ARAŞTIRMA
Laboratuvarımız; tıp/biyoloji ile mühendisliğin arayüzeyinde bulunan problemlerin çözümünde, hesaplamalı modellemenin ve istatistiksel termodinamiğin uygulanmasında uzmanlaşmıştır. Temel araştırma alanları: Biyomoleküler makinalar ve motorlar, Hesaplamalı Simülasyon ve Modelleme, Moleküler Dinamik simülasyonları, İstatistik Mekanik ve Termodinamik, Gıda Kurutma, İlaç Tasarımı ve Protein Fiziği, Dinamiği ve Mühendisliğidir.
Makina Mühendisliği İlaç Geliştirilmesi İçin Neden Önemlidir?
Proteinler doğada bulunan biyomoleküler makinalardır. Pompa, taşıyıcı ve motor proteinleri gibi insan vücudunda bulunan birçok protein çeşidi, karmaşık çalışma mekanizmasına sahiptir ve bu çalışma mekanizmaları günlük hayatımızda karşılaştığımız makinalarla doğrudan kıyaslanabilir niteliktedir. Söz konusu proteinler, günlük hayatta karşılaştığımız makinalarda olduğu gibi, çeşitli enerji türlerini işe dönüştürmektedirler. Protein işlevlerinde yaşanan problemler hastalıklara sebep olabilmektedir. Nasıl ki bozulan bir makina çalışma mekanizması bilinmeden tamir olamıyorsa, benzer şekilde proteinlerin kompleks çalışma mekanizması bilinmeden çalışma mekanizmalarına tedavi amaçlı bir müdahale mümkün değildir. Tedavi amaçlı olarak gerçekleştirilen yaklaşımlardan biri inhibitör tipi ilaçlar ile işlevlerinin durdurulmasıdır. Proteinler biyomoleküler makinalar oldukları için termodinamik çevrimler ile çalışmaktadırlar. Bir termodinamik çevrim boyunca, protein çeşitli termodinamik halden geçmektedir. Eğer tasarlayacağınız ilaç bu hallerden birinin kararlılığını yeteri derecede attırırsa, bu durumda protein termodinamik çevrimini tamamlayamayacaktır. İnhibitör tipi ilaçlar, proteinlere bağlanarak proteinlerin termodinamik çevriminde bulunan bir termodinamik halin kararlılığını artırmaktadır. Bunun sonucunda da protein çevrimi tamamlayamaz ve işlevini gerçekleştiremez duruma gelmektedir.
Bu çerçevede, bu kısa örnek üzerinden dahi anlaşıldığı üzere, makina mühendisliğinin ilaç geliştirilmesinin temel aşamalarında da önemli bir yeri vardır. Dünyanın önde gelen üniversitelerinin makine mühendisliği bölümlerinde bu konularda çalışan mutlaka bilim insanları bulunmaktadır. Gür Biyomoleküler Mühendislik laboratuvarı dünyadaki bu trende uygun olarak makina mühendisliği prensiplerini tıp alanında bulunan problemlere uygulamaktadır. Laboratuvarımızın uzmanlığı ilaç hedefi olan proteinlerin çalışma mekanizmalarının atomik seviyede ayrıntılı olarak modellenip ortaya konulması, hastalık ile ilişkili mutasyonların proteinin normal çalışma mekanizmalarını ne şekilde ve derecede bozduğunun keşfedilmesi, protein çalışma mekanizmasına en uygun müdahale stratejisinin (örneğin ilaç bağlanma bölgesinin) önerilmesi, proteinlerin termodinamik çevrimlerin analizlerin gerçekleştirilmesi, ve protein mühendisliği uygulayarak proteinlerin çalışma mekanizmasının değiştirilmesidir.
Şekil 1. Nasıl ki farklı sanatçılar gördüklerini kendilerine özgü tekniklerle tuvale yansıtıyorlarsa farklı disiplinlerdeki bilim insanları da gördükleri problemlere kendi disiplinlerine özgü bakış açıları ve tekniklerle çözüm üretmektedirler. Bir fotoğrafın beş ünlü ressamın resim tekniği kullanılarak yapay zeka ile çizilmesi: The Shipwreck of the Minotaur by J.M.W. Turner, 1805; The Starry Night by Vincent van Gogh, 1889; Der Schrei by Edvard Munch, 1893; Femme nue assise by Pablo Picasso, 1910; and Composition VII by Wassily Kandinsky, 1913. From Gatys et al 2015.