2012’ye damga vuran 10 buluş!

Scientific American dergisi Aralık 2012 sayısında yaşamın alışılagelmiş seyrini değiştirecek 10 yeniliğe yer vermiş. Örneğin DNA’ya yapay alternatif, suyu temizleyen yağ, kanımızla çalışan kalp pili gibi….

Herkesin yaşamını bir şekilde kolaylaştırma potansiyeline sahip bu buluşların hepsi, 2012’de prototip olarak üretilmiş ve kullanılabilirliliği kanıtlanmış; şimdi önümüzdeki yıllarda büyük ölçekte üretilmeyi bekliyor. Bu 10buluşun her biri olanaksızları olanaklı hale getirme potansiyeline sahip.

DNA’ya yapay alternatif

Sentetik biyologların XNA adını verdikleri yeni moleküller, DNA ve RNA’ların becerilerine ve bazı özel güçlerinesahip olacak. XNA sayesinde bilim insanları laboratuvarlarda, hayatta kalmak ve evrilmek için DNA’ya ihtiyaçduymayan yeni yaşam şekilleri yaratabilecekler.

İngiltere, Cambridge’deki Moleküler Biyoloji Tıbbi Araştırma Konseyi Laboratuvarı’ndan Phillip Holliger, “Yaşam, genetik bilgi deposu ve çoğalma sistemi olmadan düşünülemez., fakat DNA ve RNA vazgeçilmez değildir. Bazı polimerler –en azından altı tanesi- aynı işlevi görür” diyor.

Xeno nucleic acid’in (burada xeno “yabancı” anlamında kullanılır) baş harflerinden oluşan XNA, DNA gibi bükülü bir merdiven şeklindedir. DNA’da, A, C, G ve T ile temsil edilen dört farklı nükleobaz basamaklarını; fosfat grupları ve şekerler de merdivenin kenarlarını oluşturur. Son 30 yıldır bilim insanları, yapay nükleik asit yaratmak için şeker türleri üzerinde çalışmalar yapıyor.

Holliger doğal polimeraz enzimlerini yeniden programlayarak DNA’ları RNA’lara çevirmeyi başardı. Böylece evrimin temelini oluşturan genetik bilgileri depolama ve nakletme işlevini yapabilme yeteneğine sahip oldu. Bu aşamadan sonra bilim insanları basit bir bakterinin içindeki DNA’yı çekip çıkartarak yerine XNA’yı yerleştirdiler.

Holliger, şu anda XNA tabanlı yaşam şekillerinin ortaya çıkması için daha çok zamana ihtiyaç duyduğumuzu belirtiyor.

Solunumu desteği sağlayan köpük

Vücuda şırınga edilebilen mikro-kabarcıklar, astım hastalarına ve solunumu duran kaza kurbanlarına zaman kazandırıyor.

Yemek yerken boğazına bir şey kaçan, şiddetli astım krizi geçiren veya akciğeri hasar gördüğü için solunumu duran kişilerin beyni, birkaç dakika içinde kendini kapatır; akabinde kalp durur ve ölüm kaçınılmazdır. Bu durumda acil müdahalede bulunanların yapacağı tek bir şey vardır; o da hastanın boğazından aşağı tüp sokmak. Bu işlem hem zaman alır, hem de risklidir.

Şimdi şırınga edilebilen yeni bir eriyik, bu hastaların 15 dakika daha hayatta kalmalarını sağlıyor. Böylece hastaneye yetiştirmek için zaman kazandırıyor. Bu eriyik, birkaç saniye içinde kan tarafından emilen oksijen mikro-baloncukları içeriyor. Baloncuklar o kadar küçük ki, kan akışını engelleyip inme veya kalp krizine yol açan hava ambolisi yaratmıyor.

Boston Children’s Hospital’den kardiyolog John Kheir meslektaşları bu yaşam kurtaran köpüğü yaratırken mevcut tıbbi nanoteknolojiden yararlandılar. Bugün bu teknoloji vücuda ilaç iletiminde ve ultrason ile görüntüleme için boyar madde uygulamasında kullanılıyor.

Bu yaklaşımın en önemli sakıncası, kanın oksijeni çok hızlı emmesine bağlı olarak, baloncukların kanda kesintisiz bir biçimde hareket edebilmesi için bol miktarda tuzlu eriyiğe ihtiyaç duyulması. 15 dakika sonra hastanın aldığı eriyik ödem yaparak kalbi durdurabiliyor. Şimdi Kheir’in ekibi eriyiği daha az miktarsa tuzlu suya ihtiyaç duyacak şekle dönüştürmeye çalışıyor.

Bir diğer sorun da normal solunumun durması durumunda vücutta CO2’nin birikmesi. Bu da vücudu zehirleyen bir gelişme. Ne var ki Johns Hopkins Üniversitesi’nden Raymond Koehler, vücudun CO2 düzeyindeki artışla, oksijen eksikliğinden daha iyi başa çıkabildiğini söylüyor.

Alzheimer’i ortaya çıkmadan önleyen ilaç

2013 yılında 300 denek üzerinde denenmeye başlayacak olan yeni bir ilaç, hastalığın başlamadan önce engellenebilmesinin yolunu açabilir.

Alzheimer hastalığının neredeyse tedavisi yok. İnsanın kimliğini çalan bu hastalığı durdurmak için geliştirilen yaklaşık 100 kadar ilaç umutları boşa çıkarttı. Bilim insanları şimdi hastalığı daha başlamadan durduracak yeni bir strateji üzerinde çalışıyor. Sağlıklı insanların kalp hastalıklarını önlemek için kolesterol düzeyini düşüren statin grubu ilaçları kullanmaları gibi, Alzheimer riski taşıyan insanlar bir gün gelip tek bir hap yutarak hastalığın ortaya çıkmasını önleyebilecekler.

Bunun için bilim insanları amiloid denilen zararlı proteinleri vücuttan yıkayıp atacak bir ilacın peşindeler. Son zamanlara kadar amiloid birikimleri, hasta öldükten sonra beyinlerinin incelenmesi sonucu görülebiliyordu. Ancak yeni bir buluş olan ileri pozitron-emisyon tomografisi, canlı insanların beyinlerini tarayarak semptomlar ortaya çıktığu zaman amiloidleri görüntüleyebiliyor.

2013 yılının başlarında, tüm onayların alınması durumunda yeni ilaç araştırması Kolombiya’da birbirleriyle uzaktan akraba olan 300 kişi üzerinde yürütülecek. Bu ailenin bireylerinde Alzheimer’ın nadir görülen ve erken evrede ortaya çıkan bir türü oldukça yaygın. Bu insanlar hastalığa bağlı olarak 50’li ve 60’lı yaşlarında bebekler kadar aciz bir hale gelebiliyorlar. Normal olarak kimin Alzheimer’a yakalanacağı bilinmezken, bu ailede kan testi ile ortaya çıkan tek bir genetik mutasyon kimin kurban olacağını gösteriyor.

Phoenix’teki Banner Alzheimer Enstitüsü’nden Eric Reiman ve meslektaşı Pierre Tariot, Kolombiyalı ortakları Francisco Lopera bu ailenin erken müdahalenin doğuracağı avantajları öğrenmek için eşsiz bir fırsat olduğunu fark etti. Hastalığa yakalanmış ve semptomlarının görüldüğü, ailenin 200 bireyinden 100 kadarına Crenezumab adı verilen deneysel ilacı, diğer 100’üne de plasebo vermeyi planlıyorlar. Mutasyonun görülmediği diğer 100 bireye de plasebo verilecek.

İlaç 5 yıl boyunca dönemsel olarak uygulanacak; birkaç ayda bir de denekler yoğun testlere tabi tutulacaklar. Dönemin sonunda ilaç başarılı bulunsa bile bunun daha yaygın olan ve yaşlıları etkileyen Alzheimer türü için yarar sağlayacağının garantisi yok.

Suyu yağ ile temizlemek

Basit bir kimyasal uygulama atık suları çok ucuza temizleyecek.

Massachusetts General Hospital’den doktora öğrencisi Anurag Bajpayee, dondurularak saklanan insan hücrelerinin zarar görmemesi için gliserolün yanı sıra hücrelere soya yağı da enjekte etmeyi denedi. Bu deney sırasında suyu soya yağı ile temizleyebileceği fikrini de araştırdı.

Soya yağı hedefe odaklı çözücülerden biridir. Bu tür çözcüler, tuz gibi suda bulunan diğer molekülleri çözmeden suyu çözerler. Soya yağı 40 dereceye kadar ısıtıldığı zaman suyu emerek kirletici molekülleri geride bırakır; daha sonra bunlar da filtre edilerek temizlenir.

Fakat Bajpayee’nin deneyinde bir bardak suyu temzilemek için bir yüzme havuzunu dolduracak miktarda soya yağının gerekmesi uygulamayı olanaksız hale getiriyordu. Dolayısıyla daha verimli başka bir hedefe kilitli solvent gerekiyordu. Bu iş için doğal olarak sütte oluşan ve su ile kolayca bağ kurabilen dekanoik asit üzerinde karar kıldı. Bu yağ asidi denizsuyunu tatlı suya dönüştürebilse de madencilik faaliyetleri sonucu oluşan atık sular gibi daha tuzlu sularda daha iyi sonuç veriyordu. Özellikle petrol sanayinde oluşan kirli suların temizlenmesi için ideal bir asitti.

Bajpayee şimdi dekanoik asidin sanayi atıklarını ve tuzlu suları verimli bir şekilde temizleyip temizleyemeyeceğini araştırıyor. Hedefi bugün kullanılmakta olan konvansiyonel yöntemlerinin en ucuzundan daha ucuza mal olabilecek bir teknik geliştirmek.

En gelişmiş sürdürülebilirlik endeksi

Tüketiciler yeni bir derecelendirme sistemi sayesinde tedarik zincirinin tüm aşamalarındaki çevresel ve sosyal maliyetleri gösteren bir endekse erişebilecekler ve satın alma kararlarını bunlara göre verecekler.

Tüketicilerin büyük bir kısmı satın alma kararını verirken ürünlerin pazara ulaşıncaya kadar geçirdiği evrelerin, dünyamıza ne kadar olumsuz etki yarattığını bilmek istiyor. Ürünün çöpe atıldığında doğaya ne kadar süre içinde karışacağı veya üretim sırasındaki CO2 emisyonu gibi endeksler tüketicinin kararlarında oldukça etkili. Burada sorun, bilgi eksikliği değil, tam tersi bilgi fazlalığı.

Bir ürünle ilgili karar verirken, çevresel ve sosyal maliyetleri değerlendiren tek bir metrik sisteminin olması tüketicin işini büyük ölçüde rahatlatabilir. On kadar öncü üniversite, kar amacı gütmeyen çok sayıda örgüt ve 80 çokuluslu şirketin kurmuş olduğu Sürdürülebilirlik Konsorsiyumu (Sustainability Consortium) işte bu amaca hizmet ediyor. Başka bir deyişle tedarik zincirinin tüm aşamalarını kapsayan standart bir endeks oluşturmayı hedefliyor.

Wallmart’ın sürdürülebilirlikten sorumlu yöneticisi Jeff Rice, tedarik zincirini kapsayan sürdürübilirlik uygulamalarının yalnızca çevreyi temizlemekle kalmayacağını, aynı zamanda maliyetleri de düşüreceğini ileri sürüyor.

Fetüse gen taraması

Fetüse zarar vermeden uygulanan yeni bir genom tarama işlemi, tek gen mutasyonuna bağlı binlerce hastalığı erken evrede teşhis etme olanağı yaratıyor.

Bilim insanları son zamanlarda, anneden alınan kan örneği üzerinden fetüsün eksiksiz genetik haritasını çıkartabiliyor. Genetik taramada devrim yaratan bu işlem sayesinde fetüsün doğumdan çok önce kistik fibroz, Tay-Sachs hastalığı veya frajil-X sendromu gibi tek gen mutasyonuna bağlı hastalıkları teşhis edilebiliyor. Böylece doktorlar doğumdan önce tedaviye başlayabiliyor ve aile çocuğun gereksinimlerini karşılamak için kendilerini hazırlayabiliyor.

Popülasyonun %1’i tek-gen hastalığı ile yaşıyor. 2011 yılından bu yana doktorlar anne kanından aldıkları bir örneği inceleyerek doğacak çocukta Down sendromu geni gibi anormal bir kromozom olup olmadığını anlayabiliyor. Ne var ki bu düzeyde bir bilgi ile 3.500 dolayındaki tek-gen hastalıklarının çoğunu önceden teşhis etmek mümkün değildi. Doktorlar amniyotik sıvı veya plasenta dokusundan aldıkları örnekler üzerinden bu hastalıkları teşhis etmeye çalışmakla birlikte, bu testlerin düşüğe neden olmak gibi annenin arzu etmeyeceği bazı risklere yol açtığı da biliniyor.

Oysa şimdi yeni bir test, annelere hamileliklerini riske atmadan çocukla ilgili daha ayrıntılı bilgi edinebilmelerinin yolunu açıyor. Ayrıca bu işlem, kadın doğum uzmanı olmadan da uygulanabildiği için dünyada çok daha fazla sayıda kadına ulaşabiliyor. Araştırmacılar bir süre sonra annenin kendi kendine alabileceği örnekleri laboratuvara göndererek, işlemin çok basitleştirilebileceğini umut ediyor.

Akıllı telefonlardan gelen veriler

Akıllı telefonlardan gelen akıl almaz boyuttaki veriler, kullanıcıların izin verdiği ölçüde tüm yaşantımızı değiştirecek.

Çoğumuz sürekli gözetim altında tutulmanın yaşantımızı nasıl etkileyebileceğini bilmiyoruz -veya düşünmek istemiyoruz- . Biliyoruz ki cep telefonlarının yaydığı sinyallerden insanların günün her hangi bir saatinde nerede olduğunu saptamak olası. Ayrıca dostlarımızın, ailemizin iş arkadaşlarımız hakkında gizli bilgilere erişmek de artık zor değil.

Bu bilgilerin kaynağı akıllı telefonlar. Bu cihazların her biri fabrikadan çıktıkları andan itibaren, merkezi sunuculara aralıksız olarak konumlama verilerini bildirir. Bu arada çok az sayıda kullanıcı böyle bir veri aktarımına izin vermez veya çok azımız böyle bir seçeneğimiz olduğunu biliriz.

Şimdi bilim insanları ve ticari araştırmacılar milyarlarca koordinatı anlamlı bir şekilde kullanarak milyonlarca insanın hareket grafiğini çizmenin yollarını araştırıyor.

“Büyük veri”lerle baş etme becerisi henüz daha emekleme evresinde. Şirketler, bu verileri pazarlamacılara şimdilerde satmaya başladı ve cep telefonu kullanıcıları da özel yaşamı korumak adına araştırmacılara sınırlı miktarda veri sunmayı tercih ediyor. Bu sektördeki üç büyük hizmet sunucu –Google, Apple ve Skyhook- bu bilgileri kullanırken kullanıcıların tolumsuz tepkilerinden çekindikleri için oldukça tedbirli ve cimri davranıyorlar.

Oysa bu bu devasa boyuttaki bilgilerin akıllıca kullanılması beraberinde pek çok avantaj da getirebilir. Örneğin reklam saldırından korunmak ve salgın hastalıkların yayılmasını önlemek gibi…

Bu kadar büyük verileri kullanırken özel hayatın korunması konusuna çözüm üretilirse, günlük yaşantımızda çok büyük ve olumlu değişiklikler yaratılabilir. Bu arada hükümetler ve şirketlerin de işi büyük ölçüde kolaylaşabilir. Ancak bunun için tüketicilerin kendilerin ait bilgilerin daha büyük bir kısmının kullanılmasına onay vermesi gerekiyor. Böylece kamu sağlığı, ulaşım ve elektrik/su dağıtım hizmetleri gibi uygulamalar daha verimli bir şekilde yönetilebilir.

Şekerle çalışan kalp pili

Kandaki glikoz tıbbi cihazlara enerji sağlayabilecek.

Geleceğin kalp pilleri, insülin pompaları ve diğer tıbbi cihazları pilsiz çalışabilecek; pil yerine vücuda enerji sağlayan şekerin yardımı ile çalışacak. Bilim insanları glikoz ile çalışan implantları ilk olarak 1960’lı yıllarda gerçekleşmesi mümkün olmayan bir hayal olarak düşünmeye başladı. 1970’li yıllarda lityum iyon pillerinin ortya çıkmasıyla, daha basit ve daha güçlü çözümlerin yolu açıldı.

Bugün vücut içine yerleştirilmiş implant pillerinin değiştirilmesi gerektiğinde bu işlem yalnızca ameliyat ile yapılabiliyor. Örneğin kalp pili takan hastanın her 5-15 yılda bir ameliyat olması gerekiyor. Doldurulabilen pillerin de vücut dışında elektronik cihazlara kablolar üzerinden bağlanıyor olması hastayı enfeksiyon riski ile karşı karşıya bırakıyor.

Son yıllarda implant devrelerinin gelişmesine bağlı olarak enerji gereksiniminin azalması, glikoz biyoyakıt pillerinin daha verimli çalışmasını sağlayacak. 2012’de M.I.T.’den mühendis Rahul Sarpeshkar, yarı-iletken üretim teknolojsinden yararlanarak, yakıt pilinin prototipini üretti. Bu pilin, omurilik ve beyni koruyan sıvı içindeki glikozdan yararlanarak çalışabileceğini düşünüyordu. Sonuçta prototip pil laboratuvarda sorunsuz çalışırken, vücut içinde serum ve amino asitlerin engellemesiyle enerji kayıpları oluştu.

Bu engelleri ortadan kaldırmaya çalışan Sarpeshkar, 10 yıl içinde bu pilin vücutta sorunsuz çalışabileceğini ileri sürüyor. Bu implantların şekerle çalışması durumunda nano boyutta robotlar, ilaçları hedefe doğrudan ulaştırabilecekler.

Ticari amaçlı insansız hava taşıtları

Küçük, insansız hava taşıtları bundan böyle yalnızca askeri amaçlarla kullanılmayacak; ticari kuruluşların da ihtiyaçlarına yanıt verebilecek.

Bugüne dek Predator gibi küçük, insansız ve kendi kendini yöneten hava taşıtları askeriyenin ve güvenlik güçlerinin ihtiyaçlarına yanıt vermek için geliştirilmişti. Son yıllarda sivil amaçlarla da kullanılmaya başlandı. Çevreyi kirletenleri tespit etmek, türleri tükenmiş hayvanları izlemek, petrol platformlarında szıntı olup olmadığını belirlemek veya film çekmek için de kullanılabiliyor.

Teknolojinin gelişmesiyle radyo-kontrollü model uçakların yerini kendi kendini yöneten uçaklar alacak. Gelişmiş kamera ve sensörlerle donatılan bu taşıtlar, ekinlerin ne zaman suya ihtiyaç duyduğunu, petrol sızıntılarını ve trafik sıkışıklığını anında bildirecek. U.S. Geological Survey’den Mike Hutt, “Bu taşıtlar çok büyük bir potansiyele sahip; şimdilik yapabileceklerinin çok azına tanık oluyoruz” diyor. Gerekli yasal ve etik düzenlemelerin yapılması –hava trafiğini düzenlemek, uçuş yüksekliğini belirlemek, özel yaşamı koruma altına almak vb.- durumunda 2015 yılından sonra herkes bir hava taşıtına sahip olabilecek.

Elektronik dövmeler

Yara bandına benzer, ultra ince, esnek sensörler, sağlık durumumuzla ilgili verileri tıbbi merkezlere kablosuz olarak iletebilecek.

Mühendisler esnek plastikler üzerine devre yerleştirmeyi başardı. Ancak elektronik cihazlar çok daha esnek ve yumuşak bir şekle dönüşme eğiliminde. Başka bir deyişle dövme gibi bazı elektronik devreleri vücudumuzu üzerine giyebileceğiz. Amaç, tansiyon, kan şekeri düzeyi gibi yaşamsal işaretleri kontrol altında tutabilmek. Bu devreler ayrıca giysilerin dokusunun içine yerleştirilerek akıllı telefonlara enerji sağlayacak veya gıda ambalajlarına yerleştirilerek bulaşma veya kirlilik olup olmadığını haber verecek.

Bu teknolojinin öncüsü Illinois Üniversitesi’nden John Rogers, “Gelecek 5-10 yıl içinde bu esnek ve yumuşak elektronik cihazların boyutları bugünkü yara bantları kadar olacak” diyor. Bu sensörler sağlığımızı kontrol altında tutacak ve sonuçları kablosuz olarak bir sağlık merkezine iletebilecek. Yara bandına benzer sensörler vücutta bir hafta kadar kalabilecek ve “tıbbi dövme” olarak hizmet verecek. İleride bu devrelerin kalbin veya beynin içine yerleştirilmesi planlanıyor.