Bakterilerin de bağışıklık sistemleri var!

Milyonlarca yıldır yeryüzünde birlikte yaşadığımız, hatta bizlerden de önce dünya üzerinde varolmuş bakterilerin de bizler gibi bağışıklık sistemleri var. Elbette bu bağışıklık sistemi bizim gibi memeli canlıların bağışıklık sistemleri kadar karmaşık değil. Bizim bağışıklık sistemimiz iki tipte gelişiyor. Bunlardan biri doğuştan, diğeri ise kazanılmış bağışıklık. Doğuştan bağışıklık doğduğumuzda zaten vücudumuzda bulunan bağışıklık maddelerinin sistemidir. Doğduğumuzda zaten vücudumuzda olan bu bağışıklık maddeleri yani antikorlar, hastalık yapıcı mikroorganizmalarla karşılaştığımızda ilk savunma sistemimizi oluşturur. Bunlar genetik yapımızda kodlanmıştır. Kazanılan bağışıklıkta ise vücudumuz, bir hastalığa sebep olan bir mikroorganizma ile karşılaştığında, bu mikroorganizmaya karşı antikor üretir. Bu antikorlar vücutta bağışıklık sistemimizin hafızasında kalır. Daha sonra, tekrar o hastalıkla karşılaştığımızda bu hastalığa karşı mücadele bağışıklık sisteminin hafızası sayesinde daha kolay olur. Bu süreci hızlandırmak ve kazanılan bağışıklığı arttırmak için çeşitli aşıları kullanıyoruz yüzyıllardır. Aşı hastalığa sebep olan mikroorganizmaların ya zayıflatılmış halinden ya da o mikroorganizmanın çeşitli proteinlerinden oluşur. Bu maddeler vücuda verildiğinde vücutta bir bağışıklık cevabı oluşur ve bu mikroorganizmaya karşı bağışıklık maddeleri üretilerek o hastalığa karşı vücut hazır hale getirilir. Bizim bağışıklık sistemimiz de milyonlarca yıllık insan doğa etkileşiminin, evrimin doğal bir sonucudur.
Bakterilerin de bağışıklık sistemleri olduğundan söz etmiştik. Bizleri hasta eden mikroorganizmalar olduğu gibi bakterilerle de etkileşen çeşitli mikroorganizmalar bulunuyor. Bakteri bağışıklık sistemi de evrimleşerek gelişmiştir. Bu yapıya CRİSPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, Düzenli Aralıklarla Kümelenmiş Kısa Palindromik Tekrarlar) adı veriliyor. Palindromik DNA dizileri için kullanılan bir tabirdir. DNA iki karşılıklı iplikten oluşur. Birinci iplikteki bazlar ile ikinci iplikteki bazlar bağ yaparak bir ip merdiven oluşturur. Bu bazlardan Adenin (A) Timin(T) ile Guanin (G) de Sitozin (C) ile bağ yapar. Yani birinci iplikte GAATTC var ise bunun karşısındaki iplikte CTTAAG dizi bulunur. Hem tersten okunduğunda hem de düzden okunduğunda birbirlerinin ayna görüntüleri olan DNA dizilerine palindrom adı verilir. Örneğin GAATTC bir palindromdur. İkinci iplikteki CTTAAG’yi tersten okuduğunuzda ilk iplikteki GAATTC’yi elde edersiniz. CRİSPR, bakterinin DNA dizisinde bulunan bir yapıdır. Bu yapı virüslerden(Bakteri virüsleri ya da bakteriyofaj deniliyor bunlara) alınan çeşitli DNA parçalarını içermektedir ve bakterinin kazanılmış bağışıklık sistemini oluşturmaktadır. Bu diziler bakterilerin diğer bakterilerin bakteriyi işgal için kullandıkları DNA parçaları olan plazmidlere ve virüs işgaline karşı savunma hattıdır. Bu diziler sayesinde virüslerin ve saldırgan bakterilerin nükleik asitleri (DNA ya da RNA’ları) diziye özel bir biçimde yok edilir. CRİSPR bölgesi zamana bağlı bir şekilde işgalci elemanları içine alarak bakterinin kazanılmış bağışıklık hafızasını oluşturur. Bu CRİSPR bölgesi bakteriden bakteriye oldukça fazla değişiklik gösterir. Çünkü bu bölge her bir bakterinin karşılaştığı diğer bakteri ya da virüsten kalıntı taşır. Bu da çevresel etmenlere göre değişmektedir. Elbette virüsler de hızla mutasyon geçirip evrimleşerek bakterinin kazanılmış bağışıklığının üstesinden gelmeye çalışmaktadır. Doğada dinamik bir yapı mevcuttur. Bu dinamik yapı içinde canlıların ve çevrenin etkileşimi esastır. Canlılar ve çevre birbirini etkiler.
Rice Üniversitesinden araştırmacılar, Physical Review Letters adlı dergide geçtiğimiz haftalarda bir araştırma yayınladılar1. Bu çalışma ile doğal seçilim süreci ve evrimin bakterinin kazanılmış bağışıklığını nasıl etkilediğini araştırdılar. CRISPR bölgesi yukarıda anlattığımız DNA dizilerine ek olarak bir de bu DNA dizilerinin arasında bulunan “ayırıcı” bölgelere de sahiptir. Bilimsel araştırma bugüne kadar daha çok bu ayırıcı bölgelere değil de DNA dizilerine eğilmişti. Ancak sonradan hastalığı tanımada mikroorganizmaların bu ayırıcı dizileri kullandıkları anlaşıldı. Bakterilerin çeşitli virüslerin saldırısına uğradığından bahsetmiştik. Bakterinin CRİSPR bölgesinde saldırgan virüsü tanımasını sağlayacak dizi “doğuştan” bulunabilir ya da bakteri bu diziyi sonradan yeni virüs saldırıları ile kazanmış olabilir. Bu şekilde CRİSPR bölgesinde 30 ila 50 farklı dizi bulunabilir. Virüsler kendi DNA-RNA dizilerini bizim DNA’mıza ve bakteri DNA’sına yapıştırabilir. Canlılığın milyonlarca yıllık evriminde virüslerin bu mekanizmayla önemli roller oynadığı bilinmektedir. Eğer bir virüs bakteriye saldırırsa ve bakteri bu virüse karşı CRİSPR bölgesinde bir diziye sahipse bu diziyi virüste bulur ve virüsün genetik maddesini sessizleştirecek bir RNA parçasını virüsteki o bölgeye yapıştırarak virüsü etkisiz hale getirir. Bu diziler CRİSPR bölgesine bakterinin virüsle karşılaşma sırası ile eklenmektedir. En yeni dizi birinci bölgede bulunmaktadır. En son bölgede bulunan dizi ise tüm bakterilerin CRİSPR bölgesinde evrimsel olarak en fazla bulunandır.2 Çünkü daha eski bir tarihte karşılaşılmış bir virüse aittir. Rice Üniversitesinden Prof. Michael Deem ve onun Doktora Öğrencisi Jiankui He matematiksel bir model kurarak, güçlü bilgisayar programları ile virüslerle bakterinin karşılaşmasının ve doğal seçilimin bakteri genomunu zamanla nasıl etkilediğini araştırdılar. Buna göre Deem ve He şunu buldular. CRİSPR içinden en son pozisyonda bulunan dizi evrimsel olarak en fazla korunmuş olandır. Bu dizilerin her biri daha baskın olmaya ve popülasyon içinde yayılmaya çalışmaktadır ve seçilim baskıları her taraftan bu genişlemeye ters yönde etki etmektedir. CRİSPR’da birinci bölgede bulunan dizi çeşidi daha fazladır. İkinci bölgede bulunan dizi birinciye göre daha eskidir. Dolayısıyla burada bulunan dizi çeşidi daha azdır. Çünkü bu bölgeye daha uzun süredir seçilim baskısı uygulanmaktadır. En son pozisyondaki dizide ise bu baskı en uzun süredir uygulanmaktadır ve bu bölgedeki dizi hemen hemen tüm bakterilerde en fazla ortak olan dizidir. Bu dizi evrimsel olarak da en eski olduğu için tüm bakterilere en fazla bağışıklığı bu dizinin sağladığı düşünülmektedir. CRİSPR bölgelerinin incelenmesi ve bakteri bağışıklık sisteminin anlaşılması, bizlere hastalık yapıcı bakterilere ve virüslere karşı savaşımızda güç katmaktadır. Toplumsal hafızamızın az olduğu, belleksizleştirildiğimiz söylenir hep. Oysa toplumsal belleklerimiz de tıpkı bakterinin CRİSPR bölgesi gibi karşılaştığı deneyimleri biriktirmekte, hafızasının bir köşesine kazımakta ve güç biriktirmektedir.

1 Jiankui He, Michael W. Deem, Phys. Rev. Lett. 105, 128102 (2010)
2 Philippe Horvath , Rodolphe Barrangou, CRISPR/Cas,
the Immune System of Bacteria and Archaea Science 8 January 2010: Vol. 327. no. 5962, pp. 167 – 170.
Günseli Bayram