Kutup Denizinde biyolojik petrol üretebilen ilk organizmayı keşfettiler. Tek hücreli deniz yosunu Dicrateria, on ila 38 karbon atomu uzunluğunda doymuş hidrokarbon zincirleri ve dolayısıyla benzin, dizel ve ısıtma yağını oluşturan alkanlar üretir. Bilim insanlarının “Scientific Reports” uzman dergisinde bildirdiği gibi, şimdiye kadar, petrolün bu kadar iyi bir eşdeğerini üretebilen başka bir organizma bilinmiyor.

Ham petrol, benzin, motorin ve diğer yakıtlar için olduğu kadar kimya endüstrisi için de en önemli hammaddelerden biridir. Şimdiye kadar, bu doymuş hidrokarbon zincirleri karışımı sadece fosil kaynaklardan elde edilebilir. Bu nedenle yanması, milyonlarca yıl önce bağlanmış olan karbondioksiti serbest bırakır ve böylece atmosferdeki CO2 artışına katkıda bulunur.

Ham petrol ve türevleri biyolojik olarak üretilebilseydi farklı olurdu. O zaman yanma, yalnızca bu organizmalar tarafından daha önce çevreden emildiği kadar CO2 salacaktır. Bu tür yakıtlar bu nedenle CO2-nötr olacaktır. Örneğin bitki kalıntılarını sentetik yakıtlara dönüştürebilen bazı mikroplar vardır. Dizel üreten genetiğiyle oynanmış bakteriler de vardır. Ancak, petrolün tüm alkan spektrumunu doğal olarak üreten bir canlı bilinmiyordu.

Petrol kabarcıklı plankton algleri

Bu artık değişti: Japon deniz araştırma ajansı JAMSTEC’den Naomi Harada liderliğindeki bir araştırma ekibi, Arktik Okyanusu’nda doğal olarak biyolojik petrol üreten tek hücreli bir deniz yosunu keşfetti. Dicrateria rotunda türünün algleri, Sibirya’nın kuzey kıyılarındaki Chukchi Denizi’nden alınan su örneklerinde bulundu. Bu kamçılı fitoplanktonun daha ilk araştırmalarında, hücrelerinin yağla dolu kovuklar içerdiği fark edildi.

Ekip, gaz kromatografisi-kütle spektrometrisi (GC-MS) kullanarak bu yağ kabarcıklarının bileşimini analiz ettiğinde, şaşırtıcı bir şey ortaya çıktı: yağ, dallanmamış, doymuş hidrokarbon karışımından (alkanlardan) oluşuyordu. Harada ve ekibi, “Bunun dikkat çekici yanı, zincir uzunlukları on ila 38 karbon atomu olan tüm düz zincirli alkanların mevcut olmasıydı.”

11 Dicrateria türünde üretilen farklı zincir uzunluklarındaki alkanların miktarı © Harada et al./ Scientific Reports, CC-by-sa 4.0

Benzinden ağır akaryakıta kadar alkanlar

Bunun anlamı şudur: Küçük deniz yosunu, petrolü ve aynı zamanda yaygın yakıtları oluşturan tüm alkanları üretiyor. On ila 15 karbon atomlu (C) zincir uzunlukları benzin olarak, C16 ila C20 arasındaki uzunluklar dizel olarak ve 21’den fazla karbon atomlu zincirler ısıtma ve ağır yağ olarak sayılır. Bilim insanları, “Bu, ham petrolde hidrokarbon karışımı üretebilen bir organizmanın ilk kanıtı” diyor.

Sadece bu da değil: Harada ve meslektaşlarının keşfettiği gibi, Dicrateria cinsinin diğer on türü de bu biyolojik petrolü üretebiliyor. Bu tür algler Atlantik ve Pasifik’te orta enlemlere kadar bulunur. Bilim insanları, “Hidrokarbonlarının yakıtlar için uygunluğu açısından, Dicrateria algleri bilinen tüm fitoplankton türlerinden daha iyi performans gösteriyor” diyor.

Karanlık ve azot eksikliği üretimi başlatıyor

Deneylerin gösterdiğine göre bu alglerin ürettiği organik petrol miktarı, çevresel koşullara göre değişiyor. Ekibin bildirisine göre, bu tek hücreliler, ışıkta ve bol miktarda besin maddesiyle miligram kuru madde başına sadece 12,5 ila 79,4 nanogram yağ üretirken, verim karanlıkta ve azot eksikliğinde önemli ölçüde arttı; alkan içeriği karanlıkta 5,6 kat arttı ve Azot eksikliğinde 48 misli.

Plankton alg Dicrateria böylece ham petrol ve türevlerini biyolojik bir şekilde üretmenin bir yolunu açabilir. Harada ve meslektaşları, “Dicrateria’nın benzersiz yeteneği, n-alkanların biyosentezine yeni bir yaklaşım geliştirmeye yardımcı olabilir” diye yazıyor. Yosun hücrelerinde biyo-petrolün sentetik yollarını ve fizyolojik işlevini araştırmak için daha ileri çalışmalar gereklidir. (Scientific Reports, 2021; doi: 10.1038/s41598-021-93204-w)

Nizamettin Karadaş

Bu yazı Tweet zinciri olarak da yayınlanmıştır:

 

Kaynaklar:

Toyohashi University of Technology

scinexx.de , 02.08.2021

#GeleceğinTrendleri: Bağışıklık sistemi – vücudun kendi “katil temizlik maddesi”

Salmonella (kırmızı) bir hücreye girdiğinde, APOL3 (yeşil) bakterinin yüzeyine yapışır ve onu parçalar. (Resim: Video-kesit, Kredi: R. Gaudet ve diğerleri/Science 2021)

Araştırmacılar, hücrelerin istilacı bakterilere karşı bir tür deterjanla saldırdığını bildiriyor: Araştırmalara göre, deterjanların yağ lekelerini çıkarmasına benzer şekilde, APOL3 adlı protein de patojenlerin kabuklarındaki lipidleri çözüyor ve onları öldürüyor. Bilim insanları, hücrelerin silah cephaneliğine ilişkin yeni kavrayışların, patojenlere karşı mücadelede yeni stratejilerin geliştirilmesine yardımcı olabileceğini söylüyor.

Bağışıklık sistemi olmasaydı vücudumuzda kıyametler kopardı: Bakteriler özellikle kontrol altında tutulmalı, yoksa infilak şeklinde ürerler ve dokuları yok ederler. Bilindiği gibi, vücutta özel bağışıklık hücreleri, zalimleri bulup ortadan kaldıran vücut polisi görevi görür. Ancak vücudumuzun her hücresi de kendisini istilacılara karşı belirli mekanizmalarla savunabilir. “Hücre otonom bağışıklığı” denilen bu sistem, vücudumuzun savunma sisteminin temellerinden birini oluşturur. Alarm sinyali maddesi “interferon gama”nın sadece vücuttaki bağışıklık hücrelerini değil, bu hücresel savunma sistemini de harekete geçirdiği bilinmektedir. Ancak hücrelerin bakterilere karşı korunmak için somut hangi maddeleri oluşturduğu şimdiye kadar pek araştırılmamıştır.

New Haven’daki Yale Üniversitesi’nden John MacMicking ile çalışan bilim insanları şimdi bu soruyu araştırdı. Çalışmalarının bir parçası olarak, ilk önce insan hücre kültürlerinde interferon gama etkisiyle aktive olan genleri incelediler. Moleküler genetik yöntemleri kullanarak, bu genetik yapıdan bazılarını veya kodlayan maddeleri karakterize ettiler. Sonunda APOL3 proteini ile karşılaştılar, onun üretimi alarm sinyali interferon gama tarafından hızlandırıldı. Bu araştırmacıların özel ilgisini çekti, çünkü bu proteinlerin normalde lipitleri, hücre dışı nakli için çözdüğü biliniyor.

Çözünmüş bakteri kabukları

APOL3 hücre içi bakterileri öldürür.
(A) Salmonella Typhimurium’a (periplazma yalancı renkli sarı) eklenen rekombinant APOL3’ün (boncuk) negatif lekeli elektron mikroskobu. Bakteri zarının yok edilmesi (mavi kenarlı ek), APOL3’ün lipoproteinleri (bordo kenarlı ek) oluşturmak için lipidi çıkarması tarafından tetiklenir. (B) Kesik bir O-antijeni eksprese eden bakteriyel mutantlar (ΔwaaL), APOL3’ün dış zardan (OM) iç zara (IM) geçişine izin verir; Hücrelerin içindeki bu geçiş, sitozole maruz kalan bakterileri birlikte hedefleyen GBP1 gibi ISG tarafından kodlanmış proteinlerin sinerjize edilmesiyle kolaylaştırılır.

APOL3’ün işlevini hücre otonom bağışıklık çerçevesinde araştırmak için bilim insanları proteini işaretlediler ve hücrelere salmonella girdiğinde nasıl tepki verdiğini incelediler. Yüksek çözünürlüklü mikroskopiyi ve diğer teknikleri kullanan araştırmalar şunları göstermiştir: Her şeyden önce, ek moleküller, görünüşe göre APOL3’ün Salmonella’nın çift kabuğunun dış zarını aşmasını sağlıyor. Apol3 daha sonra iç zar ile uğraşıyor: protein onu çözer ve böylece bakterileri öldürür. Araştırmacıların açıkladığına göre, APOL3 bunun için deterjanlarda olan gibi bir özelliğe sahiptir: Onların kimyasal özellikleriyle yağları çözmelerine benzer şekilde, APOL3, ‘yağlı’ moleküllerden – lipitlerden – oluşan bakteri zarını parçalıyor.

Fakat APOL3 neden hücrenin kendi lipidlerine de saldırmıyor? Ekip, bu deterjantın insan hücre zarlarının önemli bir parçası olan kolesterolden kaçındığını buldu. Bilim insanları, bunun yerine bakteri kabuklarında bulunan karakteristik lipitlere bağlandığını açıklıyor. MacMicking, “Böylece, insanların kendi antibiyotiklerini, bir temizlik maddesi gibi davranan bir protein biçiminde ürettiği bir vakayı belgeledik,” diye özetliyor. Bilim insanları, APOL3’ün muhtemelen vücuttaki birçok hücrenin cephaneliğinde standart bir silah olduğunu söylüyorlar. Şimdiye kadar, cilde ek olarak, kan damarlarının hücrelerinde ve bağırsakta da aktif olduğunu gösterebildiler.

Tıp için temel potansiyel

New York’taki Weill Cornell Tıp Koleji’nden meslektaşlarının sonuçlarını değerlendiren Carl Nathan, yeni bulguların hücre otonom bağışıklığının anlaşılmasına önemli bir katkı olduğunu söylüyor. İmmünolog, “Bu deterjan benzeri molekülün keşfi, vücuttaki her hücrenin bağışıklık sisteminin bir parçası olabileceği görüşünü destekliyor” diyerek yorumluyor. “Tehdit edici patojenleri öldürmek için çeşitli mücadele stratejilerinin ortaya çıktığını gösteriyor. APOL3 şimdi, zarları yok ettiği bilinen, mekanizmalar grubuna katılıyor” diyor Nathan.

Araştırmacılar, bu keşfi enfeksiyonlara karşı tedavilere uygulayabilmekten henüz çok uzaktalar. Ancak vurguladıkları gibi, temel araştırmalara önemli bir katkıdır: “Vücudun kendi savunmasının deşifre edilmesi, bir gün insanlığa, geleneksel antibiyotikleri aşmanın yollarını giderek daha fazla geliştiren, mikroplara karşı yeni araçlar sağlayabilir. Vücudun bakterileri öldürmek için kullandığı hücresel deterjanların veya diğer ajanların üretimini bilinçli hızlandırmak, doğal bağışıklık tepkisini tamamlayabilir” diyor MacMicking.

 

Nizamettin Karadaş

Bu yazı tweet zinciri olarak da yayınlandı:

 

Kaynaklar:

Howard Hughes Medical Institute, Science: http://dx.doi.org/10.1126/science.abf8113

Wissenschaft.de , 19.07.2021

#GeleceğinTrendleri: Bakteriler, elektrikli araç akülerinden değerli metalleri ayırabilir

Bugün dünyada 1,4 milyardan fazla araba var ve bu sayı 2036’ya kadar iki katına çıkabilir. Tüm bu arabalar benzin veya dizel yakarsa, iklim sonuçları korkunç olacaktır. Elektrikli arabalar daha az hava kirleticisi yayar ve yenilenebilir enerjiyle çalışıyorlarsa, araba kullanmak Dünya’nın atmosferini ısıtan sera gazlarına katkıda bulunmaz.

Ancak on yıl içinde bu kadar çok elektrikli vasıtalar (genellikle EV olarak kısaltılır) üretmek, lityum, kobalt, nikel ve manganez gibi metallere olan talebin artmasına neden olacaktır. Bu metaller EV pilleri yapmak için gereklidir, ancak her yerde bulunmazlar. Dünyadaki lityumun ekseriyeti, madenciliğin yerel insanları ve ekosistemleri tehdit ettiği Güney Amerika’daki Atacama Çölü’nün altında yatıyor.

Önde gelen EV üreticilerinin ithalat maliyetlerini düşük tutması ve bu ham maddeler için güvenilir bir kaynak bulması gerekiyor. Derin denizde madencilik yapmak bir seçenektir, ancak aynı zamanda habitatlara zarar verebilir ve vahşi yaşamı tehlikeye atabilir. Aynı zamanda, değerli metallerle dolu atık elektronikler, çöplüklerde ve dünyanın en fakir bölgelerinden bazılarında birikiyor – her yıl toplam 2,5 milyon ton ekleniyor.

EV pillerinin kendilerinin yalnızca sekiz ila on yıllık bir raf ömrü vardır. Lityum iyon piller şu anda AB’de %5’ten daha düşük bir oranda geri dönüştürülmektedir. Madenlerden, sürekli bu metallerin yenisini çıkarmak yerine, neden zaten mevcut olanı yeniden kullanmıyoruz?

Geri dönüşüm ekonomisi

En büyük lityum iyon pil geri dönüştürücüleri Çin’de bulunuyor. Geri dönüşüm, genellikle Kuzey Amerika ve Avrupa’da şirketlere ödeme yapılması gereken bir yükümlülük olarak görülse de, Çin’de bitmiş piller için rekabet o kadar yoğun ki, geri dönüşümcüler onları ele geçirmek için para ödemeye hazır.

Geri dönüştürülen pillerin çoğu eritilir ve metalleri çıkarılır. Bu genellikle çok fazla enerji kullanan ve dolayısıyla çok fazla karbon yayan büyük ticari tesislerde yapılır. Bu tesislerin inşası ve işletilmesi pahalıdır ve eritme işlemi tarafından üretilen zararlı emisyonları arıtmak için gelişmiş ekipman gerektirir. Yüksek maliyetlere rağmen, bu tesisler değerli pil malzemelerin çok azını geri kazanır.

Küresel metal geri dönüşüm pazarının değeri 2020’de 52 milyar Dolardan (37 milyar Sterlin) 2025 yılına kadar 76 milyar Dolara çıkması bekleniyor. Daha az enerji tüketen geri dönüşüm yöntemleri olmadan, bu yükselen endüstri sadece çevre sorunlarını daha da kötüleştirecektir. Ancak atıktan değerli metalleri çıkarmak için onlarca yıldır kullanılan doğal bir süreç de var.

Piller için mikroplar

Biyomadencilik olarak da adlandırılan organik biyoliç (süzerek çökelti veya indirgeme) yönteminde, metabolizmalarının bir parçası olarak metali oksitleyebilen mikroplar kullanır. Cevherlerden değerli metalleri çıkarmak için mikroorganizmaların kullanıldığı madencilik endüstrisinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Daha yakın zamanlarda, bu teknik, elektronik atıklardan, özellikle bilgisayarların baskılı devre kartları, güneş panelleri, kirli su ve hatta uranyum çöplüklerinden malzemeleri temizlemek ve geri kazanmak için kullanılmıştır.

Coventry Üniversitesi’ndeki Biyoliç Araştırma Grubundaki meslektaşlarım ve ben, EV pillerinde bulunan tüm metallerin biyoliç kullanılarak geri kazanılabileceğini keşfettik. Acidithiobacillus ferrooxidans ve diğer toksik olmayan türler gibi bakteriler, yüksek sıcaklıklara veya toksik kimyasallara ihtiyaç duymadan metalleri tek tek hedefler ve geri kazanır. Bu saflaştırılmış metaller kimyasal elementler oluşturur ve bu nedenle birden fazla tedarik zincirine süresiz olarak geri dönüştürülebilir.

Biyoliçin ölçeğini büyütmek için, genellikle karbondioksit kullanarak 37 ° C’de inkübatörlerde bakteri yetiştirmeyi gerektirir. Çok fazla enerji gerekmez, bu nedenle süreç, tipik geri dönüşüm tesislerinden çok daha küçük bir karbon ayak izine sahiptir ve aynı zamanda daha az hava kirliliği üretir. Yerel biyoliç tesisler bu değerli metalleri geri kazanması, EV pil israfı ve üreticilerin az sayıda üretici ülkelere bağımlılığı azalması anlamına geliyor.

Akademisyenler biyoliçi durdurmak üzerinde çalışıyorlar; elektronik atıklardan tüm değerli metaller çıkarıldıktan ve çözelti içinde yüzdükten sonra sürecin durdurulması gerekiyor. Bu sanayi için yeterli değil. Biyoliç ile bu metalleri çıkarabilen ve tedarik zincirleri için faydalı hale getirebilen elektro-kimyasal yöntemlerle birleştiriyoruz. Ne yazık ki, metal geri dönüşümünde çok fazla enerji ve toksik kimyasal içeren mevcut yöntemler on yıllardır kullanılmaktadır. Sanayiden yeniliklere her zaman kendisi yatırım yapması beklenemez. Bu nedenle hükümet değişiklikleri zorunlu kılmalı ve daha temiz alternatiflere yatırım yapmalı.

EV pilleri henüz emekleme aşamasında olan bir teknolojidir. Bileşenlerinin yeniden kullanımı, tasarımlarının bir parçası olarak düşünülmelidir. Geri dönüşüm, sonradan akla gelen bir düşünce olarak kalmak yerine, biyoliç ile bir EV pilinin yaşam döngüsünün hem başlangıcı hem de sonu olabilir ve yeni piller için düşük çevresel maliyetle yüksek kaliteli hammaddeler üretebilir.

Bu yazı Tweet zinciri olarak da yayınlandı:

Nizamettin Karadaş

 

Kaynaklar:
Professor Sebastien Farnaud, Coventry University Research Blog

trendsderzukunft.de , 29.06.2021

#GeleceğinTrendleri: Geleceğin veri deposu Yapay DNA

Dünyadaki tüm veriler bir kahve tasında? – Yapay DNA ‘da depolanırsa bu mümkün olabilirdi

DNA, yaşamın yapı planı – ve geleceğin kayıt cihazı

Kalıtsal bilgiler, DNA moleküllerinde, herhangi bir başka depolama cihazında mümkün olandan çok daha uzun ömürlü ve daha yoğun kayıt edilebilir. Bilim insanları ve teknoloji şirketleri bundan aynı ölçüde yararlanmak istiyor. Onlara göre, yapay DNA geleceğin veri deposu olacaktır.

Arkeologların mamut dişlerinde ve erken insan kemiklerinde DNA bulmaları alışılmadık bir durum değil. Genetik malzeme, derin donmuş zeminde veya hava geçirmez şekilde kapatılınca yüz binlerce yıl korunur. Sağlamlığının haricinde, DNA’nın son derece yüksek bilgi yoğunluğu büyüleyicidir. Bu açıdan, doğal depolama molekülü, diğer tüm veri depolama cihazlarından daha üstündür. Cambridge’deki Massachusetts Institute of Technology’den (MIT) Mark Bathe’nin iddiasına göre, DNA dolu bir kahve tasında teorik olarak dünyadaki tüm veriler depolanabilir. Bu nedenle, bilgi teknoloji endüstrisinin genetik kodla giderek daha fazla ilgilenmesi şaşırtıcı değil.

Bu alışılmadık depolama teknolojisi prensipte şu şekilde çalışır: Bir algoritma, birler ve sıfırlardan oluşan geleneksel ikili kodu bir genetik koda çevirir; adenin, guanin, sitozin ve timinden oluşan dört bazın tanımlanmış bir dizisi. İki rakamın kombinasyonu, örneğin dört bazdan birine dönüştürülür (01 adenin anlamına gelebilir) veya iki ardışık baz tek rakamla tanımlanır (örneğin, guanin-sitozin, 0 olarak). Zürih’teki Eidgenössische Technische Hochschule’den (ETH = İsviçre Teknik Yüksek Okulu) Robert Grass, çeşitli araştırma gruplarının henüz tek tip uygulama üzerinde anlaşamadığını söylüyor.

DNA’nın nasıl veri deposu olabileceği

Grass ve meslektaşları, diğer şeylerin yanı sıra, İngiliz Massive Attack grubunun “Mezzanine” albümünü 920.000 yapay DNA bölümüne aktardı. Dijital müzik dosyalarını hesap yöntemi ile bir baz dizisine dönüştürdüler ve onunla gen teknolojisinde yaygın kullanılan DNA iplik sentez makinesini beslediler. Grass, tüm albümün yer alabileceği tek bir DNA molekülünün sentezi teknik olarak henüz mümkün olmadığını ve bu nedenle bilgilerin daha kısa bölümlere ayrıldığını açıklıyor. Bölümlerin her biri yaklaşık 200 baz uzunluğundadır ve doğru bir şekilde yeniden birleştirilebilmeleri için numaralanmıştır. Veriler, Covid 19 pandemisinden bu yana iyi bilinen PCR yöntemi ile okunur; bu yöntem depolanmış genetik verileri okuyabilmek için onları kopyalar. Bu şekilde elde edilen baz dizimi, bir algoritma ile ikili koda geri çevrilir (= tercüme edilir).

DNA Kütüphanesi istikrarlı bir şekilde büyüyor

Shakespeare’den Şiirler, Netflix dizisi “Biohackers”ın ilk bölümü, 1291 tarihli İsviçre Federal Mektubu ve daha pek çok şey DNA formunda zaten mevcut. Grass, bu depolama tekniğnin hala pahalı ve zaman alıcı olduğunu söylüyor, ancak geleceğe güveniyor: “Gen teknolojisindeki gelişmelerden fiyat açısından da yararlanıyoruz.” Grass, meslektaşı Wendelin Stark ile birlikte Haziran ayında Avrupa Mucit Ödülü’nü aldı. İki ETH bilim adamı, DNA’yı dayanıklı yapan yöntem için ödüllendirildi. Kayıt molekülleri önce minicik cam kürelerin üzerine sürülür ve daha sonra bir cam tabakası ile kaplanır. Grass, kuru bir yerde saklanırsa, kapsüllenmiş DNA’nın yaklaşık 500 ila 1000 yıl boyunca stabil kalacağını tahmin ediyor.

Bilgilerin okunması için cam kaplama çıkarılmalıdır. Grass, kimyagerlerin oldukça aşındırıcı olan ve camı çözen ancak DNA’ya zarar vermeyen hidroflorik asit kullanabileceklerini söylüyor. Kaplama son derece ince olduğundan, diş bakımında aşina olduğumuz florür içeren jellerle birleştirilmiş sitrik asit (limon asiti) gibi daha hafif kimyasallar da yeterlidir. Grass, birkaç yıldır Microsoft ile birlikte çalışıyor. Amaç, içinde DNA bulunan cam boncukların bir taşıyıcı üzerine sabitlendiği yeniden yazılabilir bir sürücü yapısı geliştirmektir.

Teknik kullanım için henüz çok yavaş

Microsoft ayrıca Seattle’daki Washington Üniversitesi’nden bir ekiple de işbirliğinde. Konsorsiyum, DNA kayıt teknolojisinin otomatikleştirilebileceğini göstermiştir – teknik uygulamanın temel gereksinimi. Araştırmacılar, bir yazılım modülü, bir DNA sentezleyici ve bir DNA okuyucu kullanarak, HELLO kelimesini ikili koddan genetik koda aktaran, onu kısa bir DNA dizisi olarak kaydeden ve ardından tekrar şifresini çözen tam otomatik bir platform oluşturdular. Washington Üniversitesi’nden Christopher Takahashi, bilgisayarlarla karşılaştırıldığında, sistem yavaş çalışıyor – mevcut kimyasal sentez yöntemiyle her bir kayıt molekülünün üretimi baz başına birkaç dakika sürüyor – ancak teknoloji geliştikçe işlem hızı çabuk artacak, diyor. Ayrıca, ilgili verilerin yalnızca bir değil milyonlarca kopyası ve bu nedenle iyi bir saniyede-bayt-oranı elde ediliyor. Platformda o zamandan beri gelişmeler devam etti. Yeniliklerin, önce bilimsel bir dergide yayınlanması gerektiği için, Takahashi ayrıntıları açıklamadı.

Ancak milyonlarca DNA parçacığı havuzundan belirli dosyalar veya bilgiler nasıl ayıklanabilir? MIT araştırmacısı Bathe’in yönetimindeki grup, üzerinde DNA iplikleri bulunan cam boncuklara dışardan kısa DNA dizileri ekliyor. Bu etiketler, barındırılan verilerle ilgili meta (= ön veya üst) bilgiler içeriyor ve bu şekilde (özel) bir tür arama motorundan bulunmasını mümkün ediyor. İstenen veri taşıyıcılarının otomatik olarak seçilebilmesi için etiketlere floresan veya manyetik işaretleyiciler bağlanır.

Belirli bilgiler, PCR’ye eklenen özel yapım primer isimli DNA bölümleri kullanılarak da seçilebilir. Primerler, genetik materyalin yapay zincirinde belirli bir noktada seçim sürecini başlatan ve durduran kısa DNA bölümleridir. Grass, örneğin bir müzik albümünün DNA kaydında, her şarkı özel primer bağlantı bölgeleriyle işaretlenebilir, diye açıklıyor.

Örneğin bir fotoğrafı düşük çözünürlüklü bir sürümde açmak için bir önizleme işlevi bile mümkün görünüyor. Raleigh’deki North Carolina Eyalet Üniversitesi’nden araştırmacılar, PCR esnasındaki koşulları, özellikle de primerlerin sıcaklığını ve yoğunluğunu değiştiriyor. Bu şekilde DNA veri taşıyıcısının tamamının mı yoksa sadece bir kısmının mı okunacağını kontrol ediyorlar.

DNA veri taşıyıcıları yakında her yerde olacak mı?

Hem bilim insanları hem de sanayi, DNA veri depolamanın avantajlarını öncelikle verilerin uzun vadeli arşivlenmesinde görmektedir; yani nadir kullanılan bilgiler için. Ancak yapay genomun dizüstü bilgisayarlarımızda, akıllı telefonlarımızda ve diğer cihazlarımızda devrim yaratacağını hayal etmek şimdilik zordur.

Ancak tamamen farklı fikirler de var: ETH araştırmacıları cam kaplı DNA moleküllerini, göze çarpmayan bir şekilde, güncel eşyalara entegre etmeyi öneriyorlar;  mesela, ürün bilgilerini veya orijinallik sertifikalarını  entegre etmek için, t-şört, gözlük camı veya değerli taşlara eklenebilirler. ETH yan kuruluşu Haelixa, konseptin işe yaradığını kanıtladı. Zürih yakınlarındaki Kemptthal’dan şirket, tedarik zincirlerini izlemek için kullanılabilecek müşteriye özel DNA işaretçileri içeren cam boncuklar üretiyor. Bu amaçla boncuklar su veya yağ içinde süspanse edilir ve malzemelerin, örneğin ham ürün üzerine püskürtülür. Tekstil üreticisi FTC Cashmere, bu yıl DNA işaretli yünden yapılmış giysiler sunmaya başladı.

DNA, ürünleri sahtecilere karşı nasıl koruyabilir?

Ancak ürünler çöpe veya çevreye atılırsa kapsüllenmiş DNA’ya ne olacak? Grass, cam boncukların kendileri zararsız olduğunu söylüyor. Kuvars kumu gibi onlar da silikatlardan oluşurlar. Son bulgulara göre DNA parçacıkları ne insanlar ne de diğer canlılar için bir tehdit oluşturuyor: “Dizeler o kadar kısa ki biyolojik bir işlevi yok.” Yine de araştırmacılar artık boncukların miat süresini kullanım süresine göre ayarlamak istiyor. Bu amaç için camın içine moleküler yapılar yerleştirilecek ve cam kabuk toprakta veya kompostlama tesisinde enzimler tarafından saldırıya uğrayacak. Bu şekilde cam kabuk zamanla parçalanacak ve korunmasız kalan DNA çevreden hızla yok edilecektir.

Henüz bütün bunlar kulağa fütüristik geliyor. Hem bilgi teknolojisindeki hem de yaşam bilimlerindeki hızlı gelişme göz önüne alındığında, muhtemelen yakında daha fazlasını duyacağız.

Bu yazı Tweet zinciri olarak da yayınlandı:

Nizamettin Karadaş

Kaynak: NZZ

 

#GeleceğinTrendleri: Kestane yaprakları antibiyotik bağışıklığınla mücadeleye yardımcı oluyor

Günümüzde çoğu tedavi yöntemi, bakterileri öldürmeye veya en azından büyümelerini engellemeye dayanmaktadır. Bu aynı zamanda bugün bilinen antibiyotikler için de geçerlidir. Bu şekilde sayısız insan hayatı kurtulmuştur. Ancak, ciddiye alınması gereken bir sorun da ortaya çıkmıştır. Çünkü ilaçların kullanımında hayatta kalan bakteriler bir evrimsel seçim avantajı kazanır. Antibiyotiğe bağışık mikropların sayısı bu nedenle son yıllarda önemli ölçüde artmıştır. Geleceğe yönelik tahminler bile daha kasvetli görünüyor. Teoride, sorun yeni antibiyotikler geliştirilerek çözülebilir. Ancak bu pek çok ilaç firması için karlı bir iş değildir. Atlanta’daki Emory Üniversitesi’ndeki araştırmacılar şimdi muhtemelen çok daha basit bir yaklaşım keşfettiler: kestane yapraklarından yapılmış bir molekül, yeni dirençler oluşturmadan tehlikeli mikropları zararsız hale getirebilir.

Bakteriler zararsız hale getiriliyor

Antibiyotiğe bağışık bakteriler Foto: Mkaercher CC BY-SA 3.0 (VIA WIKIMEDIA COMMONS)

Bu araştırma yaklaşımı fikri eski İtalyan tıbbından gelmektedir. Çünkü geçmiş zamanlarda yanıklar ve enfeksiyonlu yaralar kestane yapraklarından yapılan kompreslerle tedavi edilirdi. Araştırmacılar bu yaklaşımı daha yakından incelediklerinde, Castaneroxy A molekülü ile karşılaştılar. Bunun özel bir becerisi var: Bakterilerin iletişimini bozuyor ve böylece toksin üretimini engelliyor. Yani bakteriler öldürülmüyor, sadece zararsız hale getiriliyor. Bunun avantajı ise, ne evrim ne de bundan dolayı bir seçim önceliği vuku buluyor. Böylece bakterilerden gelen tehlike, başarıyı tekrar tehlikeye atan yeni dirençler üretmeden ortadan kaldırılıyor. Araştırmacılar, molekülü gerçekten kullanılabilir hale getirmek için önce onu izole etti ve ardından saf kristaller elde etti. Üç boyutlu yapıları, mümkün olduğu kadar kesin bir anlayış elde etmek için şimdi inceleniyor.

Yaklaşım farelerde başarılı olduğunu kanıtladı

İlk deneylerde kestane yaprağı yaklaşımının oldukça umut verici olduğu kanıtlandı. Bir hayvan deneyinde, farelerin açık yaraları, özellikle MRSA bakterileri ile enfekte edildi. Daha sonra, bazı hayvanlar tedavisiz kaldı, diğerleri etken maddenin farklı dozları ile tedavi edildi. Sonuç: Tedavi edilmeyen hayvanlarda yaralar ciddi şekilde iltihaplandı ve bazı durumlarda ölüme yol açtı. Etken maddenin dozu yükseldikçe, diğer hayvanların yaraları o kadar daha iyi şifa gördü. Buna karşılık, insan deri hücreleriyle yapılan benzer deneylerde, çok yüksek dozların da toksik bir etki yaptığı görülmüştür. Ancak bu noktada, araştırmacıların ikazlarına gerek kalmıyor: Başarılı bir tedavi için gereken dozaj bu değerin oldukça altındadır. Şimdi araştırmacılar, bu ilk umut verici sonuçlardan ne tür somut tedavi alternatifleri oluşabileceğini görmek istiyor.

Bu yazı Tweet zinciri olarak da yayınlandı:

Nizamettin Karadaş

 

Kaynaklar:

frontiers in Pharmacology

trendsderzukunft.de , 08.07.2021

#GeleceğinTrendleri: Karbon döngüsü – Her yerde bulunan plastik atık beklenenden daha fazla etkiye sahip olabilir

Plastik adeta her yerdedir. Denizlerde, nehirlerde, yemeklerimizde ve hatta bazen soluduğumuz havada. Everest Dağı’nda ve derin denizlerde plastik atıklar bulunabilir. Plastik büyük ölçüde karbondan oluşur. Bir araştırma ekibi, çevreye salınan bu karbonun etkilerini inceledi ve endişe verici sonuçlara ulaştı.

Plastik ve karbon döngüsü

Norteastern Üniversitesi’nden Profesör Aaron Stubbins, Dünya’nın karbon döngüsü üzerine dersler tasarlarken, plastikler ile küresel karbon döngüsüne kattığımız karbon miktarını daha yakından incelemeye karar verdi. Sonuçlar onu şaşırttı. “Bazı çevrelerde, artık plastiklerin karbon miktarında belirgin payı olduğu barizdi. Stubbins, “Bazı ekosistemlerde doğal karbon kadar plastik karbon var” diyor.

Bu nedenle araştırmacı, hesaplamalarını doğrulamak ve ortaya çıkan sonuçları tartışmak için plastik ve tortu döngülerini araştıran meslektaşlarına başvurmaya karar verdi. Böylece nihayet küresel plastik-karbon döngüsü hakkında kaba bir fikir oluştu. Stubbins, hesaplamalarının sonuçlarını Science dergisinde yayınladı.

Stubbins, sonuçlarını “Doğal karbon döngüsünün yanına yeni bir maddi plastik karbon döngüsü ekledik” diye açıklıyor. Bunun kesin sonuçları hala büyük ölçüde bilinmiyor, ancak plastiklerin döngüye kattığı karbon miktarı canlıları, ekosistemleri ve hatta küresel iklimi etkileyebilecek bir kademeli etki üretebilir.

Plastik iklimi bile nasıl etkileyebilir?

Plastikten gelen karbon, kendini çeşitli ekosistemlerde gösteriyor. Bu, özellikle subtropikal okyanuslarda mevcut akım girdaplarının yüzey suyunda fark edilir. Okyanusun bu bölgelerinde aslında karbon kıttır, bu nedenle yapay olarak eklenen karbonun önemli bir etkisi olabilir.

Plastikten gelen karbonun iklimi etkilemesi bile düşünülebilir. Atmosfer ve okyanuslar arasındaki madde alışverişi büyük oranda üst su katmanları üzerinden gerçekleşir. Stubbins, değiştirilen aerosoller ve gazların atmosferin kimyasını etkileyebileceğini ve dolayısıyla iklimi de değiştirebileceğini açıklıyor. Araştırmacı, “Yani, denizin yüzeyindeki o belirli katmanda yüksek yoğunlukta plastik var ise, o zaman bunun alt atmosfer için tesirleri olabilir” diye açıklıyor.

Plastik Dünyayı değiştiriyor

Doğal karbon döngüsünü ve iklim değişikliğini anlamaya çalışan bilim insanları için Stubbins’in çalışma sonuçları önemli olabilir. “Yalnızca doğal organikleri ölçtüğümüzü düşünüyoruz ve bu nedenle aynı anda plastikleri de ölçüyorsak, bu verilerimizi çarpıtıyor. Bu nedenle, numunelerimizde plastik olabileceğinin farkında olmamız gerekiyor, özellikle bu sistemlerde,” diye sözüne devam etti Stubbins.

Plastiklerin dünyanın doğal sistemlerini nasıl etkilediği konusunda hala öğrenilecek çok şey var. Örneğin, denizlere atılan plastiklerin dünyadaki tortu akışlarını nasıl etkilediği hala büyük ölçüde belirsizdir.  Northeastern Üniversitesi’nden Samuel Muñoz, “Çökeltinin çevrede nasıl hareket ettiğini anlamak için bir asırdan fazla zaman harcadık. Ve şimdi, bazı yerlerde oldukça önemli olan bu tamamen farklı malzeme var. Ancak onları hareketlendiren mekanizmalar farklı olacaktır. Bazen batmak yerine yüzer. Bazen daha kolay havada süzülebilir. Bazen bir su sütununda tortu kadar kolay yerleşmez”, diye açıklıyor. Muñoz, Stubbins’in çalışmalarını dünyanın dört bir yanındaki bilim insanları için bir “harekât çağrısı” olarak tanımlıyor. Plastiğin yaşadığımız dünyayı nasıl değiştirdiğini bulmak son derece önemlidir.

Bu yazı tweet zinciri olarak da yayınlandı:

Nizamettin Karadaş

Kaynaklar:

Northeastern University basın bildirisi

trendsderzukunft.de 09.07.2021

#GeleceğinTrenderi: Ağrı tedavisi – beyindeki implant ağrıyı tespit ediyor ve azaltıyor

Doktorlar, doğrudan tanınabilir bir tetikleyici olmadığında deyimsel (idiomatik) ağrıdan bahseder. Bu tür ağrı, genellikle etkilenenler için çok ıstıraplıdır, çünkü tetikleyicinin bilinmeyişi, ağrı hakkında yapılabilecek somut bir şey olmadığı kanısı ile birlikte gelir. New York Üniversitesi Grossman Tıp Fakültesi’ndeki araştırmacılar bilgisayar destekli bir implant ikilisi geliştirdiler, bu implantlar beyinde, doğrudan tetikleyici olmayan, ağrıları algılar ve onları hemen hafifletir.

Araştırmacılar ağrıyı beyinde bastırıyorlar

New York Üniversitesi’ndeki ağrı tıbbı uzmanları, beyinde ağrıları tespit etmek ve bunlarla mücadele etmek için kapalı döngü kontrol sistemi kullanan bir tür beyin-makine ara yüzü (BMI) geliştirdi.

Araştırmacılar beynin çalışma şeklini örnek aldılar: Kapalı döngü beyin-makine arayüzü olarak adlandırılan teknoloji, bir dizi elektrotlar ile beynin anterior singulat korteksindeki – ACC– (ağrı işleminde karar belirleyici olan bir bölgesindeki) beyin aktivitesini kaydeder. Cihaza bağlı bir bilgisayar daha sonra beyindeki ağrıyla ilgili elektrik desenlerini otomatik tanımlar. Ağrı belirtileri tespit edildiğinde, bilgisayar ağrıyı hafifletmek için beynin bir başka bölgesinde, (prefrontal kortekste) tedavi uyarımını tetikler. Bu ağrıyı bastırır. Tüm süreç o kadar hızlı gerçekleşir ki tıp uzmanları gerçek zamanlı bir etkiden bahseder. Gelecekte, bu tür sistemler, normal ağrı kesici ilaçlara karşı artık duyarsızlık geliştirmiş olan kronik ağrı hastalarına yardımcı olacaktır. Ancak şu an teknolojinin gelişimi henüz başlangıç aşamasında; şimdiye kadar sadece kemirgenler üzerinde test edildi.

New York Üniversitesi Grossman Tıp Okulu’ndan Jing Wang, “Epileptik nöbetleri önlemek ve protezleri kontrol etmek için araştırılmış olan bilgisayar destekli beyin implantları, benzer sorunları önlediğini biliyorduk. Sonuçlarımız, semptomların şimdiye kadar konumlanması veya yönetilmesi zor olan vakalarda bile, çalışmamızın etkili bir strateji sunduğunu gösteriyor” dedi.

Motor hareketler gibi süreçlerin aksine, beyinde ağrının konumunu belirlemek zordur. Bu sorunu çözmek için araştırmacılar elektrot düzenini AAC’ye yerleştirdiler ve çeşitli deneyler yaptılar. Bir sonraki zorluk, doğrudan beyine tesir edebilecek uygun bir tepki geliştirmek oldu. Tasarımın kendisi yeni değildir ve örneğin modern el protezlerinde kullanılmaktadır; orada sensörler basınç veya sıcaklık duyumlarını mağdurun kolunda kalan sinirlere iletir. Beyin daha sonra sinyalleri yorumlar ve eli çalıştırmak için komutları geri gönderir. Bu gibi vakalarda, uzmanlar kapalı devre sistemden bahsetmektedir.

Pratik kullanıma kadar daha uzun bir yol var

Ağrı tedavisi için başlangıç bölgesini seçerken, araştırmacılar ağrı sinyallerini hafifletmek için PFC nöronlarını uyardıkları ACC’yi tercih ettiler. Nöronları uyarmak için bir optik elyaf kullanıldı. Tüm sistem, acıyı ortaya çıktığı anda bastırabilen bir tür gerçek zamanlı geri bildirim döngüsüdür.

Kemirgenlerle yapılan ilk testlerde ağrının yüzde 40 oranında azaldığı gösterildi. Enflamasyon veya artrit ile ortaya çıkabilecek mekanik ve kronik ağrılar da implantlar ile hafifletilebildi. Aşırı duyarlı sinirlerin neden olduğu nöropatik ağrılar da bu şekilde hafifletildi.

Sistemin insanlarda kullanılması için biraz daha zaman gerekecektir. Beyinde uyarı iletimine yönelik müdahaleler, olası sonuçları nedeniyle son derece dikkatli şekilde incelenmelidir. Ek olarak, ACC her türlü duyumu işler ve beyinde iyi şebekeleşmiştir. Bu nedenle, daha yöntemin riskleriyle ilgili ayrıntılı çalışmalar gereklidir.

Bu yazı Tweet zinciri olarak da yayınlandı:

Nizamettin Karadaş

Kaynaklar:

NYU Basın bildirisi

trendsderzukunft.de

#GeleceğinTrendleri: Opioidlere alternatif olarak ayçiçeğinden ağrı kesicileri

Opioidler, şiddetli ağrılar için sıkça kullanılan güçlü ağrı kesicilerdir, eğer daha zayıf ilaçlar artık tesir etmezse. Maalesef, yüksek bağımlılık riskleri de var ve ayrıca belirli bir uyuşturucu etkiye sahiptirler. Bu nedenle dünyanın dört bir yanında araştırmacılar, ağrıya karşı benzer güçlü etkisi olan ve mümkün olduğunca az yan etki üreten alternatif etken maddeler üzerinde çalışıyorlar. Viyana Tıp Üniversitesi’nden bilim insanları, sentetik olarak optimize ettikleri ayçiçeği içeriğinde böyle bir etken madde buldular.

Opioidler çeşitli tehlikeler barındırır

Opiatlar, afyon haşhaşından elde edilen afyonun türevleridir. Bunlar sinirlerdeki ve beyindeki μ-opioid reseptörüne bağlanır. Bunu yaparken, ağrı iletimini bloke ederler. Ancak aynı zamanda bağımlılık riski taşırlar ve yüksek dozlarda solunum felcine yol açma potansiyeli vardır.

Alternatif olmaya iyi adaylar, μ-opioid reseptörüne bağlanmak yerine onun “yakın akrabası” Kappa Opioid Reseptörü’ne (KOR) kenetlenen etken maddelerdir. O şekilde de ağrı iletimi engellenir, ancak solunum felci veya coşturucu duygular olmaz. Ne yazık ki, bu maddelerin beyindeki kappa reseptörlerine bağlanması, uyuşukluğa, olumsuz duygulara ve varsanımlara yol açabileceği dikkate alınması gerekir.

Bu yan etkileri önlemeye yönelik bir yaklaşım, kan-beyin bariyerini geçemeyen ve bu nedenle yalnızca vücuttaki kappa opioid reseptörlerine bağlanan bir etken madde olabilir.

Alternatif olarak ayçiçeği peptidi

Viyana Tıp Üniversitesi’nden Edin Muratspahic yönetiminde araştırmacılar böyle bir etken madde buldular; ayçiçeğinde. Orada araştırma fikri araştımacılara, ayçiçeği özlerini iltihaplanma ve ağrıya karşı kullanan, geleneksel tıptan geldi.

Bu nedenle ekip, bu özlerin ana öğelerinden birini, peptit SFT-1’i, izole etti:  Araştırmacılar daha sonra bu maddenin kappa opioid reseptörlerine bağlanıp bağlanmadığını test etti. Ayçiçeği peptidi dairesel bir protein zincirinden oluşuyor ve gerçekten KOR reseptörüne bağlanıyor. Akabinde araştırmacılar, bağlantının sağlamlığını ve peptidin etkinliğini arttırmaya çalıştılar. Bunu yapmak için, peptidin halka yapısına vücudun kendi KOR etkeninden bir parça ekleyerek Helianorfin-19 ‘u oluşturdular. Bu madde, kappa reseptörüne bağlanabilen, orada etkili olabilen, ancak beyne geçemeyen bir özelliğe sahiptir. “Bu peptit son derece sağlam, yüksek güçlü ve vücudun dış çevresi üzerinde kısıtlayıcı bir etkiye sahip. Bu nedenle, kullanıldığında tipik opioid yan etkilerinin daha az görülmesi beklenebilir” diyor Muratspahic. Asitlerle yapılan testlerde ayrıca molekülün mide asidine görece duyarsız olduğu ortaya çıktı, bu da onu ağızdan alım için uygun kılar.

Çok umut verici bir ilaç olasılığı

Araştırmacılar, aşırı duyarlı bağırsaklardan muzdarip farelerle yapılan bir deneyde, bu etken maddenin ağrıya karşı ne kadar iyi çalıştığını incelediler. Maddenin, farelerde meydana gelen ağrıyı önemli ölçüde hafiflettiği görüldü. Ek testlerde araştırmacılar, peptidin yalnızca ağrı aktarımında etkin olan moleküler sinyal yolunu faaliyete geçirdiğini buldular. Opioidlere karşı tipik tepkilere giden sinyal yolları eylemsiz kaldı.

Ekibe göre, mevzubahis tesirli madde bu nedenle umut verici bir ilaç olabilir. Muratspahic’in meslektaşı Christian Gruber, “Bu etken madde, özellikle gastrointestinal sistemdeki veya periferik organlardaki ağrı için kendini en iyi ağrı kesici adayı olarak kanıtladı” dedi. Peptidin iltihaplı bağırsak hastalıklarına karşı bir kullanımı düşünülebilir. Ancak o zamana kadar helianorfinin etkisi daha da optimize edilmesi gerekiyor.

Bu yazı Tweet zinciri olarak da yayınlandı:

Nizamettin Karadaş

Kaynaklar:

Araştırma Yazısı

Viyana Üniversitesi basın bildirisi

trendsderzukunft.de 05.07.2021

#GeleceğinTrendleri: Avrupa 2050 den sonra sürdürülebilir tarımla beslenebilir

Yapay gübreler olmadan: Avrupa 2050 den sonra sürdürülebilir tarımla beslenebilir

Azot bitki büyümesinde önemli bir rol oynuyor. Bu nedenle, mümkün olan en yüksek verimi sağlamak için yapay azotlu gübrelerin kullanımı tarımda gündemin bir parçasıdır. Bu çevreyi kirletiyor. Paris Üniversitesi’nden bir ekip, 2050 yılına kadar Avrupa’da suni azotlu gübrelerden vazgeçilebilecek, sürdürülebilir tarımın nasıl sağlanabileceğine dair bir tasarım geliştirdi.

Tarımın iklim değişikliğindeki rolü

Azotlu gübre içermeyen organik tarım zaten mevcuttur – ancak bu her zaman bir çözüm değildir. Yükselen arazi ihtiyacı çoğu yerde ek gıda ithalatını gerekli kılar. En kötü durumda bununla sera gazı emisyonları daha da artacaktır.

Paris Üniversitesi’nden Gilles Billen ile çalışan araştırmacılar, bunu fırsat bilerek,1960’tan bu yana Avrupa’daki tarımsal gelişmeyi incelemek ve Avrupa’daki tüm insanların beslenebileceği 2050 yılına kadar sürdürülebilir tarımın nasıl sağlanabileceğini analiz etmek için değerlendirdi. Araştırmacılar nitrojen döngüsünü mümkün olduğunca verimli tasarlamaya özen gösterdiler.

Araştırmacılara çalışmaları hakkında, “Şimdiye kadar gözlemlenen Avrupa tarım ve gıda sisteminin gelişimini şöyle tanımlanabilir: besin maddelerinin kullanımında düşük verimlilik, çevreye verilen zararlı nitrojen kayıpları ve bunun su, hava ve toprak kalitesini tehlikeye atması ve iklim değişikliğine katkıda bulunması” şeklinde konuştular.

Yapay azotlu gübrelerden vaz geçmek

Araştırmacılar, insanların beslenmesinin 1960’lara kıyasla nitrojen açısından belirgin şekilde zenginleştiğini, yani protein açısından daha zengin olduğunu buldular. 2013 yılında, alınan proteinlerin yüzde 55’i hayvansal kaynaklardan geliyordu. 1961’de yüzde 35’ti. Aynı zamanda, Avrupa’da tarım için kullanılabilir alan azaldı. Bu nedenle hayvancılığın ve tarımın konumları giderek birbirinden ayrılmaktadır. Bundan dolayı Azot zengini hayvan gübresi bölgesel bir sorun olmuştur, zira diğer yerlerdeki çiftçiler tahıl ekimlerinin verimini azami düzeye çıkarmak için sentetik, azot içeren gübrelere başvurmak zorunda kalmışlardır.

Billen ve meslektaşlarından önerilen tasarım bu nedenle tarımda temel bir değişiklik öneriyor. Araştırmacılar mesela uzun vadeli, çeşitlendirilmiş ürün rotasyonları öneriyorlar, ki bu dönemlerde baklagiller gibi nitrojeni sabitleyen mahsuller toprağa nitrojeni geri kazandırabilsin. Ayrıca, hayvancılık ve tarımın birbiriyle daha yakından bağlantılı olması gerekiyormuş. Araştırmacılar, “Tam bağlantıyı sağlamak için ve  uzaklardan yem ithaline gerek kalmadan, sığırların yerel beslenmesi ve dışkılarının tarla ve otlaklara iade edilmesi gerekiyor” diyor. Bu şekilde, yapay azotlu gübrelerden tamamen vazgeçmek mümkün olabilirmiş.

Beslenme düzeni değişmeden olmaz

Böyle bir sistem, önemli ölçüde daha az yoğun arazi kullanımına izin verecek ve dolayısıyla daha düşük verime yol açacaktır, ancak bu, mahsulün daha yüksek oranda insanların beslenmesi için hazır olması ile dengelenecektir. Araştırmacılara göre, şu anda Avrupa tahıl üretiminin yaklaşık yüzde 75’i yem olarak kullanılıyor. Hayvancılıkta yerel ürün ağırlıklı bir beslenmeye geçmek, ideal olarak çim ve insanların tüketemeyeceği tahıl bölümleri ile insan beslenmesi için daha fazla tahıl kalacağı anlamına gelir. Ayrıca konsept, hayvan sayısında azalmayı ve bu şekilde daha az gübre üretilmesini ve yeraltı sularının korunmasını öngörüyor.

Böyle bir değişiklik, elbette, insan diyetini de değiştirmeden işleyemez. Özellikle et tüketiminin azaltılması gerekecektir. Araştırmacılar, Dünya Sağlık Örgütü’nün tavsiyelerine uyumlu bir beslenme karışımı öneriyorlar – yüzde 45 tahıl ürünleri, yüzde 15 taze meyve ve sebze, yüzde 10 baklagiller ve yüzde 30 yumurta, süt ve et gibi hayvansal ürünler.

Bu başarılı olursa, 2050’de sentetik azotlu gübrelere, pestisitlere ve ithal protein yemine bağımlı olmayan ve aynı zamanda su kaynaklarını koruyan sürdürülebilir tarım yoluyla tüm Avrupa’ya sağlıklı bir beslenme sağlanabilir. Hatta ihraç etmeye yetecek miktarda tüketilmeyen tahıl kalabilecektir.

Bu yazı Tweet zinciri olarak da yayınlandı:

Nizamettin Karadaş

 

Kaynaklar:

https://www.cnrs.fr/fr/une-agriculture-biologique-pour-nourrir-leurope-en-2050

trendsderzukunft.de ,09.07.2021