Parakatenula-Riegeria Ortakyaşamına Genel Bir Bakış

Haziran 2011'de PNAS dergisinde yayımlanan, başyazarlığını Harald Gruber-Vodicka'nın yaptığı makalede, bir hayvan ile bir bakteri arasında, çok eskiye dayanan antik bir ortakyaşamın (simbiyoz) keşfedildiği duyuruldu. Avusturya'daki Viyana Üniversitesi Deniz Biyolojisi Bölümü'nden Jörg Ott liderliğindeki bilim ekibi, birkaç milimetre uzunluğunda, ağızsız ve midesiz bir yassı-solucan cinsi olan Parakatenula (Lat. Paracatenula) ile Riegeria adlı sülfür-oksitleyen bakteriler arasındaki ortakyaşamın ayrıntılarınını açığa çıkarmıştı.

Parakatenula'nın 1970'lerin başındaki keşfinin ardından, bu hayvanların ağızları ve mideleri olmadan nasıl besin elde ettikleri sorusu gündeme gelmiş, sonraki yıllarda okyanusların derinliklerindeki sıcak bacalarda keşfedilen dev boyutlu ağızsız tüp-solucanlar sayesinde yanıt bulunmuştu: Tüp-solucanlar, indirgenmiş sülfür bileşiklerini oksitleyen hücre-içi bakterilerle ortakyaşam hâlindeydi; Parakatenula da aynı şekildeydi. Bakterilerin gerçekleştirdiği kimyasal süreçte elde edilen enerji, bitkilerin güneş ışığını kullanarak yaptığına benzer biçimde, inorganik karbonu biyo-kütleye dönüştürmek için ortakyaşarlar tarafından kullanılıyordu. Bakterilerin yüksek verimliliği sayesinde, solucanlar gereksinim duydukları tüm besini onlardan elde edebiliyordu. O yüzden de, hayvan olmalarına rağmen, tıpkı bitkiler gibi ağıza ve mideye ihtiyaçları yoktu!

Yapılan çalışmalarda, farklı filogenetik şubelerden çok sayıda hayvanın, benzer ortakyaşam ilişkileri içinde olduğu anlaşılmıştı. Ancak konak hayvanların büyük çeşitliliğine karşın, mikrobiyal ortakyaşarlar sadece iki sınıfın üyeleriyle sınırlıydı: Gama ve Epsilon Proteo-bakteriler. Ott ve çalışma arkadaşlarının en şaşırtıcı bulgularından biri ise Parakatenula'nın Riegeria adlı ortakyaşarının yine sülfür-oksitleyen bir bakteri olmakla birlikte, Alfa Proteo-bakteriler sınıfından olmasıydı. Bu sınıfa mensup olan başka önemli hücre-içi ortakyaşarlar da vardı; mitokondri ile baklagillerin azot-sabitleyici kök nodülü bakterilerinin yanı sıra, tifüse neden olan tehlikeli patojenler gibi. Anlaşıldığı kadarıyla, simbiyotik ve patojenik ilişkilerdeki mekanizmalar benzer ve hatta aynı olabilmekteydi. Parakatenula ile ortakyaşarının, Alfa Proteo-bakterilerin birbirlerinden bağımsız olarak çeşitli kereler hücre-içi bir yaşam tarzı kurmasını sağlayan mekanizmaların anlaşılmasına katkı yapabilecek olması, bilimcileri sevindirdi.

Mutualist, kommensal, patojen ya da parazit gibi etiketler, sabit kimlik kartları değildir. Bu terimler daha çok aç, uyanık ya da canlı olmak gibi varoluş durumlarına veya işbirliği yapmak, kavga etmek gibi davranışlara benzer. İsimlerden çok, sıfat ve fiildirler; iki ortağın belirli bir zaman ve mekanda birbiriyle nasıl ilişkilendiğini tarif ederler. (…) Yerleşimin önemli olduğunu unutmayın: Mikroplar, bulundukları yere göre faydalı müttefik ile ölümcül tehdit olmak arasında gidip gelebilirler. O yüzden birçok hayvan, mikrop bahçelerinin etrafını duvarla çevirmek için gerçek bariyerler kurar. (…) Böcek türlerinin yaklaşık beşte biri, simbiyontlarını bakteriyosit denen özel hücrelerin içine almıştır.

Bakteriyositler, farklı soylarda defalarca evrimleşmiştir. Bazı böcekler onları diğer hücrelerinin arasına yerleştirir; bazılarıysa bağırsaklardan üzüm salkımına benzer kümeler şeklinde dallanan, bakteriyom dediğimiz organlar halinde bir araya toplar. Kökenleri ne olursa olsun hepsinin işlevi aynıdır: Bakteriyel simbiyontları barındırmak ve kontrol etmek; diğer dokulara yayılmalarını önlemek ve onları bağışıklık sisteminden saklamak.
(…)
Kanser, bir hücrenin vücudun kurallarına karşı geldiği bir hücresel isyan hastalığıdır. Hücre kontrolsüzce büyüyüp bölünerek, konakçının hayatını tehlikeye atan tümörler oluşturur. İnsan hücreleri aslında aynı hayvanın parçasıyken bunu yapabiliyorsa, konakçısı olan karıncadan hâlâ ayrı bir organizma olan Blochmannia gibi bir bakterinin de aynısını yapabileceğini düşünmek hiç de zor değil. O da kontrolsüzce çoğalan, karıncanın kendisi için ihtiyaç duyduğu enerjiyi emen ve uzak durması gereken hücreleri istila eden simbiyotik bir kansere dönüşebilir.

Böcekler, bakteriyositlerle bunun önüne geçebilir. Besin maddelerinin bakteriyositlere girişini kontrol ederek, bakterileri kira şartlarını ihlal eden ve zaruri faydaları sağlamayan hilebaz simbiyontlara dönüşmekten alıkoyarlar. (…) Önlemek, bizim gibi omurgalı hayvanlar için daha zordur. Herhangi bir böceğe göre çok daha büyük bir mikrop konsorsiyumunu kontrol etmek, üstelik bunu bakteriyositler olmaksızın yapmak zorundayız. (…) Birçok bilimci, patojenleri savuşturmanın sadece bir ikramiye olduğunu düşünüyor. Bağışıklık sisteminin asıl işlevi, yerleşik mikroplarımızla olan ilişkimizi idare etmektir. Savunma ve yok etmeden çok, denge ve iyi yönetimle ilgilidir.

- Ed Yong (Mikrobiyota)

Aynı çalışmada ayrıca Parakatenula-Riegeria ortakyaşamında, içinde bakterilerin yaşadığı özelleşmiş hücreler olan Bakteriyositlerin, toplam dokunun neredeyse %50'sini meydana getirdiği fark edildi. Bu oran, hayvanlar ile bakteriler arasında bilinen tüm diğer ortakyaşamlarda görülenden daha yüksekti. Ortakyaşarların genetik dizilimlerine dayanarak, bilimciler ortakyaşamın ne kadar zamandır süregeldiği konusunda da bir tahminde bulundu ve yaklaşık 500 milyon yıllık olduğunu düşündükleri bu ortakyaşamın, hayvan-bakteri ortakyaşamının en eski örneklerinden biri olabileceği belirtildi. Konaklar ile bakterilerin filogenileri karşılaştırılarak, solucanların, herhangi bir ortakyaşar değişimi olmadan, son 500 milyon yıldır ortakyaşarlarını her nesilde yavrularına aktardığı anlaşıldı.

Besin Sağlayacak Bakteri Yoksa Yenilenme de Yok

Yine Viyana Üniversitesi bilimcileri tarafından Parakatenula-Riegeria ortakyaşamı hakkında yapılan ve başyazarlığını Ulrich Dirks'in yaptığı, Ağustos 2012'de Cell & Tissue Research dergisinde yayımlanan bir makalede ayrıntıları paylaşılan çalışmada, Parakatenula'nın totipotent kök hücre temelli yenilenme (rejenerasyon) becerisini, iç-ortakyaşarları (endosimbiyontları) olan Riegeria bakterileri olmadığı takdirde yitirdiği açıklandı.

Parakatenula’nın beyninin ardındaki hemen her şey ya mikrop ya da mikropların yaşam alanıdır. Yassı-solucanın büyük bölümünü dolduran trofozom adlı yapı bakterilerle doludur. Gruber-Vodicka, bakterileri hayvanın hem motoru hem de aküsü olarak tarif ediyor: Solucana enerji sağlıyor ve o enerjiyi yağ ve kükürtlü bileşikler hâlinde depoluyorlar. Böylece hayvanın tüm besin gereksinimini karşılıyorlar. Dolayısıyla, hayvanın rejenerasyon becerisi de onlar olmadan işe yaramıyor; çünkü yenilenme de tüm yaşamsal süreçler gibi enerji gerektirir.

Parakatenula bir rejenerasyon (yenilenme) ustasıdır. Solucanı ikiye keserseniz her iki uçtan da tam işlevsel iki hayvan gelişir. Arka uçta baş ve beyin bile gelişir. “Onları ince ince doğrarsanız her birinden on hayvan elde edebilirsiniz,” diyor Gruber-Vodicka. Ama bir Parakatenula parçasının yenilenmesi trofozoma, içindeki bakterilere ve depoladıkları enerjiye bağlıdır. Yassı-solucanın bir parçası yeterli miktarda bakteri içerdiği sürece, hayvanın bütününü oluşturabilir. Bakteriler çok azsa, o parça ölür. Gerçekten de bu yassı-solucanın rejenere olamayan tek parçası, bakteri taşımayan (dolayısıyla aç/enerjisiz kalacak olan) baş bölgesidir: Kuyruktan beyin gelişir ama beyin tek başına kuyruk oluşturamaz.

Kaynak ve İleri Okuma

Shallow Water Symbiosis Group https://www.univie.ac.at/shallow-water-symbiosis/m_para.html#
Proliferation pattern during rostrum regeneration of the symbiotic flatworm Paracatenula galateia: a pulse-chase-pulse analysis. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22729484
Ancient symbiosis between animals and bacteria discovered https://www.eurekalert.org/pub_releases/2011-06/uov-asb062711.php
Paracatenula, an ancient symbiosis between thiotrophic Alphaproteobacteria and catenulid flatworms. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21709249
Mikrobiyota - Ed Yong, ISBN: 978-605-198-038-6
Mikrobiyota - Ed Yong (ISBN: 9786051980386)

Etiket

bakteriler (bakteriyoloji) uzuv yenilenmesi (rejenerasyon/ yenilenme) ortakyaşam (simbiyoz) mikrobiyoloji deniz canlıları solucanlar grubu

Projelerimizde bize destek olmak ister misiniz?

Dilediğiniz miktarda aylık veya tek seferlik bağış yapabilirsiniz.

Destek Ol