Gerd Binnig
Odasında kutular üst üste yığılmış: Gerd Binnig’in firması Definiens yine Münih içerisinde bir başka binaya taşınacak. Böylesi aktif bir araştırmacıya da bu yakışır: Binning, çığır açan buluşu tarayıcı tünel mikroskobuyla 1986 yılında fizik alanında Nobel ödülüne layık görülmüştü. Definiens ise günümüzde imaj değerlendirme alanında en modern yazılımı kullanıyor.
“Yazılım destekli imaj değerlendirme yöntemini günümüzde biyoloji ve tıp alanındaki araştırmalarda büyük bir başarıyla kullanmamız yeni değil. Bizim geliştirdiğimiz teknik, bir insanın tıbbi imajları anlayıp değerlendirme sürecine kıyasla soyut algoritmaların kullanımından son derece uzak. Bir bilgisayarın doku örneklerini analiz edebilmesi çok değil, henüz bir kaç yıl öncesine kadar tahayyül dahi edilemezdi. Bizim yöntemimizle bu mümkün ve imaj değerlendirme konusunda çok yüksek bir potansiyel sergiliyor. Gelecekte iki farklı dünyanın avantajlarını daha iyi kullanabilmeliyiz: Makinelerin hızı ve kesinliğiyle, insanın bağlamı tanımlayabilme ve imajları anlayabilme yeteğini birleştirebilmeliyiz. Kullanıldıkları branşların bilgi birikimi, geleceğin yazılımlarını çok daha derinden şekillendirecek. Araştırmacı bir tıp uzmanı bir bilgisayar mühendisine kıyasla kimi durumlarda daha iyi program geliştirici olabilir, çünkü o alanın güçlüklerine daha hakimdir. Yazılım teknik koşullanmalardan daha da uzaklaşarak sürdürerek belli ölçüde insansallaşacak.”
Binnig ve İsviçreli Heinrich Rohrer tarafından geliştirilen tarayıcı tünel mikroskobu nano yapıların dünyasını gözlemlemeyi mümkün kıldı. Büyük yeni olanakların önünü açan bir buluş. “Nano teknoloji sayesinde yeni bir dünyanın kapıları ardına kadar açıldı. Bana kalırsa şu anda bilimsel anlamda ikinci bir yaradılışın tam ortasındayız. İlkinde atomlar molekülleri oluşturmuş ve sonuçta tüm çeşitliliğiyle canlılar ortaya çıkmıştı. Bugün ise en küçük nano yapılardan çok karmaşık yapılar yaratma şansına sahibiz. Henüz çok uzun bir yolun başındayız. Fakat özellikle nano tıp gelecekte çok önemli bir rol oynayabilir. Kanseri ele alalım: Bu hastalığı anlayabilmek için nano yapıları daha derinlemesine incelemeyi sürdürmeliyiz ki bu alanda yeni tedavi yöntemleri etkin hale gelebilsin.”
Karmaşıklığı çözümlemek ve onu kullanılır hale getirmek – Gerd Binnig için yüksek performanslı bir nano bilgisayarın geliştirilmesi vizyonu, iddialı bir girişim anlamına geliyor. “Bu bilgisayarı üretebilmek için nano dünyadaki yapıları çok daha iyi anlayabilmemiz gerek. Yüksek performanslı nano bilgisayarlar günün birinde dünya çapında ekonomik krizler ya da tümörlerin tedavisi gibi çok farklı ve karmaşık alanlarda bize yardımcı olabilir. Bu tür bilgisayarlar sayısız özel işlem görevlerini farklı bilgisayar elemanları arasında dağıtabilir. Bu elemanları çok küçük bir alanda işbirliği yaparak birlikte çalışan özel bir bilgisayar ağı gibi düşünmelisiniz. Elbette tıpkı beyin örneğinde olduğu gibi bu yapıların üç boyutlu ve olağanüstü bir bağlanırlık düzeyine sahip olacak şekilde üretilmesi en ideali olur. Böylece bugüne kadar üretilenlerin hepsini gölgede bırakacak bir bilgisayar geliştirilebilir.”
Hartmut Michel
Buluşma yerimiz geleceğin kenti: Frankfurt/Main’de inşaat işçilerinin sıra sıra binalar dikmekte oldukları bu yeni bölgenin adı Science City Riedberg. Fotosentezin çözümlenmesindeki katkılarından ötürü 1988 yılında kimya alanında Nobel alan Hartmut Michel, burada hücre zarı proteinleri üzerinde araştırmalar yapıyor.
“Hücre zarı proteinlerinin yapısının aydınlatılması yeni ilaçlar geliştirilmesi bakımından büyük bir potansiyel taşıyor. İnsan vücudunda hücre zarı durumunda bulunan ve hücre içine sinyal iletme görevi olan “G protein kenetli reseptörler”in yaklaşık 800 çeşidi var ve bunların yaklaşık 350 türünü henüz tanımıyoruz. Bu reseptörlerin fonksiyonlarını aydınlatmayı başarabilirsek yeni ilaçlar ve tedavi yöntemleri geliştirilebilir. Belli göğüs kanseri çeşitlerinde hedefe yönelik etki ederek büyüme ve yayılmayı durduran reseptör blokerleri, hali hazırda yapılabileceklerin bir göstergesi. Ayrıca hücre çekirdeği ve mitokondriler arasındaki ilişkinin zayıflamasının, yaşlanmanın sebebi olabileceğine ilişkin spekülasyonlar da var. Buradan yola çıkarak gelecekte hücre çekirdeği ve mitokondriler arasındaki bağlantıyı güçlendirerek dejeneratif
hastalıklarla mücadele edebilme ve hatta yaşlanmayı yavaşlatabilme umudu da doğuyor.”
Elbette en hassas hücresel süreçlerin derinlemesine incelenmesi metodik anlamda incelik ve zekice düzenlenmiş ileri teknolojiyi gerektiriyor. Hartmut Michel geleceği resmediyor: “Tümör genomlarının dizilenmesinden çok büyük beklentilerim var. Sağlıklı dokuyla karşılaştırılarak anahtar niteliğindeki mutasyonlar keşfedilebilir ve tümörün içindeki aktif proteinler doğrudan bloke edilebilir. Öte yandan hücre zarı proteinlerinin yapılarının aydınlatılması konusunda iki önemli güçlükle mücadele etmek zorundayız. Şu ana kadar yalnızca belli zar proteinlerinden yeterli miktarda elde etmeyi başardık. Buna ek olarak bu proteinlerin yeterince stabil olmalarını sağlamak için karmaşık kristalleştirme sürecine tabi tutuyoruz. Sürece aşırı yoğun röntgen ışınlarının kullanıldığı serbest elektron lazerleri aracılığıyla bu sorunun aşılma ihtimali var. Bu yüksek kapasiteli lazerlerden biri şu anda Amerika’da, Stanford’da kullanılıyor. Yakın gelecekte bir tane de Hamburg’da kurulacak. Tek tek moleküllerin böylesi yoğunluktaki röntgen ışınlarıyla bombardımana tabi tutulması, interferenz (dalga girişimi) görüntüleri alınmasını sağlıyor; bu yöntemle, molekülleri önceden kristalleşmeye görüntü almak ve işlemi çok hızlandırmak mümkün olabilir.“
Hayati önem taşıyan fotosentez süreci ise halledilmiş bir konu. Bunda önemli bir payı bulunan Hartmut Michel, bu alanda da pek çok yenilikçiliğin mümkün olduğunu düşünüyor. “Fotosentezin verimliliği çok sınırlı: Güneş enerjisinin yüzde birinden azı biyokütle formunda depolanıyor. Güneş enerjisinin üst seviyede olduğu bir durumda fotosenzet kapasitesi bu enerjinin yüzde 20’siyle doymuş oluyor, bu nedenle de güneş ışığının yüze 80’i kullanılamıyor. Eğer bilimciler günün birinde fotosentez için ışın toplama gereçlerini küçültmeyi başarabilirlerse, bu müdahale tarım ekonomisindeki kazancın ciddi şekilde artmasını sağlayabilir. Yenilenebilir enerjilerin üretimi için depolama sorununun çözümü temel bir konu. Bu alanda örneğin bakır-çinko-sülfür bazlı, bugüne kadar kullanılagelen lityum pillerin depolama kapasitesini dört kata kadar aşabilecek yeni tür pillerin geliştirilmesi için büyük bir potansiyel olduğuna inanıyorum.”
Theodor W. Hänsch
Ona bakınca keşfetme arzusunu da görebiliyorsunuz. Sarsıcı fiziksel bir dünyaya ilişkin düşüncelerine bir gülümseme eşlik ediyor. Hassas spektroskopinin barındırdığı potansiyeli anlatırken olduğu gibi. Özellikle de frekans tarağını geliştirerek bu ölçüm tekniğinin ciddi şekilde ilerlemesine sağladığı katkıdan ötürü Theodor Hänsch, 2005 yılında Nobel fizik ödülüne layık görüldü.
“Her geçen gün daha kesin çalışan ölçüm aygıtları geliştiriyoruz. Frekans tarağı tekniğine dayalı olarak optik atomik saatlerde ışığın frekanslarını yüksek hassasisiyetli ritm üreteci olarak kullanıyoruz. Bu ölçüm aletleri her geçen gün daha kullanışlı hale geliyor. On yıl önce ışığın frekansını ölçecek aletler için bir binanın tamamına ihtiyacınız vardı. Günümüzde bu iş için bir çalışma masasının üstüne sığabilecek gereçler yeterli. Belki de gelecekte bu tür ışık saatlerini bir kibrit kutusu boyutuna indireceğiz. Bu ölçüm aletlerinin gittikçe daha küçük ve becerikli hale gelmesi yeni kullanım olanaklarının da önünü açıyor. Örneğin frekans tarağı teknolojisi çok büyük olasılıkla uzayda, uydu navigasyon sistemlerinde kullanılmaya başlanacak. Yüksek hassasiyette ölçüm yapan saatlerin gelişmesinden temel beklentimiz, bu saatlerin günümüzde de önemli rol oynadığı alanlarda daha çok faydalanılabilmesi. Dolayısıyla bu sadece uydu navigasyonunun daha hassas olmasını sağlamakla kalmayacak. Cep telefonu ağlarının da daha iyi senkronize olmaları ve mobil iletişimin daha verimli hale gelmesi de akla yakın. Astronomik araştırmalarda da frekans tarağı tayf çizgilerinin, yani uzak gezegenlerden gelen ışığın ölçümünde kullanılıyorlar. Şili’nin La Silla bölgesindeki Avrupa Güney Gözlemevi’ne de 2013 yılında yeni bir frekans tarağı kurulması ve bu sayede dünyaya benzer olası gezegenlerin gözlemlenmesi hedefleniyor.”
Theodor Hänsch’e sorarsanız, bizi şaşırtacak gelişmelerin gerçekleşeceği tek yer uzay değil. Fizik alanındaki tüm görüşlerin değişmesinin de önü açılabilir. “Günümüzde fizikçilerin 19. yüzyıl sonunda bulunduklarına benzer bir dönemden geçiyor olabiliriz. O zamanlar da pek çokları asli olan her şeyin keşfedildiğini düşünüyor ve mesela dönemin mekanik ve elektro dinamik bilgilerine güven duyuyordu. Fakat devrim niteliğindeki değişimlerin ilk alametleri o zamandan görülmeye başlamıştı. Sonrasındaysa Einstein’ın uzay ve zamana ilişkin kavrayışımızı temelden dönüştüren görelilik kuramı ortaya çıktı. Ve kuantum fiziği oyunun kurallarını tamamen değiştirecekti. Bugün de dünya görüşümüzün köklü şekilde değişmesi olasılığını destekleyen alametler var. Karanlık enerji ya da karanlık madde gibi fenomenler kafamızdaki mevcut resme pek de oturmuyor. Teorisyenler külte çekimi ve kuantum fiziğini nasıl birleştirebilecekleri üzerine kara kara düşünüyorlar. Bense bir deney adamı olarak bu uyuşmazlıkları her geçen gün daha kesin ölçüm yöntemleriyle gözlemlemeye çalışıyorum. Bu ölçüm yöntemleri günümüzde bilinen fizik sabitelerinin o kadar da sabit olmadıklarını belgeleyebilir.”
Erwin Neher
Tebeşirle kara tahtaya çizilen birkaç çizgi Erwin Neher’in konuklarına insan vücudundaki hücrelerin sırlarını anlatması için yetiyor da artıyor. Basit ama dahiyane – Neher ve Bert Sakmann tarafından geliştirilen ve hücredeki iyon kanallarının işlevini aydınlatarak 1991 yılında bu iki araştırmacının fizyoloji ya da tıp alanında verilen Nobel ödülünü almalarını sağlayan patch clamp tekniği, gelecekte de bu sıfatlarla anılmaya devam edecek.
“Göttingen’de bulunan Max Planck Biyofiziksel Kimya Ensitüsü’ndeki departmanım şu anda sinapslar üzerinden sinir hücrelerimize etki eden nörotransmitterler üzerinde çalışıyor. Bu çalışmalarda işitme kanallarındaki sinapslardan biri üzerinde yoğunlaşıyoruz. Akustik sinyallerin işlenmesine ilişkin önemli bilgilerin anahtarı burada saklı. İşitme sürecini hala yeterince iyi anlayabilmiş değiliz. İncelemelerimiz yönsel işitme becerisi gibi fenomenlerin aydınlatılmasında yardımcı olabilir. Şu anda sinir sistemi için son derece tipik bir sinaps üzerinde çalıştığımız için esas itibariyle öğrenme ve hatırlama gibi çok önemli süreçlere ilişkin de daha iyi bir kavrayışa ulaşmayı umuyoruz. Bunların yanısıra tedavisi mümkün olmayan hastalıkların pek çoğu, sinir sisteminde ortaya çıkan dejeneratif hastalıklar, alzheimer örneğinde olduğu gibi. Bu hastalıkların tedavisi, biz sinir sistemini anlayamadığımız için mümkün olamıyor. Dolayısıyla çalışmalarımız bu alanda da yeni ufuklar açacak katkılar sağlayabilir.”
Neher ve Sakmann, patch clamp tekniği sayesinde çok küçük bir ion kanalını izole etmeyi ve böylece hücresel iletişimi çözümlemeyi başaran ilk bilimciler oldular. Neher daha derin bir anlayışa yönelik arayışların pek çok fırsata gebe olduklarına inanıyor. “Örneğin Göttingen’deki meslektaşlarımdan Stefan Hell’in optik mikroskobun daha da geliştirerek nanometre düzeyine kadar nüfuz edebildiği çalışmaları son derece büyük bir potansiyele sahip. Biz patch clamp tekniğiyle 30 yıl önce hücreler arasındaki en ince sinyalleri dahi ölçebilecek temelin oluşmasını sağlamıştık. Fakat burada hala geleceğe dönük büyük bir potansiyel saklı. Mesela Münih’teki Nanion adlı şirket çok kısa zamanda sayısız etken maddenin test edilebilmesini sağlayan çip bazlı otomatik bir patch clamp yöntemi geliştirdi. Bu yöntem yeni ilaçların gelişimini ciddi şekilde hızlandıracak.”
Erwin Neher’e göre yapay olarak mutasyona uğratılan iyon kanallarının araştırılması da geleceğe yönelik bir diğer gelişme potansiyeline kaynaklık edecek nitelikte. “Pek çok kalıtımsal hastalığın sebebi mutasyona uğramış iyon kanallarında yatıyor. Bu mutasyonları model hayvanlar üzerinde “yeniden yaratabilir”, değişen işlevlerini inceleyebilir ve bu sayede kalıtımsal hastalıkların oluşumuna ilişkin önemli çıkarımlarda bulunabilir, tedaviye yönelik yeni yaklaşımların önünü açabiliriz. Nitekim bu yöntemle halihazırda çocukluğun erken yaşlarında ortaya çıkan diyabete karşı bir tedavi geliştirilebildi. Benzer şekilde farklı hastalıkların da kontrol altına alınmasını da sağlayabiliriz.///
Röportajlar: Johannes Göbel
