Deney tüpünde ortak yaşam

“Bir zamanlar, çok çok uzun zaman önce, gezegenimizde sadece bakteriler yaşarmış... Çok yiyen bakteriler o koca cüsseleriyle yavaş yavaş hantallaşmaya başlarken çevik olanlar ve suda hızlı hareket edenler (daha doğrusu kıpır kıpır olanlar) aç kalmış... Günlerden bir gün kocaman, şişman bir bakteri tutmuş sıska, kıvrım kıvrım bir bakteriyi yemiş. Sıska bakteri besili değilmiş ama hızlı ve mükemmel bir yüzücüymüş…

İşte o gün, farklı ve gerçekten olağanüstü bir şey olmuş. Şişman bakteri, atletik bakteriyi sindirmemiş. Onun yerine kaynaşmışlar. Koca Bakteri tek bir söz bile söylemeden… ortakyaşam teklifinde bulunmuş... Koca Bakteri, ‘Neden senin gibi hareket edip benim gibi yemiyoruz?’ demiş. Ve o günden sonra Hızlı Bakteri açlık çekmek zorunda kalmamış, daha büyük yarı geçirgen yapıların yarı saydam cömertliği onu gözetmiş. Ve o günden sonra, Koca Bakteri kendi kendine yetiyor olsa da artık onu yürüten bir aracı varmış... Masallar masalında her şey bir gecede olmuş ve herkes sonsuza kadar üreyerek yaşamaya devam etmiş. Aslına bakarsanız bu ortak yaşam kısmı kolay olmadı. Önerilen ortak yaşamdan (kıvrım kıvrım hareket eden spiroketlerin arkelerle birleşmesi) çekirdeği olan ve terliksi hayvana ya da amipe benzeyen hücrenin evrimleşmesi tam 1,5 milyar yıl aldı.” 

Jorge Wagensberg’in aktarımıyla, Lynn Margulis’in ortaya koyduğu ortak yaşam masalından bir kesitti bu sözler[1]. Endosimbiyotik teoriyi tarihin tozlu raflarından çıkararak gündeme getiren, dünya çapında kabulü için yıllarca uğraşan ve kanıtlarını ortaya koyan Lynn Margulis bu kısa masalda iki mikroorganizmanın ortak yaşam sürecine nasıl dahil olduğunu masalsı bir dille, süreçleri oldukça sadeleştirerek anlatmış. Bugün, ökaryotik hücrelerin, yani hücre çekirdekleri bir zarla kaplı hücrelerin, içinde yer alan mitokondri, kloroplast gibi organellerin kökenine ışık tutan teoridir endosimbiyotik teori. Bu organellerin milyonlarca yıl önceki atalarının aslında birer bakteri olduğunu ortaya koyar. Bu organellerin kendi genomlarının (DNA’larının) olması bu teoriyi desteklemektedir. Mitokondriler hücrenin enerji (ATP) üreten birimleridir. Margulis’in masalındaki Hızlı Bakteri, mitokondrinin atası olan bakteridir.

Scripps Araştırma Enstitüsü’nden Michael Schultz ve ekibi, yukarıda anlatılan ortak yaşam birliğinin nasıl oluştuğunu açığa çıkarmak üzere laboratuvarda çok yakından tanıdığımız iki mikroorganizmayı kullandı[2].  Araştırma, geçtiğimiz hafta, 29 Ekim’de, PNAS dergisinde yayınlandı. Bu iki organizmadan ilki bira/hamur mayası olarak bilinen Saccharomyces cerevisiae iken, ikincisi Escherichia coli bakterisi idi. Her iki organizma da tek başına yaşar. Schultz ve ekibi, iki organizmanın çeşitli genlerini silerek, tabir-i caizse, bunları ortak yaşama zorladı. Araştırmacılar, E. coli’nin tiamin vitamini genini silerek bakterinin çok önemli bir vitamin olan tiamin için mayaya bağımlı olmasını hedeflediler. Bakterinin NAD geni de silinerek başka bir mutant form elde edildi. Yine bakteriye ADP/ATP translokaz adı verilen bir taşıyıcı proteinin geni eklenerek, bakterinin ATP formunda ürettiği enerji moleküllerini hücre dışına (yani mayaya) aktarabilmesi hedeflendi. Bunun yanında, maya hücrelerinin kendi mitokondrilerini de çeşitli genlerle oynayarak ATP formunda ürettikleri enerji moleküllerini mayaya veremez hale getirdiler. Böylece kendi enerji moleküllerini kendi mitokondrilerinden alamayan maya hücreleri, uzun vadede yaşmını sürdürebilmek için kendisine enerji sağlayabilecek bakteri hücrelerine bağımlı kalabilecekti. Yine bakteri hücrelerinin yüzeyindeki bazı proteinler, maya bakteriyi içerisine aldığında bakteriyi sindiremesin diye değişikliğe uğratıldı. Sonuç mu? Bu iki mutant tür, maya ve bakteri, aynı ortamda birleştiler ve bakteri hücresi mayanın içinde 40 nesilden fazla sorunsuzca üreyebildi. Bakteri hücrelerinin maya ile ortak yaşama uyum sağlamak üzere farklı ve yeni mutasyonlar biriktirdiği de deney sonundaki analizlerde ortaya çıkarıldı. Araştırmacılar bu deneyin bir başlangıç olduğunu ve sonraki aşamalarda E. coli genomunu yalnızca 37 gen taşıyan mitokondriyal genom seviyesine indirerek, bakteriyi mitokondriye çevirmeye çalışacaklarını belirttiler. Deney tüpündeki ortak yaşam deneyi bize endosimbiyotik teorinin gücünü bir kez daha gösterdi.

[1] İsyankar Bir Bilimcinin Yaşamı ve Mirası: Lynn Margulis, Hazırlayan: Dorion Sagan, Ağustos 2018, Ginko Bilim.

[2] Angad P. Mehta, Lubica Supekova, Jian-Hua Chen, Kersi Pestonjamasp, Paul Webster, Yeonjin Ko, Scott C. Henderson, Gerry McDermott, Frantisek Supek, Peter G. Schultz. Engineering yeast endosymbionts as a step toward the evolution of mitochondria. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2018; 201813143 DOI: 10.1073/pnas.1813143115