Canlı ve cansız madde arasındaki köprü

Fajlar olarak da bilinen bakteriyofajlar, bakteri ve arkeaları enfekte ederek onların içinde çoğalan virüslerdir. Küçük genomlara sahip oldukları bilinen fajlar, çoğalmak için bir konak canlıya ihtiyaç duyarlar. Nature dergisinde yayımlanan son araştırmaya göre, bilim insanları bugüne kadar bilinenin aksine devasa genoma sahip ve canlı cansız arasındaki farkı silikleştiren 351 yeni bakteriyofaj keşfetti.

Nature dergisinde yayımlanan son araştırmaya göre, bilim insanları bugüne kadar bilinenin aksine devasa genoma sahip ve canlı cansız arasındaki farkı silikleştiren 351 yeni bakteriyofaj keşfetti. Kaliforniya Üniversitesi Berkeley Profesörü Jill Banfield ve ABD, Danimarka, Japonya, Kanada, Çin, Güney Afrika, Fransa, İngiltere ve Avustralya'dan bilim insanlarının birlikte ortaya koydukları çalışmada, prematüre bebeklerin ve hamile kadınların bağırsaklarından, Tibet kaplıcalarına kadar 30 farklı ortamdan üretilen bir DNA veritabanını tarayarak dev genoma sahip büyük bakteriyofajlar buldular.

Canlılık nasıl tanımlanır?

Bakteriyofajlar ya da kısaca fajlar, özellikle bakterileri enfekte eden virüslerdir. Küçük de olsa bir genoma (DNA'ya) sahip olan fajlar, çoğalmak için bir konak canlıya ihtiyaç duyarlar. Fajlar ve diğer virüsler, canlı organizmalar olarak kabul edilmezler çünkü başka bir organizmanın yardımı olmadan biyolojik süreçleri gerçekleştiremezler.

Ribozomlar, tüm canlı organizmalarda bulunur ve protein sentezinden sorumludur. Bakteri, arkea ve ökaryotların ribozomları dikkat çekici derecede birbirine benzer. Bu durum, onların ortak bir kökenden geldiklerinin kanıtıdır.

Berkeley'deki Kaliforniya Üniversitesi Yenileşimci Genomik Enstitüsünde araştırmacı olan Dr. Rohan Sachdeva, canlıyı cansızdan ayıran şeyi ribozomlara sahip olmak olarak tanımlıyor. Yani ribozoma sahip olmanın, bakterileri virüslerden, başka bir ifadeyle canlıyı cansızdan ayıran en önemli tanımlayıcı özelliklerden biri olduğunun altını çiziyor.

Dev DNA'lara sahip virüsler

Araştırmacılar, 200 bin baz çifti, yani 50 bin baz çifti taşıyan ortalama faj genom uzunluğunun dört katından daha uzun genoma sahip 351 bakteriyofaj tanımladılar. Bunlar arasında, bugüne kadarki en büyük bakteriyofaj keşfedildi. Bu bakteriyofaj, 735 bin baz çifti uzunluğunda bir genoma sahip, yani ortalama bir fajdan yaklaşık 15 kat daha büyük. Aynı zamanda bu devasa fajların genomu birçok bakteri genomundan dahi çok büyüktür.

Yeni keşfedilen bakteriyofajlardaki genlerin çoğu, henüz bizim bilmediğimiz proteinlerin sentezlenmesinde görevli olduğu düşünülüyor. Araştırmacılar, devasa bakteriyofajlarda virüslere pek bulunmayan, ancak bakterilere veya arkealara benzer, ribozomların çalışması için gerekli proteinleri kodlayan bir takım genler buldular. Devasa bakteriyofajlar bu genleri, muhtemelen bakterinin genomuna katıldıktan sonra, kendi proteinlerinin daha fazla kopyasını yapmak üzere ribozomları yönlendirmek için kullanıyorlar.

Profesör Jill Banfield, bu yeni keşfedilen devasa fajların, bakteri ve arkea arasındaki boşluğu doldurabileceğini söylüyor. Başka bir deyişle, devasa fajlar, cansız olarak düşünülen virüsler ve canlı organizmalar arasında bir hibrit olarak düşünülebilir. Ayrıca, devasa fajların birçok simbiyotik bakterininkiyle karşılaştırılabilir büyüklükte bir gen havuzuna sahip olması, fajın hayatta kalmak için korunmuş ve başarılı bir var olma stratejisi ile evrildiğini bize gösteriyor.

Fajlarda gen düzenleme aracı CRISPR-Cas9

Yeni keşfedilen dev fajlardan birinin, devrim niteliğindeki gen düzenleme aracı CRISPR-Cas9'un bir parçası olan Cas9 proteinine işlevsel olarak benzeyen bir proteini sentezleme yeteneğine sahip olduğu tespit edildi.

Devasa fajlarda keşfedilen genlerden bazıları, bakterilerin virüslerle baş etmek için kullandığı sistemin bir parçasını üretiyor. Faj virüsleri, bakteriye girdikten sonra kendi DNA'larını bakteriye enjekte ediyorlar ve araştırmacılar, bu sırada fajın kendi CRISPR sistemini bakterinin CRISPR sistemi ile güçlendirdiğini düşünüyorlar. Bu şekildeki kombine bir CRISPR sistemi ile fajlar, bakteriyi enfekte etmeye çalışan diğer fajlarla rekabet etmeden onların ortadan kaldırılmasını sağlayabilir.

Sonuç olarak, keşfedilen devasa genoma sahip bakteriyofajlar da, cansız kabul edilen klasik virüsler gibi bakteriyi enfekte etmeden çoğalamıyor, protein sentezi gibi biyolojik süreçleri yerine getiremiyor. Diğer yandan canlı olan bakterilerde ve arkealarda bulunan birçok gene sahip. Elde edilen bulgular, devasa fajların canlı ile cansız arasındaki farklılığı silikleştiren hibrit platformlar olabileceğini bize gösteriyor.

Kaynaklar:

Bakteriyofaj resmi: https://www.medicalnewstoday.com/articles/327167

B. Al-Shayeb et al. Clades of huge phages from across Earth’s ecosystems. Nature, published online February 12, 2020; doi: 10.1038/s41586-020-2007-4