1957’de Dr. Thomas Chang, yapay hücre kavramını öneren ilk kişi olmuştur. Tipik yapay hücreler, hücre benzeri yapıları olan hücrelerdir ve kendi kendine üreme, metabolizma ve evrim gibi canlı biyolojik hücrelerin en azından bazı özelliklerine sahiptir. Biyolojik bir hücrenin bir veya daha fazla fonksiyonunu taklit eden tasarlanmış partiküllere sahiptirler. Yapay hücrelerin temel amacı biyolojik hücrelerin karakterlerini araştırmak, hücre dinamiklerini analiz etmek, biyolojik hücreler yerine potansiyel uygulamalarını tanımlamaktır.
Yapay hücrelerin farmasötik, tıbbi, biyolojik ve çevresel çalışmalarda birkaç uygulaması vardır ve bunlar yaşamın kökeni teorisinin açıklanmasında yardımcı olabilir. Yapay hücrelerin üretimi için kullanılan iki önemli yöntem vardır, bu yaklaşımlar yukarıdan aşağıya bir yaklaşım ve aşağıdan yukarıya bir yaklaşım şeklindedir.
Yapay Hücre Üretmede Yukarıdan Aşağıya Yaklaşım
Hücresel yaşamın temel özellikleri için ihtiyaç duyulan en az sayıda geni korumak veya sadece hayatta kalmak için canlı organizmaların genomunu soymaya dayanmaktadır. Venter ve meslektaşları, bilinen en küçük serbest yaşayan organizmalar arasında yer alan patojenik bakteri Mycoplasma genitalium’un sadece 517 genine sahip olduğu bulunmuştur. Bu küçük genom, araştırmacılara minimal hücreler geliştirmeye başlama konusunda ilham olmuştur. Bilim adamları esansiyel olmayan genleri yıktıklarında, hücresel yaşamı sürdürmek için yaklaşık 256-350 genin gerekli olduğunu bulmuşlardır. Gil ve meslektaşları tarafından yapılan daha fazla çalışma, hücresel yaşamın temel özelliklerini korumak için gereken bu sayıda genin 206 gene indirilebileceğini ortaya koymuştur.
Bununla birlikte, bu 206 gen arasında, nükleotidlerin ve amino asitlerin üretimi için gerekli olanlar gibi hala çıkarılabilen, gen sayısını yaklaşık 150’ye düşüren bazı genler vardır. Bununla birlikte, minimal hücrelerin anlamı da çevre ile ilişkilidir. Bu minimal hücrelerin hayatta kalması, karşılık gelen bileşiklerin çevrede elde edilebilir olmasını ve hücrelere kolayca girmesini talep ettikleri içindir. Genleri birer birer nakletme süreci külfetli ve verimsizdir. Biyolojik hücrelerin orijinal genlerinin sentetik hücrelerle değiştirilmesi, yukarıdan aşağıya bir yaklaşımda daha modern ve zor bir yöntem olarak kabul edilir.
Bazı çalışmalardan, bakteri ve virüsler gibi bazı birincil organizmaların oluşumunda umut verici sonuçlar edilmiştir. Viyolonsel ve meslektaşları, cDNA poliovirüs genomunun temel kimyasal yapı bloklarından de novo sentezi ile yapay bir enfeksiyöz poliovirüs oluşturdular ve doğal poliovirüsünkiyle karşılaştırılabilir patolojik ve fizyolojik özelliklere sahip poliovirüs oluşturmuşlardır. Virüsler canlı organizmalar olarak kabul edilmese de, bu çalışma genetik bir şablona ihtiyaç duymadan, sadece kimyasal veya biyokimyasal süreçlerle daha karmaşık canlı organizmaları sentezleme potansiyelini göstermiştir.
2010 yılında Gibson ve meslektaşları bilgisayar çalışmasına dayanarak genom dizileri (M. mycoides JCVI-syn1.0′) tasarlamış ve tasarlanan genomlar orijinal genomdan biraz farklı olsa da, yeni hücrelerde M. mycoides’in fenotipik karakterleri bekleniyordu ve kendi başlarına çoğaltılabilmiştir. Bu çok umut vericidir, ancak hala karmaşık veya ökaryotik organizmalar yaratmaya yakın olduğumuzu söyleyen birçok endişe ve sorun bulunmaktadır. Örneğin, ökaryotların genomu çok karmaşıktır ve böyle karmaşık bir genom oluşturmak zordur. Bu genom mühendisliğinde büyük bir ilerleme olmasına rağmen, hatasız bir genom elde etmek çok zordur.
Yapay Hücre Üretmede Aşağıdan Yukarıya Yaklaşım
Aşağıdan yukarıya yaklaşım, yukarıdan aşağıya yaklaşımda görüldüğü gibi mevcut canlı organizmalardan başlamak yerine bir hücre oluşturmak için biyotik olmayan bileşenlerin bir yığınının birleştirilmesine dayanır. Bu nedenle, aşağıdan yukarıya strateji yukarıdan aşağıya yaklaşımdan daha zordur. Aşağıdan yukarıya yöntemi, yukarıdan aşağıya yaklaşımda görülen bazı kusurları düzeltebilir. Örneğin, yukarıdan aşağıya yaklaşım yakıcıdır, bazı istenmeyen ve beklenmedik sonuçlara ile istenmeyen biyolojik sonuçlara sahip olabilir. Aşağıdan yukarıya yönteminden geliştirilen, istenen işlevleri yapmak için gereken en az bileşen içeren sistemler daha kolay, daha yönetilebilir ve bu nedenle yukarıdan aşağıya yaklaşımın eksikliklerinin üstesinden gelebilir. Aşağıdan yukarıya doğru bir yöntem kullanılarak yapay hücrelerin inşası için bilgi taşıyan moleküller, hücre zarları ve metabolizma sistemleri dahil üç temel maddeye ihtiyaç vardır. Bilgi taşıyan moleküller (RNA veya DNA) hücrenin tipini ve fonksiyonunu belirler. Hücre zarı, hücresel bileşenler için habitat, harici iletişim için aracı, birçok malzeme için bir taşıyıcı, yapışma ve göç gibi çeşitli hücresel süreçleri modüle etmek için bir alan olarak kabul edilir. Son olarak, Metabolizma, hücrelerin diğer birçok hayati süreçle birlikte büyümesi, bölünmesi ve bilgi aktarması için enerji sağlamaktadır. 
Yapay hücre tasarım sürecindeki temel biyolojik birimler genlerdir. Hücre biyo teknolojisindeki ilerlemeler, bilim insanlarının bilgisayar destekli programların yardımıyla laboratuvardaki çeşitli genlerle genomları sentezlemesine fırsat tanımaktadır. Bir vezikül içinde rasyonel birleştirme ve kapsülleme yapıldıktan sonra, bu şekilde DNA program birimleri yapay hücrelerin rolünü ve işlevini yapmak için yazılım olarak kullanılabilir. Destekleyiciler, ribozomlar, düşük molekül ağırlıklı maddeler, çeşitli enzimler ve çeşitli transkripsiyon faktörleri de gereklidir.
Sonuç olarak; yapay hücreler, biyotik olmayan bileşenlerin montajı ile sıfırdan başlayan bir aşağıdan yukarıya yaklaşım veya temel olmayan genlerin organizmalardan çıkarıldığı veya sentetik olanların yerini aldığı yukarıdan aşağıya yöntemle üretilebilirler.
Kaynakça:
https://www.technologyreview.com/2010/06/14/202896/how-to-make-an-artificial
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5222523/
https://www.nature.com/articles/d41586-018-07289-x
Yazar: Özlem Güvenç Ağaoğlu