İnsanlarda var. Diğer hayvan ve bitkilerde de var… Şimdiyse araştırmacılar, bakterilerin de Dünya’daki 24 saatlik yaşam döngüsüyle uyumlu dahili saatleri olduğunu gösteriyor.
Uzun süredir devam eden biyolojik bir soruyu cevaplayan araştırma, ilaç naklinin zamanlanması, ekinlerin korunması için zamanlı çözümler geliştirilmesi ve biyoteknoloji gibi birçok alanda faydalı olabilir.
Biyolojik saat veya sirkadiyen ritimleri, doğada yaygın şekilde görülen hassas zamanlama mekanizmaları. Bu mekanizmalar, yaşayan canlıların gün boyunca gerçekleşen önemli değişimler ile başa çıkmasını sağlıyor; hatta mevsimler çapında bile…
Hücrelerin içinde yer alan bu moleküler ritimler, gün ışığı ve sıcaklık gibi dış kaynaklı ipuçlarını kullanarak, biyolojik saatleri çevreleriyle eşitliyorlar. İnsanların jet lag yaşamasının sebebi de bu. Çünkü dahili saatlerimiz, gittiğimiz yerdeki aydınlık ve karanlık döngülerine uyum sağlamadan önce kısa süreliğine bocalıyor.
Son yirmi yılda yapılan ve sayıları giderek artan araştırmalar, bu moleküler metronomların zorunlu süreçlerde taşıdığı önemi gösteriyor; örneğin insanlardaki uyku ve algısal işlevler ile bitkilerdeki su düzenlemesi ve fotosentez gibi…
Sağlık, ekoloji ve endüstriyel biyoteknoloji açısından önem taşıyan bakteriler, gezegendeki biyokütlenin %12’sini temsil etse de, bu canlıların günlük biyolojik saatleri hakkında pek bir şey bilinmiyor.
Yapılan önceki çalışmalar, enerji üretmek amacıyla ışığa ihtiyaç duyan fotosentetik bakterilerin biyolojik saatleri olduğunu göstermiş.
Fakat fotosentez yapmayıp serbest yaşayan bakteriler, bu bağlamda gizemlerini korumuş.
Yapılan bu yeni uluslararası çalışmada araştırmacılar, fotosentez yapmayan toprak bakterisi Bacillus subtilis‘ta serbest devinimli sirkadiyen ritimleri tespit etmişler.
Lusiferaz bildirimi adı verilen bir yöntem kullanan araştırmacılar, bu yolla bir canlının içerisinde bulunan genin ne kadar aktif olduğunu görmeyi sağlayan bir enzim ilave ediyor. Bu enzim, biyolojik bir ışıma meydana getiriyor.
İki gene odaklanan araştırmacılar, ilk olarak mavi bir ışık fotoreseptörü kodlayan ytvA genini ve ikinci olarak da bakterilerdeki biyofilm ile spor oluşumunu teşvik etmeye yarayan KinC isimli bir enzimi incelemişler.
Bu genlerin seviyelerini daimi karanlıkta gözlemleyen araştırmacılar, daha sonra bu seviyeleri 12 saatlik aydınlık ve 12 saatlik karanlık döngüleriyle karşılaştırmışlar. ytvA seviyelerindeki kalıbın, aydınlık ve karanlık döngüsüne uyum sağladığını keşfeden araştırmacılar, seviyelerin karanlıkta yükseldiğini ve aydınlıkta düştüğünü belirlemişler. Sürekli karanlıkta da bir döngü yaşandığı görülmüş.
Dengeli bir kalıbın kaç günde ortaya çıktığını bulmaya çalışan araştırmacılar, bu kalıbın şartlar evirtildiği zaman tersine dönüp dönmediğini araştırmış. Yapılan bu iki gözlem, sirkadyen ritimlerinin ve bunların çevresel ipuçlarını takip etme kabiliyetlerinin ortak özelliklerini meydana getiriyor.
Araştırmacılar, gündelik sıcaklık değişimleri kullanarak da benzer deneyler yürütmüşler; örneğin gündelik döngünün uzunluğunu veya kuvvetini artırmış, bunun sonucunda ytvA ile kinC ritimlerinin yalnızca sıcaklığa cevap olarak açılıp kapanmadığını, sirkadiyen ritimleriyle tutarlı şekilde değiştiğini bulmuşlar.
Ludwig Maximilians Üniversitesi’nde çalışan baş yazar Profesör Martha Merrow şöyle söylüyor: “İlk defa, fotosentetik olmayan bakterilerin zamanı bilebildiklerini keşfettik. Aydınlık veya sıcak ortamdaki döngüleri okuyarak, moleküler işleyişlerini günün zamanına göre uyarlıyorlar”
“Tıbbi ve ekolojik sorulara ilaveten, sirkadiyen saat mekanizmalarını anlamada bakterileri bir model sistemi olarak da kullanmak istiyoruz. Bu bakteriler için laboratuvarda önemli araçlar bulunuyor ve bunlar, hızlı bir ilerleme kaydetmemize olanak sağlayabilir.”
Araştırma, farklı soruların ele alınmasına da yardımcı olabilir; mesela bakterilere maruz kalınan zaman, enfeksiyon için önemli mi? Endüstriyel biyoteknolojik süreçler, günün zamanı hesaba katılarak en iyi hale getirilebilir mi? Anti bakteriyel tedavinin ne zaman uygulandığı önemli mi?
Çalışmanın yazarlarından olan ve John Innes Merkezi’nde çalışan Dr. Antony Dodd, şöyle söylüyor: “Bizim çalışmamız, bakteriler arasındaki sirkadiyen ritimlerin araştırılmasına kapı aralıyor. Bakterilerin zamanı bildiğini belirlediğimiz için, bu ritimleri meydana getiren süreçleri bulmamız ve ritme sahip olmanın bakterilere nasıl avantaj sağladığını anlamamız gerekiyor.”
Danimarka Teknik Üniversitesi’nde çalışan ortak yazar Profesör Akos Kovacs şöyle ekliyor: “Bacillus subtilis, çamaşır deterjanı üretiminden ekinlerin korunmasına kadar çeşitli uygulamalarda kullanılıyor. Bunun yanında, insan ve hayvanlarda probiyotik olarak da faydalanılıyor. Bu sebeple, bu bakterinin biyolojik saati üzerinde mühendislik uygulanması, çeşitli biyoteknoloji alanlarında meyve verecek.”
