Adana Adıyaman Afyon Ağrı Aksaray Amasya Ankara Antalya Ardahan Artvin Aydın Balıkesir Bartın Batman Bayburt Bilecik Bingöl Bitlis Bolu Burdur Bursa Çanakkale Çankırı Çorum Denizli Diyarbakır Düzce Edirne Elazığ Erzincan Erzurum Eskişehir Gaziantep Giresun Gümüşhane Hakkari Hatay Iğdır Isparta İstanbul İzmir K.Maraş Karabük Karaman Kars Kastamonu Kayseri Kırıkkale Kırklareli Kırşehir Kilis Kocaeli Konya Kütahya Malatya Manisa Mardin Mersin Muğla Muş Nevşehir Niğde Ordu Osmaniye Rize Sakarya Samsun Siirt Sinop Sivas Şanlıurfa Şırnak Tekirdağ Tokat Trabzon Tunceli Uşak Van Yalova Yozgat Zonguldak
İstanbul 11 °C
Yağışlı

Eşi görülmemiş yeni bir simbiyoz olan benzersiz bir bakteri keşfedildi

03.03.2021
94
A+
A-
Eşi görülmemiş yeni bir simbiyoz olan benzersiz bir bakteri keşfedildi

Bremen’den araştırmacılar, Köln’deki Max Planck Genom Merkezi’nden meslektaşları ve İsviçre’den su araştırma enstitüsü Eawag ile birlikte, tek hücreli bir ökaryot içinde yaşayan ve ona enerji sağlayan benzersiz bir bakteri keşfettiler.

Mitokondrinin tersine, bu sözde endosymbiyon, enerjiyi oksijenden değil nitratın solunumundan alır. Nature dergisinin kıdemli yazarı Jana Milucka, “Böyle bir ortaklık tamamen yeni” diyor. “Solunum ve enerji transferine dayanan bir simbiyoz, bugüne kadar eşi benzeri görülmemiş bir şey.”

Enerji sağlayan bakteriyel endosmbiont, tek hücreli ökaryotik konağın nitratı solumasını sağlayarak, tek hücreli ökaryotların mitokondriyal organellerinin işlevlerini tamamlamak veya değiştirmek için endosimmbiyonlar edinebileceğini gösterir.

Genel olarak, ökaryotlar arasında ortak yaşamlar oldukça yaygındır. Ökaryotik konakçılar genellikle bakteriler gibi diğer organizmalarla birlikte bulunur. Bakterilerin bir kısmı konakçı hücrelerin veya dokuların içinde yaşar ve savunma veya beslenme gibi belirli hizmetleri yerine getirir. Karşılığında konukçu ortak yaşam için barınak ve uygun yaşam koşulları sağlar. Bir endosimbiyoz, bakterinin konakçı dışında kendi başına hayatta kalma yeteneğini kaybetmesine neden olacak kadar ileri gidebilir.

Bu aynı zamanda Bremen bilim adamları tarafından İsviçre’deki Zug Gölü‘nde keşfedilen simbiyoz için de geçerliydi. Çalışmanın ilk yazarı Jon Graf, “Bulgumuz, protistler gibi basit tek hücreli ökaryotların, mitokondrilerinin işlevlerini tamamlamak ve hatta onların yerini almak için enerji sağlayan endosimmbiyonlara ev sahipliği yapma olasılığını açıyor” diyor. “Bu protist, nitrat solunumu yapabilen bir endosymbiont ile ekip kurarak oksijensiz hayatta kalmayı başardı.” Endosymbiont‘un adı ‘Candidatus Azoamicus ciliaticola’ bunu yansıtır; bir siliatın içinde yaşayan bir “azot arkadaşı” dedi.

Şekil, bir taramalı elektron mikroskobu görüntüsü (SEM, gri) ve floresans görüntülerinin bir birleşimidir. ‘Candidatus Azoamicus ciliaticola’ endosymbiont (FISH, sarı ile görselleştirilmiştir) ve gıda vakuollerinde bakteriyel av ve ayrıca büyük hücre çekirdeği (DAPI ile boyanmış, mavi) görünür. Zayıf floresan siliatın dış yapısı ve kirpikler de görülebilir. Kaynak: Max Planck Deniz Mikrobiyolojisi Enstitüsü, S. Ahmerkamp

Samimi bir ortaklık daha da yakınlaşıyor

Şimdiye kadar, oksijensiz ortamlardaki ökaryotların fermantasyon yoluyla hayatta kaldığı varsayıldı, çünkü mitokondri enerji üretmek için oksijene ihtiyaç duyuyor. Fermantasyon süreci iyi belgelenmiştir ve birçok anaerobik siliatta gözlemlenmiştir. Bununla birlikte, mikroorganizmalar fermantasyondan çok fazla enerji çekemezler ve tipik olarak aerobik benzerleri kadar hızlı büyüyüp bölünmezler.

“Kirpiklerimiz buna bir çözüm buldu” diyor Graf. “Nitratı soluyabilen bir bakteriyi yutmuş ve hücresine entegre etmiştir. Asimilasyonun en az 200 ila 300 milyon yıl önce gerçekleştiğini tahmin ediyoruz. O zamandan beri evrim, bu yakın ortaklığı daha da derinleştirdi.”

Zaman kaydırmalı evrim

Mitokondrinin evrimi de benzer şekilde ilerledi. Jana Milucka, “Tüm mitokondrilerin ortak bir kökeni vardır” diye açıklıyor. Bir milyar yıldan fazla bir süre önce, atalardan kalma bir arkeonun bir bakteriyi yuttuğunda, bu ikisinin çok önemli bir simbiyoz başlattığına inanılıyor: bu olay, ökaryotik hücrenin kökenini işaret ediyordu. Zamanla bakteri hücreye gittikçe daha fazla entegre oldu ve genomunu aşamalı olarak küçülttü.

Artık ihtiyaç duyulmayan mülkler kaybedildi ve yalnızca ana makineye fayda sağlayanlar tutuldu. Sonunda, bugün bildiğimiz şekliyle mitokondri gelişti. Bir hücre zarının yanı sıra kendi küçük genomlarına da sahipler ve ökaryotlarda sözde organeller olarak varlar. Örneğin insan vücudunda, hemen hemen her hücrede bulunurlar ve onlara – ve dolayısıyla bize – enerji sağlarlar.

Milucka, “Endosymbiont‘umuz, mitokondri ile ortak bir evrimsel köken paylaşmasa da, birçok mitokondriyal işlevi yerine getirme yeteneğine sahiptir” diyor. “Ortaklığın mitokondriyle aynı yolu izleyebileceğini ve sonunda bir organel haline gelebileceğini düşünmek cazip geliyor.”

Bir tesadüfi karşılaşma

Bu ortakyaşamın bu kadar uzun süredir bilinmeyen kalması aslında şaşırtıcı. Mitokondri oksijenle çok iyi çalışır – neden nitratın bir eşdeğeri olmasın?

Olası yanıtlardan biri, hiç kimsenin bu olasılığın farkında olmaması ve dolayısıyla kimsenin onu aramamasıdır. Çoğu simbiyotik mikroorganizma laboratuvarda yetiştirilemediği için endosimbiyozları incelemek zordur. Bununla birlikte, metagenomik analizlerdeki son gelişmeler, konakçılar ve simbiyontlar arasındaki karmaşık etkileşime dair daha iyi bir fikir edinmemizi sağladı. Bir metagenomu analiz ederken, bilim adamları bir örnekteki tüm genlere bakarlar. Bir örnekteki genler mevcut organizmalara otomatik olarak atanamayacağından, bu yaklaşım genellikle çevresel örnekler için kullanılır. Bu, bilim adamlarının genellikle araştırma sorularıyla ilgili belirli gen dizilerini aradıkları anlamına gelir. Metagenomlar genellikle milyonlarca farklı gen dizisi içerir ve bunların yalnızca küçük bir kısmının ayrıntılı olarak analiz edilmesi oldukça normaldir.

Şekil, bir taramalı elektron mikroskobu görüntüsü (SEM, gri) ve floresans görüntülerinin bir birleşimidir. ‘Candidatus Azoamicus ciliaticola’ endosymbiont (FISH, sarı ile görselleştirilmiştir) ve gıda vakuollerinde bakteriyel av ve ayrıca büyük hücre çekirdeği (DAPI ile boyanmış, mavi) görünür. Zayıf floresan siliatın dış yapısı ve kirpikler de görülebilir. Kaynak: Max Planck Deniz Mikrobiyolojisi Enstitüsü, S. Ahmerkamp

Başlangıçta Bremen bilim adamları da başka bir şey arıyorlardı. Max-Planck-Deniz Mikrobiyolojisi Enstitüsü’ndeki Sera Gazları Araştırma Grubu, metan metabolizmasında rol oynayan mikroorganizmaları araştırıyor. Bunun için Zug Gölü’nün derin su katmanlarını inceliyorlar. Göl oldukça katmanlıdır, bu da dikey su değişimi olmadığı anlamına gelir. Zug Gölü’nün derin su katmanları bu nedenle yüzey suyu ile temas etmez ve büyük ölçüde izole edilmiştir. Bu nedenle oksijen içermezler ancak nitrat gibi metan ve nitrojen bileşikleri bakımından zengindirler.

Graf, nitrojen dönüşümü için genlere sahip metan çiğneyen bakteriler ararken, nitrat solunumu için tam metabolik yolu kodlayan inanılmaz derecede küçük bir gen dizisiyle karşılaştı. “Bu bulgu karşısında hepimiz şaşkına döndük ve karşılaştırmaya başladım.Bir veritabanında benzer gen dizilerine sahip DNA, ”diyor Graf. Ancak tek benzer DNA, yaprak bitlerinde ve diğer böceklerde yaşayan ortakyaşamlara aitti. Bu mantıklı gelmedi. Böcekler bu derin sulara nasıl girer? Ve neden? ” diyor, Graf. Araştırma grubunun bilim adamları tahminlere oyun oynamaya ve bahis yapmaya başladı.

Karanlık gölde yalnız değil

Sonunda, bir düşünce galip geldi: Genom, henüz bilinmeyen bir endosymbiont’a ait olmalıdır. Bu teoriyi doğrulamak için, araştırma ekibinin üyeleri İsviçre’deki Zug Gölü‘ne birkaç sefer düzenledi. Yerel işbirliği ortağı Eawag’ın yardımıyla, özellikle bu benzersiz endosymbiont’u içeren organizmayı aramak için örnekler topladılar. Laboratuvarda, bilim adamları bir pipetle su örneklerinden çeşitli ökaryotları çıkardılar. Sonunda, bir gen markörü kullanarak, endosimbiyonu görselleştirmek ve protist konağı tanımlamak mümkün oldu.

Bir yıl önceki son gezinin nihai kesinliği getirmesi gerekiyordu. Kışın ortasında zor bir girişimdi. Koronavirüs ile ilgili ilk haberlerden kaynaklanan fırtınalı hava, yoğun sis ve zaman baskısı ve olası bir kilitlenme, büyük göldeki aramayı daha da zorlaştırdı. Bununla birlikte, bilim adamları derin sudan birkaç örnek almayı ve bunları Bremen’e getirmeyi başardılar. Bu örnekler onlara teorilerinin nihai onayını getirdi. Jana Milucka, “Orada birlikte olduklarını bilmek güzel” diyor. Normalde bu siliatlar bakteri yer. Ama bu, kişinin hayatta kalmasına izin verdi ve onunla ortaklık kurdu.”

Birçok yeni soru

Bu bulgu birçok heyecan verici yeni soruyu tetikliyor. Çok daha uzun süredir var olan ve endosymbiont’un bir organel sınırını çoktan aştığı benzer ortakyaşamlar var mı?

Nitrat solunumu için böyle bir simbiyoz varsa, diğer bileşikler için de var mı? 200 ila 300 milyon yıldır var olan bu ortakyaşam, Alpler‘de yalnızca 10.000 yıl önce oluşan buzul sonrası bir gölde nasıl sonuçlandı?

Dahası: “Artık ne aradığımızı bildiğimize göre, tüm dünyada endosymbiont gen dizilerini bulduk” diyor Milucka. Fransa’da, Tayvan’da veya kısmen Zug Gölü’nden çok daha eski olan Doğu Afrika göllerinde. Bu ortakyaşamın kökeni bunlardan birinde mi yatıyor?

Yoksa okyanusta mı başladı? Bunlar, araştırma grubunun daha sonra araştırmak istediği sorulardır.

Referans: 3 Mart 2021, Nature. DOI: 10.1038 / s41586-021-03297-6

ZİYARETÇİ YORUMLARI - 0 YORUM

Henüz yorum yapılmamış.