İTÜ Öğretim Üyesi Mert Gür’ün Projesine Koronavirüsle Mücadele Kapsamında Uluslararası Destek

İTÜ Makina Fakültesi, Makina Mühendisliği Bölümü Öğretim Üyesi Dr. Mert Gür’ün yürütücülüğünü üstlendiği iki uluslararası projeye ABD ve Avrupa Birliği’nden destek geldi. Dr. Gür’ün yürüttüğü “Moleküler Dinamik Simülasyonları Kullanarak SARS-CoV-2 Spike Glikoproteininin Hücreye Bağlanma ve Füzyon Mekanizmasının Araştırılması” başlıklı projenin Yeni Koronavirüs ile mücadele kapsamında uluslararası düzeyde yapılan ilaç araştırmalarına katkı sağlaması bekleniyor.

Haber Yayın Tarihi: 8 Nisan 2020

2016 yılında Türkiye Bilimler Akademisi (TÜBA) tarafından GEBİP- Üstün Başarılı Genç Bilim İnsanı Ödülü’ne layık görülen İTÜ Makina Mühendisliği Bölümü öğretim üyesi Dr. Mert Gür uluslararası camiadan gelen desteklerle ilgili olarak, “Bu proje öncesinde, sadece İTÜ Ulusal Yüksek Başarımlı Hesap Merkezi’nin (UHeM) öz kaynaklarını kullanarak gerçekleştirdiğimiz çalışmamızla, Koronavirüsün insan hücrelerine bağlanmasını sağlayan proteinin henüz tüm detaylarıyla bilinmeyen aktifleşme mekanizmasını dünyada ilk defa Moleküler Dinamik Simülasyonları ile modelleyip aydınlattık. Şu an makale yazım aşamasını yarıladık.” dedi.

İki farklı projeye hem ABD’den hem AB’den destek

Yeni Koronavirüs ile mücadele kapsamında ABD Beyaz Saray Bilim ve Teknoloji Politikası Ofisi, ABD Enerji Bakanlığı ve IBM ortaklığı ile açılan proje çağrısına UC Berkeley ile gönderdikleri modelleme proje başvurularının 2 gün gibi kısa bir süre sonra desteklenmeye karar verildiğini belirten Dr. Gür, “Buna ek olarak, nanoteknolojinin geleceği açısından son derece kritik yere sahip olan dinein motor proteini konusunda UC Berkeley ve MRC Laboratory of Molecular Biology ile iş birliği yaparak başvurduğumuz dev ölçekli proje de Avrupa Birliği (AB) tarafından desteklenmeye hak kazandı. Yürütücü olarak görev aldığım iki projede de toplamda 73.400.000,00 çekirdek saatlik bilgisayar kullanım kaynağı tarafımıza sağlanıyor. Söz konusu destekler, bizlere İTÜ-UHeM’in senelik toplam hesaplama kapasitesinin yaklaşık iki katına denk gelen dev bir kaynak sağlamakta.” diye konuştu.

Dr. Mert Gür, her iki projeyle ilgili İTÜ Haber’in sorularını yanıtladı.

Projelerin tam isimlerini öğrenebilir miyiz?

Moleküler Dinamik Simülasyonları Kullanarak SARS-CoV-2 Spike Glikoproteininin Hücreye Bağlanma ve Füzyon Mekanizmasının Araştırılması (Exploring Binding and Fusion Mechanism of SARS-CoV-2 Spike Glycoprotein Using Molecular Dynamics Simulations).

Diğeri ise “Sitoplazmik Dinein Motor Proteinin Mekanokimyasal Çevriminin Mekanizmasının Modellenmesi” (Modelling the Mechanochemical Cycle of Cytoplasmic Dynein Machinery).

Bu projeye neden gerek duyuldu?

Dünyada Yeni Koronavirüs vakaları ve ölümler katlanarak artıyor. Dünyanın her yerinde araştırma çalışmaları gerçekleştirilmesine rağmen Yeni Koronavirüse karşı etkili herhangi bir ilaç henüz geliştirilmedi. Dolayısıyla, acil şekilde yeni ve özgün etki mekanizmalarına sahip ilaçların geliştirilmesine ihtiyaç var. Bu ihtiyacı karşılamak adına, Koronavirüsün insan hücrelerine bağlanmasını sağlayan proteinin henüz tüm detayları ile bilinmeyen işlev mekanizmasının aydınlatılması gerekiyor. Böylelikle protein işlevini durdurup hastalığa engel olabilecek özgün ve yeni ilaç tasarımları mümkün olacak.

Diğer projemize ise, Sitoplazmik Dinein motor proteinin nanoteknolojinin geleceğinde son derece önemli bir yere sahip olmasından ve ayrıca işlevinde yaşanan aksaklıkların birçok hastalık ile ilişkilendirilmiş olmasından dolayı gerek duyduk. Proteinler doğada bulunan nanomakinalardır. 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, çeşitli enerji türlerini işe dönüştürerek, termodinamik çevrimler ile çalıştırırlar. Dinein motor proteinleri hücre içerisinde mikrotübüller üzerinde hareket ederek kargo taşıyan muhteşem nanomakinalardır. Mikrotübülleri hücre içerisindeki yollar ve sokaklar gibi düşünebilirsiniz. Dinein nanomakinasını enerji kaynağı, başka bir deyişle makinayı çalıştırmak için gerekli yakıt, ATP molekülüdür. Araba motorlarında fosil yakıt yakılarak ortaya ısı çıkarılıp sonrasında mekanik işe dönüştürülüyorsa, dinein nanomakinalarında da ATP hidrolizi gerçekleştirilerek, serbest enerji açığa çıkarılır ve bu enerji nanomakinanın hareketini sağlayan mekanik işe dönüştürülür. Dineinleri diğer motor proteinlerinden ayıran özellik, yapısal olarak ayrı bir motor bölgesi ve ayrı bir yürüme aksamı/mekanizması olmasıdır. Dolayısıyla, dinein nanomakinasının motor bölgesi alınıp insan tarafından tasarlanmış bir nanomakinaya takılması teorik olarak mümkündür. Buna ek olarak, dünyanın tartışmasız en prestijli dergisi olan Nature dergisinde yayınlanan makalemizde de gösterdiğimiz üzere, protein mühendisliği uygulayarak dinein nanomakinasının çalışma mekanizmasını bir amaca yönelik olarak değiştirmek mümkün.

Projeyle ne amaçladınız?

Koronavirüs yüzeyinde bulunan spike proteini önce insan hücrelerindeki ACE2 reseptörüne bağlanarak mekanik hareketlerle virüs ve hücre zarlarını birleştiriyor ve sonrasında genetik materyalinin insan hücresine girmesi sağlanıyor. Böylelikle insan hücresi virüs ile enfekte oluyor. Projenin amacı, bu mekanizmayı herhangi bir aşamada engelleyebilecek stratejileri ortaya çıkartmaktı. Bu çerçevede, spike proteininin reseptöre bağlanması, yapısal değişime uğraması ve hücre zarı ile etkileşmesi fizyolojik şartlar altında gerçek zamanlı olarak Moleküler Dinamik Simülasyonları ile modellenecek.

Diğer projedeki hedefimiz ise, dinein nanomakinasının çalışma mekanizmasının moleküler seviyede yapı, hareket ve enerji yönleri ile aydınlatılmasıydı. Böylelikle nanomakinanın mekanik hareketini sağlayan motorun ve nanomakinanın mikrotübül üzerinde yürümesini sağlayan aksamın çalışma prensipleri konularında henüz literatürde bilinmeyen özgün bilgiler elde edilecek. Böylelikle, nanoteknoloji alanına doğrudan uygulanabilecek mekanik parçalar ve prensipler konusunda son derece önemli bilgilerin ortaya çıkması amaçlanıyor.

Proje ne kadar sürecek? Hangi verileri kullandınız?

Koronavirüs konusundaki projemizin, konunun yüksek aciliyeti ve önemi sebebiyle 3 ay içerisinde gerçekleştirilmesi hedefleniyor. Dinein nanomakinaları konusundaki projemiz ise bir sene içerisinde gerçekleştirilecek. Her iki proje kapsamında dünyanın en ileri teknolojisine sahip süper bilgisayarlarında yüzlerce bilgisayar işlemcisi kullanılarak proje konusu proteinlerin mekanizmaları ile ilgili eşsiz büyüklük ve kapsamda modelleme bilgisi üretilecek.

Projenin toplumsal faydasına dair ve bununla birlikte özellikle bilim dünyasını cesaretlendirmesi açısından neler söylemek istersiniz?

21. yüzyılda karşılaştığımız salgın hastalıkların sayısı artıyor ve bilim dünyası önümüzdeki yıllarda bu trendin devamını öngörüyor. Bizim bu çalışmamız, geleneksel kabul görmüş ilaç hedeflerine alternatif ilaç hedeflerinin hızlı ve etkin şekilde keşfi yönünde büyük bir adım olacak. Bu çerçevede, proje dünyanın Koronavirüs ile mücadelesine son derece önemli bir katkı sunacak.

Son yıllarda nanoteknolojinin uygulama alanları olağanüstü bir hızla arttı ve günlük hayatımızda bile yadsınamaz bir yer edindi. Nanoteknoloji konusunda bilgi ve birikim arttıkça, sıfırdan nanomakina geliştirmek yerine halihazırda doğada var olan son derece efektif ve yüksek verimlilikle çalışan biyolojik nanomakinaların çalışma mekanizmalarının uygulanmasının daha etkin bir yöntem olduğu görülüyor. Dinein proteinleri nanoteknoloji uygulamalarına en uygun nanomakinalar arasında olması sebebiyle nanoteknolojinin geleceğine çok büyük katkı yapacak.

Dr. Öğr. Üyesi Mert Gür kimdir?

2006 yılında ODTÜ Mühendislik Fakültesi Makine Mühendisliği Bölümü’nden mezun olan Dr. Gür, 2010 senesinde Koç Üniversitesi Hesaplamalı Bilim ve Mühendislik doktora programında doktora çalışmalarını tamamladı. Mezuniyetini takiben Amerika Birleşik Devletleri’nde Pittsburgh Üniversitesi (University of Pittsburgh) Tıp Fakültesi’ndeki Hesaplamalı Biyoloji ve Sistem Biyolojisi Bölümü’nde Doktor Araştırma Görevlisi olarak çalışmaya başladı. 2012 senesinde ek olarak aynı üniversitenin Makine Mühendisliği ve Malzeme Bilimi Bölümü’nde Öğretim Görevlisi olarak dersler veren Dr. Gür, 2014 senesinde UC Berkeley’deki Lawrence Berkeley National Laboratory’de (ABD) Yapay Fotosentez Merkezi’nde (Joint Center for Artificial Photosynthesis) Doktor Araştırma Görevlisi olarak çalışmalara katıldı. 2015 senesinde İTÜ Makine Fakültesi’ne Yardımcı Doçent olarak atandı. 2016 yılında Pittsburgh Üniversitesi Tıp Fakültesi’ndeki Hesaplamalı Biyoloji ve Sistem Biyolojisi Bölümü’nde, 2017 yılında ise UC Berkeley'de Kimya Fakültesi’nde Misafir Bilim İnsanı olarak akademik çalışmalar gerçekleştirdi. 2018 senesinde İTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü Müdür Yardımcılığı, 2020 senesinde ise Makine Fakültesi Dekan Yardımcılığı görevlerine başlayan Dr. Gür, her iki görevi de sürdürmektedir. 2019 senesinden bu yana İTÜ Ulusal Yüksek Başarımlı Hesaplama Merkezi’nin (UHeM) Danışma Konseyi Üyesi ve Merkez Müdürü İş Geliştirme Danışmanı olarak da görev almaktadır. Mert Gür’ün Nature, Nature Communications, Journal of Chemical Physics, Journal of Physical Chemistry, EBioMedicine ve Biophysical Journal gibi prestijli uluslararası SCI indeksli dergilerde 21 yayını, ulusal dergide 1 yayını, 2 tam metinli konferans bildirisi ve 1 kitap bölümü mevcuttur. Yurt dışında katılmış olduğu proje sayısı 6 olup, İTÜ’de bulunduğu sürede UC Berkeley, University of Pittsburgh ve UC Davis ile iş birliği içerisinde gerçekleşen TÜBİTAK ve TÜBA destekli üç uluslararası projeyi başarıyla tamamlamıştır. Şu an TÜBİTAK destekli 1001 ve 1003 projelerinin, ve Avrupa ve ABD destekli iki uluslararası projenin yürütücülüğünü yapmaktadır. Mert Gür, 2016 yıllında Türkiye Bilimler Akademisi (TÜBA) tarafından verilen Üstün Başarılı Genç Bilim İnsanı Ödülü’nü (GEBİP) kazanmıştır.