Bakteriler tüm canlıların %10’undan fazlasını oluşturur ancak yakın zamana kadar, insanlarda olduğu gibi toprak bakterilerinin de faaliyetlerini Dünya’daki 24 saatlik gece ve gündüz döngüleriyle senkronize eden iç saatlere sahip olduğunu çok az anlayabilmiştik.
Yeni araştırma, bu bakteriyel sirkadiyen saatlerin ne kadar karmaşık ve sofistike olduğunu göstererek heyecan verici yeni bir çalışma aşamasının önünü açıyor. Bu çalışma, antibiyotik kullanımının hassas zamanlamasından, daha akıllı bağırsak ve toprak mikrobiyomlarının biyomühendisliğine kadar çeşitli fırsatlar sağlayacaktır. İlgili makale “The circadian clock of the bacterium B. subtilis evokes properties of complex, multicellular circadian systems,” Science Advances‘da yayınlandı.
Münih Ludwig Maximillian Üniversitesi (LMU Münih), John Innes Merkezi, Danimarka Teknik Üniversitesi ve Leiden Üniversitesi’nden uluslararası bir ekip, yaygın toprak bakterisi Bacillus subtilis‘te saat aktivitesinin kanıtı olarak gen ekspresyonunu araştırarak bu keşfi yaptı.
Başyazar Dr. Francesca Sartor (LMU Münih): “Bu mikropta sirkadiyen saat çok yaygın. Çeşitli genleri ve bir dizi farklı davranışı düzenlediğini görüyoruz.”
John Innes Merkezi’nden Profesör Antony Dodd, “Bu kadar küçük bir genoma sahip tek hücreli bir organizmanın, daha karmaşık organizmalardaki saatleri çağrıştıran bazı özelliklere sahip bir sirkadiyen saate sahip olması şaşırtıcı” dedi.
Bu ortak ekibin daha önceki çalışmaları, bu bakterinin laboratuvarda elde edilen bir türünde sirkadiyen saatin varlığını göstermişti. Bu, Bacillus subtilis bakterisinde sirkadiyen saatlerin ilk kez gözlemlenmesiydi. Araştırmacılar, bir gen eksprese edildiğinde ışık üreten lusiferaz adlı bir enzimi yerleştiren bir teknik kullandılar. Bu biyolüminesans, koşullar değiştikçe bakteriyel saatin izlenmesinde ekibe rehberlik etti.
Yayının kıdemli yazarı, LMU Münih’ten Profesör Martha Merrow şunları söyledi: “Bu çalışma, sirkadiyen saatlerin Bacillus subtilis‘te yaygın olarak bulunduğunu gösteriyor. Sağlık sonuçlarını iyileştirmek ve gıda üretimi ya da biyoteknolojinin sürdürülebilirliğini artırmak için saat bilgisinden faydalanabiliriz.”
Bu yeni çalışma birçok nedenden ötürü ileriye doğru atılmış önemli bir adımdır. Bu saatlerin doğal ortamlardan toplanan suşlarda var olduğunu, dolayısıyla bu bakteride yaygın olabileceğini ortaya koyuyor. Ayrıca, B. subtilis hem sabit karanlıkta hem de sabit ışıkta sirkadiyen ritimler göstermeye devam ediyor ve araştırmacılar diğer birçok organizmanın sirkadiyen saatlerinde bulunan nüanslı tepkilerin örneklerini ortaya koyuyor.
Sirkadiyen biyoloji alanında bu tepkiler “artçı etkiler” ve “Aschoff Kuralı” olarak bilinir. Birlikte ele alındığında bu durum, daha karmaşık organizmalarda olduğu gibi bakterilerin de ışık ve sıcaklık koşulları değiştikçe fizyolojilerini ve metabolizmalarını günün farklı zamanlarına göre senkronize edebildiklerini göstermektedir.
Bu keşif biyoteknoloji, insan sağlığı ve bitki bilimi için fırsatlar sunuyor. Bakteriyel sirkadiyen saatlerin özelliklerini anlamak, mikrobiyolojinin endüstriyel uygulamalarında bize yardımcı olabilir; mikrobiyomların nasıl oluştuğuna dair yeni bir anlayışa yol açabilir ve antibiyotiklerin günün belirli saatlerinde patojenik bakterileri bozmak için ne kadar iyi çalıştığını gösterebilir. Bu bilgi bize mahsul korumada da yardımcı olabilir. Bacillus subtilis, çiftçiler tarafından besin alışverişine, bitki gelişimine ve patojen mikroplara karşı savunmaya yardımcı olmak için kullanılan faydalı bir toprak bakterisidir.
Ekip, bakterilerdeki sirkadiyen saatlerin incelenmesi için Bacillus subtilis‘i model organizma olarak geliştiriyor.
Bir sonraki adımlardan biri, saat mekanizmasını oluşturmak için hangi genlerin çalıştığını bulmaktır. Ekip ayrıca B. subtilis sirkadiyen saatinin tam işlevselliği için çok hücreli organizasyona nasıl bağlı olduğunu da merak ediyor.
Sirkadiyen saatler; fizyolojilerini ve metabolizmalarını ışık, sıcaklık veya avcı davranışlarındaki değişiklikler gibi çevredeki 24 saatlik değişikliklere adapte ederek organizmalara seçici bir avantaj sağlayan iç osilatörlerdir. Farklı zaman dilimlerine geçtiğimizde jet lag’in sarsıcı etkilerine yol açarlar.
Leiden Üniversitesi ve Danimarka Teknik Üniversitesinden Profesör Ákos T. Kovács, ‘Fransız Biyolog Jacques Monod bir zamanlar ünlü bir söz söylemişti: “E. coli için doğru olan fil için de doğrudur.” O zamanlar, DNA ve proteinlerin moleküler biyolojisinin evrensel kurallarına atıfta bulunuyordu. “Benzer şekilde, sadece dört bin gene sahip bir bakteri olan Bacillus subtilis‘teki sirkadiyen saatin, sinekler, memeliler ve bitkiler gibi karmaşık organizmalardaki sirkadiyen saatleri andıran karmaşık bir sirkadiyen sisteme sahip olması şaşırtıcıdır.’ [1]New research shows the complexity of bacterial circadian clocks[2]Öne çıkan görsel
[cite]
Kaynaklar ve İleri Okuma
| ↑1 | New research shows the complexity of bacterial circadian clocks |
|---|---|
| ↑2 | Öne çıkan görsel |
