“İTÜ’deki son senemde (2014-15) MIT’den tasarım teknolojisi alanında yükseklisansa burslu kabul aldım ve İTÜ mezuniyetini takiben ABD’ye taşındığım ilk ayda tesadüf eseri sentetik biyolojiyle tanıştım. Nitekim özellikle MIT’in de bulunduğu Boston kenti biyoteknolojinin başkenti. Sentetik biyolojinin ilgimi çekmesinin sebebi, biyolojik strüktürlerin, kitaplardan ezberlediğimiz pasif olgular değil, hücrelerinde yer alan dinamik bir ‘morfogenetik’ kod üzerinden gerçek zamanlı olarak yönetilmekte olan canlı mimariler olduğunu fark etmem oldu. Dolayısıyla eğer bu morfogenetik kodu değiştirebilirsek, yaşayan dokuların da şekillerini geliştirebileceğimizi, onları yeni mimarilere eriştirebileceğimizi düşündüm.”
Doğanın yaşayan strüktürlerini inşa ediş tekniği, biz insanların binlerce yıldır ilkel çadırlardan yüksek gökdelenlere kadar her şeyi inşa etmek için kullandığımız geleneksel mimari yöntemlerle keskin bir tezat oluşturuyor. İnsanlar araçlara, hammaddelere, açıklayıcı planlara, ağır makinelere ve deneyimli yapı ustalarına dayanarak maddeyi ‘dışarıdan içe’ şekillendirmek için formu maddeye uygularken, doğa, morfogenetik gücünü kullanarak formu madde üzerinden, ‘içeriden dışarıya’ doğru üretir. Dolayısıyla biyolojik strüktürlerin kendi kendilerini inşa kapasiteleri, bugünün inşaat tekniklerinin en gelişmiş versiyonları için dahi ulaşılmaz bir noktadadır. Ancak bu durumun değişmek üzere olduğuna inanıyorum, çünkü şu an tarihte eşi benzeri görülmemiş bir noktadayız: Doğadaki biyolojik yapıların kendi kendilerini inşa etmelerini sağlayan ve yöneten morfogenetik kodu anlamaya ve manipüle etmeye başlıyoruz.
Bu, sadece bu canlı mimarilerin doğada nasıl ortaya çıktığını anlamakla kalmayıp, onları doğrudan çekirdekten tasarlayabileceğimiz anlamına gelir. Sentetik morfogenez ile doğayı programlanabilir bir tasarım unsuru haline getirmemiz, kendi kendini inşa eden mimariler yaratmamıza olanak tanıyabilir. Bu sentetik yaşayan yapılar, kendilerini inşa etmekle kalmayıp, yapıtaşlarını çoğaltabilir, hasar karşısında formlarını geri kazanabilir, atmosferdeki aşırı karbonu bağlayabilir, hayranlık uyandıran çeşitli doğal malzemeleri üretebilir ve hatta çevrelerini anlayıp tepki bile verebilirler. Gelecekte ahşap binalar üretmek için ağaçları kesip odunu işlemek yerine, istediğimiz mimarinin morfogenetik kodunu fidana işleyip, kendi kendini inşa eden ahşap yapılar üretebileceğimize inancım tam!
Lise yıllarımdan belki de en unutamadığım anım lise ikinci sınıftayken veli toplantısından eve dönen babamın ağzından çıkan ilk kelimeler olmuştur: “Gizem, okul müdireniz Nevin Hanım ‘Gizem bu gidişle üniversite sınavında bırakın İstanbul’u, Anadolu’daki en ücra üniversiteye girecek puanı bile yapamayacak’ diyor. Notların yerlerde. Problem ne?”
“Biyolojik strüktürlerin kendi kendilerini inşa kapasiteleri, bugünün inşaat tekniklerinin
en gelişmiş versiyonları için dahi ulaşılmaz bir noktadadır. Ancak bu durumun değişmek üzere olduğuna inanıyorum, çünkü şu an tarihte eşi benzeri görülmemiş bir noktadayız: Doğadaki biyolojik yapıların kendi kendilerini inşa etmelerini sağlayan ve yöneten morfogenetik kodu anlamaya ve manipüle etmeye başlıyoruz.”
Neden bilmem, bu anı aklımdan geçiyordu o veli toplantısından yedi yıl sonra, ABD’deki Massachusetts Teknoloji Enstitüsü’nün meşhur kolonadlı girişini ilk dersime girmek için tırmanırken. Uzun zamandır düşünmemiştim lise günlerini. İlginç bir şekilde tam da o an, 15 yaşındayken nasıl cevaplayacağımı bilemediğim o “Problem ne” sorusuna çok net bir yanıt belirdi kafamda: O vakitler kendimi içinde hapis hissettiğim bu ezberle, sınava gir, not al, ortalama yükselt sisteminden çok bıkmıştım. Bu yüzden üniversite sınavına çalışmak için de hiç motivasyonum yoktu. Nitekim, gidenlerden gördüğüm kadarıyla üniversitelerin, özellikle fen ve mühendislik eğitimleri, lisenin devamı gibiydi: Ezberle, sınava gir, not al, ortalama yükselt. Bu sebeple lisede dersleri boşlayıp kendimi tamamen müziğe vermiştim, dolayısıyla evet, notlarım yerlerdeydi. Doğrusunu söylemek gerekirse bunu değiştirmeye pek de niyetim yoktu. Peki son 7 yılda ne değişmişti? “Bırakın İstanbul’u, Anadolu’da ücra bir üniversiteye bile giremez” denirken lisans için İstanbul’un, yükseklisans için de dünyanın bir numaralı teknik üniversitelerine girebilmiştim. Cevap İTÜ-özellikle Mimarlık Fakültesi’nin o vakitler Türkiye’de nadir bulunan, tamamen kalıpları yeniden düşünmeye teşvik edici, öğrencilerin özgüven ve yaratıcılığını ortaya çıkarmaya odaklı ortamı ve bu ortamı kuran cesur hocaları. Bugün bana sentetik biyolojiye olan tutkum sebebiyle “Lisans eğitimini tıp alanında almadığına pişman mısın” şeklinde gelen sorulara cevabım hep aynı: Kesinlikle hayır. Bugün sentetik biyolojideki başarımı ve tıp alanına katkılarımı, lisansta İTÜ’de aldığım tasarım eğitimine borçluyum. Ayrıca, tıbbın ötesinde, biyolojideki tasarım potansiyelini mimarlığa bir tasarımcıdan iyi kim getirebilir?
Hem mimarlık hem de İstanbul Teknik Üniversite’siyle tanışmam tam bir tesadüf eseriydi. Lisede müzik, özellikle çello hayatımdı. Okul sonrası üniversite sınavına hazırlanmak yerine Pera Güzel Sanatlar’da tüm vaktimi çello çalışmaya harcıyordum. O vakitler İTÜ Oda Orkestrası’nın Pera Güzel Sanatlar ile bağlantısı vardı; o kanal üzerinden henüz lise öğrencisi olmama rağmen İTÜ Oda Orkestrası’nda İTÜ’lü üniversite öğrencileriyle beraber çalmaya başladım. Bir gün kendi aralarında ‘Taşkışla’ dedikleri, İTÜ Mimarlık Fakültesi’nden olduğunu bildiğim kemancılardan birinin kahve molasında şu sözlerine kulak misafiri oluverdim: “Evet bu ilk senem Taşkışla’da […] yok—‘bina’ kelimesini kullanmak tabiri caizse yasak […] evet evet, mimarlık fakültesi […] e ama biz oraya mimar olarak salt bina inşa etmeyi öğrenmeye değil, tasarımcı olarak daha önce sorulmamış soruları sormaya gidiyoruz. Tasarım probleminin cevabı bir bina da olabilir bambaşka bir şey de.”
Bu konuşmayı dinlerken beynimde bir şimşek çaktı diyebilirim. Demek ki üniversitede ‘F’ şıkkını seçebileceğim, ‘yukarıdakilerden hiçbiri’ diyebileceğim bir yer vardı. O yerin adı da Taşkışla’ydı. O andan itibaren İTÜ Mimarlık Fakültesi’ne girmek ve tasarımcı olmak en büyük hayalim haline geldi. Üniversite sınavına hazırlık serüvenim 180 derece döndü ve Taşkışla’ya girebilmek için tamamen sınava odaklanmaya başladım. Üniversitede Türkiye’de istediğim herhangi bir bölüme girebilecek puanı aldıktan sonra ilk tercihle evet bildiniz, İTÜ’nün (İngilizce) Mimarlık Bölümü’ne yerleştim.
“Taşkışla bana hayallerimin ötesinde azim, entelektüel tatmin, merak (ve sabahlama!) getirdi. İTÜ mimarlığın bu öğrencinin potansiyelini ortaya çıkarma odaklı eğitimi, beni Massachusetts Teknoloji Enstitüsü (MIT) gibi bir kurumu yükseklisansım için hedef koymaya cesaretlendirdi.”
Ailemin “Notların yerlerde” endişelerinin yerini “Çok çalışıyorsun, yavaşla” endişesi aldı. Yavaşlayamazdım çünkü çevrem fikirleri, bakış açısı ve çalışma etiğiyle bana ilham veren akademisyenler, hocalar ve dönem arkadaşlarıyla doluydu. Taşkışla bana hayallerimin ötesinde azim, entelektüel tatmin, merak (ve sabahlama!) getirdi. İTÜ mimarlığın bu öğrencinin potansiyelini ortaya çıkarma odaklı eğitimi, beni Massachusetts Teknoloji Enstitüsü (MIT) gibi bir kurumu yükseklisansım için hedef koymaya cesaretlendirdi.
İTÜ’deki son senemde (2014-15) MIT’den tasarım teknolojisi alanında yükseklisansa burslu kabul aldım ve İTÜ mezuniyetini takiben ABD’ye taşındığım ilk ayda tesadüf eseri sentetik biyolojiyle tanıştım. Nitekim özellikle MIT’in de bulunduğu Boston kenti biyoteknolojinin başkenti. Sentetik biyolojinin ilgimi çekmesinin sebebi, biyolojik strüktürlerin, kitaplardan ezberlediğimiz pasif olgular değil, hücrelerinde yer alan dinamik bir ‘morfogenetik’ kod üzerinden gerçek zamanlı olarak yönetilmekte olan canlı mimariler olduğunu fark etmem oldu. Dolayısıyla eğer bu morfogenetik kodu değiştirebilirsek, yaşayan dokuların da şekillerini geliştirebileceğimizi, onları yeni mimarilere eriştirebileceğimizi düşündüm. Hücrelerin morfogenetik koduyla oynayıp, kendi kendini inşa eden mimariler üretme fikrini hayata geçirmek 8 yılımı aldı. 2015 yılında mimarlık yükseklisans öğrencisi olarak başladığım MIT’de sıfırdan çok ciddi bir şekilde biyoloji öğrenmeye başladım ve bu tutku, sentetik biyoloji alanında mimarlıkla çift zamanlı olarak tamamladığım ikinci bir yükseklisansa evrildi (Gumuskaya, 2018).
Araştırmalarıma hem mimarlık hem biyolojide eşzamanlı yürümek istememin sebebi, geliştirmek istediğim bu yaşayan mimarilerin, iki disipline de ciddi bir hâkimiyet gerektirmesiydi. Nitekim biyoloji eğitiminde tasarım bilgisi, tasarım eğitiminde de biyoloji bilgisi eksik ne yazık ki. Bu amacı desteklemek adına da yükseklisans danışmanlarımı benim bu iki disiplini bir araya getirme vizyonumu destekleyebilecek profesörlerden seçtim: Mimar Prof. George Stiny ve biyolog Prof. Ron Weiss. MIT’de çift masterımı bitirdikten sonra ABD’de tıp alanında önde gelen üniversitelerden olan Tufts Üniversitesi’yle Harvard Üniversitesi’nin Wyss Enstitüsü’nde beraber yürüttüğüm biyoloji alanındaki doktorama Prof. Michael Levin’in laboratuvarında başladım. Doktoramda 5 yıl boyunca evrimin değil tasarımın ürünü olan canlı mimariler geliştirme hedefime tamamen odaklanma fırsatı buldum ve sonunda geçen aylarda Advanced Science isimli bilim dergisinde bu amacın ilk kapsamlı sonucu olan doktora tez ve icadım Anthrobot’ları yayımladım (Gumuskaya vd., 2024). Anthrobotlar dünyada çok geniş yankı uyandırdı. Netexplo’nun ‘Yılın En Önemli 10 İcadı Ödülü’ne layık görüldü. Reuters, CNN, Science, Nature, Scientific American, Daily Mail, Al Jazeera ve daha birçok yayın organında geniş bir şekilde yer aldı. Benim de MIT Technology Review'ın 2024 yılında dünya çapında ‘35 Yaşın Altında 35 Mucit Listesi'ne aday gösterilmeme vesile oldu.
Anthrobotlar, dünyanın ilk kendi kendilerini (tek bir insan hücresinden) inşa edebilen sentetik yaşayan mimarileridir. Tasarlanmış ve programlanabilir bir anatomiye sahip olduklarından dolayı biyolojik robot olarak kabul görmekteler ve Anthrobot ismini de insan kökeninden türemelerine borçlular. Alışageldiğimiz robot kavramının aksine, Anthrobotların içlerinde hiçbir mekanik ve elektronik parça yok, yüzde yüz biyolojik tabanlılar. İnsan vücudunda görülmeyen tasarım ürünü bir mimarileri var ama buna rağmen DNA’ları yüzde yüz insan DNA’sı. Transgen içermemeleri ve tamamen biyolojik olmaları, kişiselleştirilmiş tıp alanında kullanılabilmelerini sağlıyor: İnsan vücuduna bu sentetik robot enjekte edildiği vakit, robot, hastanın kendi DNA’sını taşıdığı için doku reddi olmuyor. Farklı ırk, cinsiyet ve yaştan 20’den fazla hastadan alınan DNA ile Anthrobotları yapmayı denedik ve her seferinde başarılı olduk, her hastanın hücresinden üretilebiliyor. Anatomilerinin tasarlanabilir olmasının önemi de farklı uygulamalar için farklı strüktürlere programlanabilecek olması. Bizim mimaride kullandığımız “Form, fonksiyonu takip eder” aksiyomunun biyolojik tasarımda tam tersine döndüğünü gördüm: Fonksiyon formu takip ediyor. Dolayısıyla farklı fonksiyonlar için farklı form ve özelliklerde biyolojik robotlar geliştirmeyi planlıyorum. Örnek olarak zedelenmiş sinir dokuları ilk yoğunlaştığım uygulama oldu: Doktora araştırmam kapsamında zedelenmiş bir sinir dokusunun, Anthrobotlar tarafından 3 gün içerisinde onarılabileceğini kanıtladım. Bir sonraki aşama olarak daha kompleks doku modellerine geçeceğiz. Sinir dokusu yanı sıra hasarlı deri ve retina dokularına da bakmaya başlayacağız.
Biyoloji ve mimari arasında keşfedilmeyi bekleyen bir sinerji var. Biyolojik tasarımı mimarlık alanına da katkıda bulunabilecek noktaya ilerletmeyi planlıyorum. Hedef; bu morfogenetik kodlama yaklaşımıyla ürettiğim yaşayan mimarileri daha büyük ölçeklere çıkararak çevre dostu, doğaya karbon salmayan ve kendi kendini inşa edebilen yapılar geliştirmek. Aynı zamanda tasarımı biyolojiye getirerek de tıp alanında farklı klinik problemlere, farklı şekillerde katkı sağlayabilecek özelleşmiş biyolojik robotları üretebileceğimize inanıyorum. Örneğin ileride damarlardaki plakları buldozer şeklinde açabilen biyolojik robotlar veya dokudaki tümör oluşumunu erken tespit edip önlem alabilecek biyobotlar geliştirebileceğiz. Bunun ötesinde araştırmalarımı biyobotların uzay alanındaki kullanımlarına da uzatmaktayım. Şu an uzayda inşaat çok zor çünkü Dünya’nın güçlü yerçekimi alanından çıkmak için uzay mekiğinin çok hafif olması gerekiyor, dolayısıyla taş, tuğla vb malzemeleri taşıyacak kapasitesi yok. Ancak morfogenetiği yapı malzemesine dönüşecek şekilde kodlanmış bir tüp hücre ile uzay mekikleri Dünya’dan ayrılıp, uzay yolculuğu sırasında bu hücreler biyolojik tabanlı, kendi kendini inşa eden örneğin tuğlalara dönüşebilirler.
Tasarım ve biyolojiyi bir araya getirmeyi başaran yeni bir disiplinler arası çalışan bilim insanları neslinin yetişmesinin çok önemli olduğunu düşünüyorum. Buna katkıda bulunmak adına da ileride bu olanakları Türkiye’ye getirip, mimarlık fakültelerinde ‘sentetik biyoloji’ kürsüleri ve kapsamlı biyolojik çalışmalar yapılabilecek biyotasarım laboratuvarlarının kurulmasını sağlamak en büyük hayallerimden biri. Şu an lise ve üniversite çağında olan veya yeni mezun olan tüm gençlerimize İTÜ’lü yeni nesle en büyük önerim, onları heyecanlandıran entelektüel tutkularını bulup, bu yolda yılmadan çalışmaları.
Anthrobotlar
“Anthrobotların, hasarlı dokular üzerinde köprü gibi işlev gösterdiğini ve bunun sonucunda iyileştirici etkisinin olduğunu gözlemledim. Bu deneyleri, daha kontrollü bir ortamda üretilmiş ve iyileşme kapasitesinin düşük olduğu bilinen, hasar görmüş insan sinir dokuları üzerinde yeniden denediğimde, Anthrobotların sinir dokusunu üç gün gibi kısa bir sürede iyileştirdiğini gördüm. ”
Her Anthrobot, insandan alınmış tek bir hücre üzerinden iki haftalık bir süre zarfında kendi kendisini inşa eder. Bu süreçte yapılması gereken tek müdahale, Anthrobotları glukoz ağırlıklı bir sıvı ile ‘beslemektir.’ Bu otonom inşa sürecinin sonunda, her Anthrobot ortak bir mimari tema (üzeri sillerle kaplı bir ‘küreoid') üzerinden yapısal varyasyon göstermekle beraber üç farklı ‘morfotip’ kategorisinden birine evrilir. Bir numaralı morfotipe sahip Anthrobotlar, homojen ve yoğun olarak sillerle kaplı vaziyette ve hacimsel olarak daha küçük ve küreseldirler. İki numaralı morfotip, homojen ama seyrek olarak sillerle kaplı daha büyük ama irregüler şekilli Anthrobotlardan oluşurken ve üç numaralı morfotip, orta boyutludur ve vücudunun bir yarısı sillerle kaplıyken öbür yarısı keldir. Bu üç farklı mimari tipoloji, biyolojik robotun ne şekilde hareket edeceğini belirler. Örneğin üç numaralı morfotipe sahip Anthrobotlar daire çizerek ilerlerken iki numaralı morfotipe sahip robotlar, düz bir şekilde ilerlerler. Farklı morfolojiler, farklı davranışsal sınıflar doğurduğundan, Anthrobotların mimarileriyle ile işlevsellikleri arasında sıkı bir bağlantı bulunmaktadır. Anatomik yapıları ve davranışlarına bağlı olarak farklı Anthrobot tipleri olduğunu belirledikten sonra, bir sonraki adım olarak bu bulgunun klinik olarak nasıl uygulanabileceğini görmek istedim. Bu noktada, farklı hareket desenlerine sahip Anthrobotları farelerden ameliyatla doku örneği olarak aldığım çeşitli tünel şeklindeki, aort, soluk borusu, yemek borusu ve boyun toplardamarı dokulara enjekte ettim. Bu deneylerin sonunda farklı mimarilere sahip Anthrobotların dokularla farklı şekillerde etkileşime geçtiğini gördüm. Özellikle uzunluğunun genişliğine oranı yüksek olan Anthrobotların, hasarlı dokular üzerinde köprü gibi işlev gösterdiğini ve bunun sonucunda iyileştirici etkisinin olduğunu gözlemledim. Bu deneyleri, daha kontrollü bir ortamda üretilmiş ve iyileşme kapasitesinin düşük olduğu bilinen, hasar görmüş insan sinir dokuları üzerinde yeniden denediğimde, Anthrobotların sinir dokusunu üç gün gibi kısa bir sürede iyileştirdiğini gördüm.
Dr. Gizem Gümüşkaya
Postdoctoral Fellow Harvard Üniversitesi Wyss Biyoloji Mühendisliği Enstitüsü &
Tufts Üniversitesi Biyoloji Fakültesi
Referanslar
Gumuskaya, G. (2018). Form From Within: Scaling Up Self-Constructing Biological Architectures through a Novel Application of Synthetic Morphogenesis [Dual SM in Architecture and EECS]. Massachusetts Institute of Technology.
Gumuskaya, G., Srivastava, P., Cooper, B. G., Lesser, H., Semegran, B., Garnier, S., & Levin, M. (2024). Motile Living Biobots Self-Construct from Adult Human Somatic Progenitor Seed Cells. Advanced Science, 11(4), 2303575.