Tasarlanmış yaşayan malzemeler (ELM), adaptif ve rejeneratif özellikleri nedeniyle yeni nesil malzeme tasarımında büyük önem taşımaktadır. Bakteriyel biyofilmler, bakteriyel selüloz veya protein bazlı yapıtaşları gibi mevcut platformlar sentetik biyoloji araçlarıyla işlevselleştirilebilmektedir; ancak bu sistemler genellikle mikroskopik ölçekte kalmakta, mekanik olarak kırılganlık göstermekte ya da hücresel canlılık ile metabolik aktiviteyi yapısal bütünlük içerisinde korumakta yetersiz kalmaktadır. İpliksi mantarlar ise dışarıdan bir iskeleye ihtiyaç duymaksızın sürekli ve üç boyutlu ağ yapıları oluşturabilme yeteneğiyle makro ölçekli malzeme üretimi için doğal bir potansiyel sunmaktadır. Buna karşın, mevcut misel bazlı malzeme üretim süreçlerinde uygulanan kurutma, ısıtma veya kimyasal çapraz bağlama adımları hücresel canlılığı tamamen ortadan kaldırmakta, böylece canlı biyolojik işlevler ile yapısal dayanıklılık arasındaki bağ kopmaktadır.
Araştırmacılar, makro ölçekli yapısal bütünlük ile sürekli hücresel canlılığı ve programlanabilir fonksiyonları eş zamanlı olarak koruyabilen mantar tabanlı bir yaşayan malzeme platformu geliştirmeyi amaçlamıştır. Bu kapsamda, Cordyceps militaris mantarının misellerini içeren esnek ve birleşik filmlerin düşük enerjili süreçlerle üretilmesi hedeflenmiştir. Çalışmanın temel odağını, doğrudan mantar genetiğini değiştirmeye gerek kalmadan, metabolik canlılığı korunan misel matrisine mühendislik ürünü diğer mikrobiyal ortakların hacimsel olarak entegre edilmesi ve böylece modüler bir sentetik biyoloji platformunun doğrulanması oluşturmaktadır.Deneysel yaklaşımda ilk olarak, optimize edilmiş sıvı kültür koşullarında (1 × 10⁶ spor/mL, pH 8 ve 24 °C) Cordyceps militaris peletleri elde edilmiş, bu peletler kalıplanıp 45 °C sıcaklıkta kurutularak iki ve üç boyutlu yapılar oluşturulmuştur. Malzemedeki gevrekliği ve kırılganlığı gidermek amacıyla hidrojen bağlarını düzenleyen gliserol (polimer sistemlerinde esneklik sağlayan plastikleştirici madde) uygulaması yapılmış ve moleküler dinamik (atomik ölçekte moleküler hareketleri simüle eden hesaplamalı yöntem) simülasyonları ile mekanik testler gerçekleştirilmiştir. Malzemeye renk kazandırmak amacıyla, yüzeyinde ChBD2 adlı CBD (kitin bağlama alanı – kitin polimerine özgül bağlanan protein dizilimi) sergileyen mühendislik ürünü Saccharomyces cerevisiae suşları mantar matrisiyle birlikte kültüre edilmiştir. Yüzey işlevselliği için besin çözeltisi damlatılarak hava miselleri indüklenmiş ve UV koruması sağlamak amacıyla yüksek melanin içeriğine sahip Aspergillus niger sporları püskürtülerek yüzeyde ikinci bir tabaka oluşturulmuştur. Malzemenin sürdürülebilirliğini değerlendirmek üzere toprak altı biyobozunabilirlik testleri ve ISO 14040/14044 standartlarına uygun LCA (bir ürünün çevresel etkilerini baştan sona ölçen yöntem) gerçekleştirilmiştir.
Elde edilen bulgular, %10 gliserol (GL10) ile muamele edilen C. militaris filmlerinin süneklikte %50 artış sağladığını ve Young modülünün (malzemenin esnek deformasyona karşı direncini gösteren sertlik katsayısı) 0,5 GPa ‘dan 0,2 GPa seviyesine düşerek katlanabilir, bükülebilir ve 1 kg yük taşıyabilir bir yapı kazandığını göstermektedir. Mekanik hasara uğrayan filmlerin, taze pelet ve su ilavesiyle gerçekleştirilen 10 tamir döngüsünden sonra bile orijinal sertliğinin %68’ini koruduğu tespit edilmiştir. CBD sergileyen mayaların, 6 saatlik ultrasonik işlem sonrasında %75 oranında mantar matrisine bağlı kaldığı (OD600 ölçümleriyle doğrulanmıştır) ve kompozit malzemenin mekanik performansını olumsuz etkilemeden mavi, kırmızı, turuncu ve mor renk tonlarını kararlı şekilde sergilediği saptanmıştır. Besin indüksiyonuyla büyütülen hava misellerinin 145° su temas açısı ile yüksek hidrofobisite ve kendiliğinden temizlenme özelliği sunduğu; A. niger ile kaplanan filmlerin ise 3 saatlik 254 nm UV-C ışınlaması altında alt tabakadaki sporların çimlenme yeteneğini koruduğu doğrulanmıştır. Biyobozunabilirlik analizleri, malzemenin toprakta 41 gün içinde neredeyse tamamen bozunduğunu ortaya koymuştur.
Bu çalışma, hücresel canlılığı ve metabolik aktiviteyi makroskopik malzeme formunda koruyarak sentetik biyoloji ve malzeme bilimi arasında ölçeklenebilir bir yaklaşımkurmaktadır. Elde edilen canlı tekstil platformu, doğrudan genetik modifikasyon zorunluluğunu ortadan kaldıran modüler yapısı sayesinde renk, kendiliğinden temizlenme ve UV koruması gibi özellikleri aynı matriste buluşturabilmektedir. Çalışmada sunulan prototip elbise ve yaşam döngüsü analizleri, fonksiyonel yaşayan malzemelerin çevreyle uyumlu tekstil alternatifleri, geçici biyobozunur ambalajlar ve sergileme sistemleri gibi alanlarda kullanılabilirlik potansiyeline işaret etmektedir.
Yazar: Hazel BİRGÜL
Editör: Damla ÖZDEMİR
Referans: Li, K., An, B., Zhang, J., Xun, D., Yuan, X., Song, Y., Wang, X. & Zhong, C. A programmable fungal platform for engineered living textiles. Science Advances (2026). https://doi.org/10.1126/sciadv.aed6937
-Bioinforange Bilimsel Haber Servisi-
Haber Yazıları, 20> Etki Faktörlü Q1 dergilerinde yayınlanan (listesi için tıklayınız)
bilimsel araştırmaların ekip arkadaşlarımız tarafından incelenip derlenmesi ile hazırlanmaktadır.
