Ekosistemlerde mikroplastik birikiminin artması, günümüzde çevresel koruma açısından önemli bir sorun teşkil etmektedir. Su, hava ve toprakta yaygın olarak bulunan bu kirleticiler, yutma ve soluma yoluyla insan vücuduna girebilmekte ve inflamasyon ile enerji metabolizmasında bozulmalar gibi fizyolojik ve toksikolojik etkilerle ilişkilendirilmektedir. Bu nedenle, mikroplastiklerin etkili ve hassas biçimde tespit edilmesi, çevresel ve sağlıkla ilgili bu sorunların ele alınması açısından önem taşımaktadır.
Mevcut mikroplastik analiz stratejileri genellikle yüksek maliyetli cihazlara, zahmetli ön işlem süreçlerine ve uzman operatörlere ihtiyaç duymaktadır. Bu teknik sınırlamalar, iz seviyedeki mikroplastiklerin hızlı bir şekilde tespitini zorlaştırmaktadır. Araştırmacılar, nükleik asit tanı sistemlerinde kullanılan CRISPR teknolojisini çevresel izleme alanına genişleterek; polivinil klorür (PVC) ve polistiren (PS) mikroplastiklerini tespit edebilen bir platform geliştirmeyi amaçlamaktadır.
Çalışmada, aptamer (hedeflere yüksek afinite ve özgüllükle bağlanabilen tek zincirli nükleotit dizisi) tanıma mekanizması ile DNA walker (belirli bir DNA yolu üzerinde ardışık hibritleşme ve iplik yer değiştirme süreçleriyle sinyal amplifikasyonu sağlayan nükleik asit düzeneği) amplifikasyonunu birleştiren bir CRISPR/Cas14a mantık sistemi tasarlanmıştır. Tasarlanan sistemde, mikroplastiklerin varlığında katalitik saç tokası düzeneği (CHA) aktive olmakta ve DNA walker mekanizması aracılığıyla ikinci bir sinyal amplifikasyonu gerçekleşmektedir. Bu süreçte oluşan tek zincirli DNA sinyalleri Cas14a/sgRNA kompleksi tarafından algılanmakta; Cas14a’nın Cy5-BHQ raportörünü kesmesi sonucunda Cy5 floresans sinyali ortaya çıkmaktadır.
Deneysel sonuçlar, geliştirilen biyosensörün PVC için 3,4 ng/mL ve PS için 4,1 ng/mL saptama sınırına (LOD) ulaştığını göstermektedir. Sistem, her iki mikroplastik için 10 ng/mL–100 μg/mL aralığında çalışmış; PVC ve PS için sırasıyla R² = 0,996 ve R² = 0,995 değerleri elde edilmiştir. CHA tek başına kullanıldığında sinyal arka plana göre 3,5 kat artarken, CHA ile DNA walker’ın birlikte kullanılması bu artışı 5,6 kata çıkarmıştır.
Sistemde kullanılan “OR” mantık kapısı (iki girdiden en az birinin varlığında pozitif çıktı üreten Boolean mantık yapısı), PVC ve PS’nin tek bir algılama iş akışında değerlendirilmesini sağlamaktadır. (00) kombinasyonunda düşük arka plan sinyali elde edilirken, (10), (01) ve (11) kombinasyonlarının tümünde pozitif çıktı oluşmuştur. Sistemin mantıksal kararında kullanılan floresans eşik değeri 1,0 × 10³ olarak belirlenmiştir. Bununla birlikte, mevcut aptamerlerin PVC ve PS’yi yeterince kesin biçimde ayırt edememesi nedeniyle sistem bu iki mikroplastiği aynı anda güvenilir biçimde nicel olarak birbirinden ayıramamaktadır.
Gerçek su örneklerinde yapılan analizlerde %96,0 ile %105,0 arasında geri kazanım oranları elde edilmiştir. Musluk suyunda bu oran %97,0–103,0, nehir suyunda %99,8–105,0 ve göl suyunda %96,0–104,7 aralığında bulunmuştur. Ayrıca geliştirilen biyosensörün sonuçları LC-MS/MS yöntemiyle karşılaştırılmış ve iki yöntem arasındaki göreli hata −%4,3 ile +%4,1 arasında belirlenmiştir. Hedef dışı maddelerle yapılan seçicilik testlerinde ise hedef dışı maddelerin konsantrasyonu hedeflerin 100 katına çıkarıldığında dahi sinyaller arka plan seviyesine yakın kalmıştır.
Platformun bazı sınırlamaları da bulunmaktadır. CHA ve DNA walker temelli amplifikasyon birden fazla işlem adımı gerektirmekte ve sensör yanıtının yaklaşık 60 dakikada dengeye ulaştığı belirtilmektedir. Ayrıca sistem gerçek su örneklerinde doğrulanmış olsa da kan ve idrar gibi biyolojik örneklerde henüz test edilmemiştir. Araştırmacılar, daha özgül aptamerlerin geliştirilmesi, amplifikasyon gerektirmeyen stratejilerin oluşturulması ve farklı çevresel ve biyolojik örneklerde daha kapsamlı doğrulamalar yapılması gerektiğini belirtmektedir.
Bununla birlikte çalışma, aptamer tabanlı tanıma, DNA walking amplifikasyonu, Cas14a’nın trans-cleavage aktivitesi ve Boolean mantık işlemini tek bir platformda birleştirerek mikroplastiklerin hassas ve nitel olarak tespitine yönelik bir yaklaşım ortaya koymaktadır. Platformun farklı aptamerler kullanılarak başka hedeflere uyarlanabileceği belirtilmektedir. Araştırmacılar sistemi Technology Readiness Level 4 (TRL 4) düzeyinde değerlendirmekte; daha geniş örnek ve saha koşullarında doğrulamaların gerekli olduğunu vurgulamaktadır.
Yazar: Asmin Petekbaşı
Editör: Özsu Deniz Balkaya
Referans: Ren, X., Cui, X., Zeng, Y., Guo, Y., Chen, J., & Pan, J. (2026). CRISPR/Cas14a-based logic system for intelligent microplastic monitoring based on multiple DNA walking mechanisms. Trends in Biotechnology. https://doi.org/10.1016/j.tibtech.2026.06.011
-Bioinforange Bilimsel Haber Servisi-
Haber Yazıları, 20> Etki Faktörlü Q1 dergilerinde yayınlanan (listesi için tıklayınız)
bilimsel araştırmaların ekip arkadaşlarımız tarafından incelenip derlenmesi ile hazırlanmaktadır.
