Fajlar İşbirliği Yaparak, CRISPR Özellikli Bakterileri de Enfekte Edebiliyor

Bir süre önce yapılan çalışmalarda, CRISPR’lar ile işgalci virüsler yani fajlar arasındaki moleküler savaşa ilişkin yeni bilgiler edinildi.
Görsel Telif: Mulepati, S., Bailey, S.; Astrojan/Wikipedia/ CC BY 3.0 (CRISPR + DNA parçası, E.Coli.)

İnsan gibi büyük boyutlu makro-organizmaların bağışıklık sisteminin işlevine benzer şekilde, bakterilerin de kendilerini yabancı DNA’lardan korumak için kullandıkları bir bakteriyel bağışıklık sistemi var. Bakteriyel bağışıklığın en önemli bileşenlerinden biri ise CRISPR (İng. Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats), yani “Kümelenmiş Düzenli Aralıklı Kısa Palindromik Yinelemeler“.

Son zamanlarda genom düzenleme aracı olarak adı sıkça duyulan CRISPR-Cas9’dan da hatırlayabileceğiniz bakteriyel CRISPR, tıpkı bir genomu düzenlerken yaptığı gibi makas görevi görür. Amacı, bakterinin genomunu enfekte eden yabancı DNA’yı kesip atmaktır. Araştırmacılar, doğada bulunan tüm bakteri türlerinin yaklaşık yarısının böyle bir CRISPR bağışıklık sistemi olduğunu tahmin ediyor.

Bağımsız olarak çalışan Kaliforniya Üniversitesi San Francisco Kampüsü (UCSF) ve İngiltere Exeter Üniversitesi araştırmacıları tarafından bir süre önce yapılan çalışmalarda, CRISPR’lar ile işgalci virüsler yani fajlar arasındaki moleküler savaşa ilişkin yeni bilgiler edinildi. Cell dergisinde eşzamanlı olarak 19 Temmuz 2018 tarihinde yayımlanan iki makalede, CRISPR içeren bakterilere saldırırken, fajların nasıl işbirliği yaptığına ilişkin kanıtlar sunuldu. Bilimciler, fajların CRISPR tarafından yok edilmemek için güçlerini birleştirip, bakteriyi hızla enfekte ettiklerini, hatta bazen bir fajın kendini öncü birlik olarak feda ettiğini ortaya koydu. Hem UCSF hem de Exeter ekibi, CRISPR ve anti-CRISPR proteinler kullanarak, bakteriler ile fajlar arasındaki bağışıklık ilişkisine odaklandı.

Kaliforniya Üniversitesi

UCSF araştırmacıları, CRISPR’a karşı zaman ve sayı yarışını kazanabilmek için fajların işbirliği yaptığını beklenmedik biçimde keşfetti. Etkili bir bağışıklık stratejisi için CRISPR içeren bakterilerin fajlara hızlı bir şekilde yanıt vermesi, faj hücreyi öldürmeden bunu yapabilmesi gerekir. Ekipten Joseph Bondy-Denomy, bunun bir zaman ve sayı yarışı olduğunu, CRISPR proteininin viral DNA’yı (fajdan gelen DNA’yı) çabucak bulması gerektiğini belirtiyor.

Pseudomonas aeruginosa türü bakteri üzerinde çalışan ekip, bu türün enfeksiyondan önce birkaç yüz tane CRISPR molekülünü önceden ifade ettiklerini belirtiyor. Böylece, tek bir faj genomu hücreye girer girmez, hazırda bulunan moleküllerle anında müdahale edebiliyorlar. Başka bazı bakterilerde ise faj tarafından enfekte edildikten sonra CRISPR başlatılıyor.

Her bir CRISPR protein kompleksi, bu bakteri tipinde bilinen yaklaşık 30 rehber-RNA’dan herhangi birini içeriyor. CRISPR sisteminin etkili olabilmesi için kendi rehber-RNA’sına uyan hedefi bulması gerekiyor. Dolayısıyla, hücrenin savaştan zaferle çıkabilmesi için enfekte eden faja uygun rehber-RNA taşıyan CRISPR teçhizatının olması ve böylece faj DNA’sına bağlanıp kesmesi gerekir.

Fajın en kısa sürede anti-CRISPR proteinleri üreterek, kesilmekten kurtulmaya çalıştığını belirtiyor Bondy-Denomy. Kendisi, birkaç yıl önce ilk olarak anti-CRISPR engelleyici proteinleri keşfeden kişi olma ünvanını taşıyor. O ve ekibi, yaptıkları yeni çalışmada, tek bir faj genomunun bu anti-CRISPR proteinlerini yeterince hızlı şekilde üretmesinin olanaksız olduğunu, çünkü inceledikleri türde CRISPR proteinlerinin zaten hazırda bulundurulduğunu keşfetti.

Bondy-Denomy, ilk fajın kamikaze olduğunu anlatıyor. Yok edildiğini ama o arada az da olsa birkaç tane anti-CRISPR bileşeni üreterek, CRISPR’lardan bazılarını etkisiz hâle getirdiğini, böylece ardından gelenlere yardımcı olduğunu belirtiyor. Ekip, ilk faj ölse bile, bir sonraki fajın başarısına katkıda bulunduğu yeni bir model öneriyor. CRISPR ile faj arasındaki savaşı kimin kazanacağı, olaya karışan CRISPR ve anti-CRISPR moleküllerinin sayıları ve hızları arasındaki oranla belirleniyor. Ayrıca ekibin keşfine göre, tüm anti-CRISPR moleküllerinin gücü aynı olmuyor; bu da dengeye bir parametre daha ekliyor.

UCSF araştırmacıları, bu faj işbirliğinin bir tür fedakarlık içerdiğini düşünüyor. Genellikle bir protein kabuğu içindeki durağan nükleik asitlerden ibaret görülen virüs veya fajların, bu olası özelliğine yönelik çalışmalar sürdürülecek.

Exeter Üniversitesi

Exeter mikrobiyologları da Pseudomonas aeruginosa bakterilerini enfekte eden faj parçacıklarının birlikte çalışarak, antiviral CRISPR savunmasını aşabildiklerini keşfetti. Edze Westra ve Stineke Van Houte liderliğindeki ekip, CRISPR donanımına sahip bazı bakterilerin, anti-CRISPR kodlayan fajlara karşı kısmen bağışık olduğunu keşfetti. Fajlardan biri önce konağın CRISPR bağışıklık sistemini bloke ediyor ve ardında CRISPR bağışıklığı bastırılmış bir bakteriyel konak bırakıyor. Ardından ikinci faj, konakta kendini başarıyla kopyalıyor.

Tek bir fajın kendi başına CRISPR ile başa çıkamayacağı bilindiğinden, bunu yapmak için fajların “takım çalışması” yapması gerekiyor. Böylece bir bakteri popülasyonunda enfeksiyon yayabiliyorlar. CRISPR bağışıklığı bastırılmış bakteriyel konak sayısı arttıkça, giderek daha fazla faj enfeksiyonu başarıya ulaşıyor ve enfeksiyonun yayılma hızı artıyor. Bu nedenle, başlangıçta ortamda belli sayıda fajın bulunması gerekiyor ki kamikazelere rağmen nüfus artabilsin.

Kaynak ve İleri Okuma

Etiket
  • Projelerimizde bize destek olmak ister misiniz?
  • Dilediğiniz miktarda aylık veya tek seferlik bağış yapabilirsiniz.
  • Destek Ol
Yorum Yap (0 )

Yorum yapabilmek için giriş yapmalısınız.

Bunlar da ilginizi çekebilir

Bağış Yap, Destek Ol!
Projelerimizde bize destek olmak isterseniz,
Patreon üzerinden
bütçenizi zorlamayacak şekilde aylık veya tek seferlik bağışta bulunabilirsiniz.
E-Bülten Üyeliği
Duyurulardan e-posta ile
haberdar olmak istiyorum.
Reklam Reklam Ver
Arşiv