Cell-free synthetic biology enabled RHA toehold switch system for influenza viruses
İnfluenza virüslerine yönelik hücresiz sentetik biyoloji destekli RHA toehold switch tanı sistemi
- Tez No: 979109
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ URARTU ÖZGÜR ŞAFAK ŞEKER
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Mikrobiyoloji, Biyomühendislik, Microbiology, Bioengineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Influenza A H1N1, hızlı bulaşma kabiliyeti ve mevsimsel salgınlar ile pandemilere yol açabilme potansiyeli nedeniyle küresel düzeyde önemli bir halk sağlığı tehdidi olmaya devam etmektedir. Bu virüsle etkin şekilde mücadele edebilmek için, hızlı, doğru ve düşük maliyetli tanı yöntemlerinin geliştirilmesi büyük önem taşımaktadır. Bu çalışmada, Influenza A H1N1 virüsüne özgü RNA dizilerini seçici olarak tanıyabilen programlanabilir RNA tabanlı düzenleyici elemanlar olan toehold switch'lere dayalı sentetik biyoloji temelli bir tanı stratejisi sunulmuştur. Bu sistem, hedef viral RNA bulunmadığında translasyonel olarak baskılanan, ancak özgül diziyi tanıdığında protein ekspresyonunu aktive eden tasarımlara dayanmaktadır. İlk switch tasarımları, yapısal kararlılık ve fonksiyonel bölgelerin erişilebilirliğini değerlendirmek amacıyla NUPACK ve RNAfold gibi termodinamik modelleme araçları kullanılarak oluşturulmuş ve analiz edilmiştir. Özellikle ribozom bağlanma bölgesi (RBS) ve başlangıç kodonunun çevresindeki yapısal engellerin düşük performansla ilişkili olduğu belirlenmiş ve entropi profilleri ile serbest enerji dağılımları temel alınarak rasyonel dizayn iyileştirmeleri yapılmıştır. Optimize edilen switch dizileri T7 promotörü altında ekspresyon sağlayan plazmitlere klonlanarak, in vitro transkripsiyon-translasyon reaksiyonları ile test edilmiştir. Elde edilen GFP tabanlı floresan ölçümleri, hedef RNA'nın varlığı ve yokluğu koşullarındaki gen ekspresyon düzeylerinin nicel karşılaştırılmasına olanak sağlamıştır. Elde edilen deneysel veriler, optimize edilmiş switch tasarımlarının daha yüksek sinyal-gürültü oranları, daha düşük bazal ekspresyon ve tekrarlanabilir katlanma değerleri sağladığını ortaya koymuştur. Genel olarak bu çalışma, rasyonel olarak tasarlanmış RNA tabanlı switch'lerin Influenza A H1N1 için modüler, programlanabilir ve düşük maliyetli bir tanı platformu olarak kullanılabileceğini göstermektedir. Ayrıca burada ortaya konan tasarım yaklaşımı, diğer viral patojenlerin tanısı için benzer RNA algılayıcı sistemlerin geliştirilmesinde de genel geçer bir çerçeve sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
Influenza A H1N1 continues to pose a major public health threat due to its rapid transmission and capacity to cause seasonal epidemics and pandemic outbreaks. Rapid, accurate, and cost-effective diagnostic approaches are essential for timely intervention and control of viral spread. In this study, we present a synthetic biology-based diagnostic strategy that employs programmable RNA-based regulatory elements, known as toehold switches, to selectively detect Influenza A H1N1 viral RNA sequences. These switches were designed to remain translationally inactive in the absence of the viral RNA and to activate protein expression upon specific sequence recognition. The initial switch designs were computationally generated and analyzed using thermodynamic modeling tools such as NUPACK and RNAfold, allowing for assessment of structural stability and identification of high-entropy regions that could affect translation. Particular attention was given to the accessibility of the ribosome binding site and start codon regions, as local structural hindrances in these areas were found to correlate with poor performance. Based on the entropy profiles and free energy distributions, selected constructs were subjected to rational sequence redesign to enhance conformational accessibility and minimize undesired leakiness. These optimized switches were then cloned into T7 promoter-driven plasmids and tested through in vitro transcription–translation reactions. The resulting GFP-based fluorescence measurements allowed us to quantitatively compare expression levels in the presence and absence of the target RNA. Experimental data showed that optimized switch designs provided significantly higher signal-to-noise ratios, reduced background expression, and more consistent fold-change values across replicates compared to their unoptimized counterparts. Overall, this study demonstrates the potential of rationally engineered RNA-based switches as a modular, programmable, and low-cost diagnostic platform for Influenza A H1N1. Moreover, the design framework established here can be generalized to support the development of similar RNA-sensing tools for other viral pathogens.
Benzer Tezler
- Total internal reflection holographic microscopy for cell extension imaging
Holografik tam iç yansıma mikroskobuyla hücre uzantılarının görüntülenmesi
TOLGA GÜRCAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET BURÇİN ÜNLÜ
YRD. DOÇ. DR. MUHAMMED FATİH TOY
- Wireless in-body sensing and actuation through genetically modified bacteria
Genetiği değiştirilmiş bakterilerle kablosuz beden içi algılama ve uyarım
AHMET BİLİR
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SEMA DUMANLI OKTAR
- İndometasin konjuge biyouyumlu triblok glikopolimerin sentezi ve u87-mg hücre hattında antikanser etkisinin araştırılması
Synthesis of indomethacin conjugated bioadaptable triblock glycopolymer and investigation of its anticancer effect on u87-mg cell line
BUSE KIZILTAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2026
Biyoteknolojiİstanbul ÜniversitesiMoleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MURAT PEKMEZ
DR. ÖĞR. ÜYESİ PINAR SİNEM OMURTAG ÖZGEN
- Mitoksantron taşıma amaçlı BSA-kaplı, folik asit ile hedeflendirilmiş manyetik karbon nanotüplerin geliştirilmesi
Development of BSA-coated, targeted with folic acid magnetic carbon nanotubes for mitoxantrone delivery
BUĞÇE AYDIN
Doktora
Türkçe
2025
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FATMA SENİHA GÜNER
- “Serbest ve tutuklanmış pseudomonas sp. hücrelerinden biyusürfektan üretimi”
“Production of biosurfactant by the resting and free cells of pseudomonas sp.”
DİLEK KATAYIFÇI
Yüksek Lisans
Türkçe
2001
BiyolojiMustafa Kemal ÜniversitesiBiyoloji Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. UĞUR SIDAL