Virginia Üniversitesi Tıp Fakültesinde çalışan araştırmacılar ve yeni çalışmaya katkı sağlayan diğer bilim insanları, E. coli ve diğer bakterilerin nasıl hareket edebildiğini ortaya çıkarıp onlarca yıllık bir gizemi çözüme kavuşturmuşlar.
Bakteriler uzun, iplik benzeri uzantılarını kullanarak kendilerini ileri doğru itiyor. Eğreti bir itici görevi gören bu uzantı, itiş hareketini sarmal bir şekle girerek sağlıyor. Fakat bakterilerin bunu tam olarak nasıl yaptığı bilim insanlarının kafasını karıştırmış çünkü bu “iticiler” tek bir proteinden oluşuyor.
Virginia Üniversitesinde çalışan ve yüksek teknolojili kiro-elektron misroskobi (kiro-EM) alanında bir lider olan Dr. Edward H. Egelman’ın öncülüğündeki uluslararası araştırma takımı, nihayet bu gizemi ortaya çıkarmış. Kiro-EM ve bilgisayarda yürütülen gelişmiş modellemelerden yararlanan araştırmacılar, hiçbir geleneksel ışık mikroskobunun göremediği şeyi açığa çıkarmışlar: Bakterilerin kullandıkları iticiler, tekil atom seviyesinde ilginç bir yapıya sahip.
Virginia Üniversitesi Biyokimya ve Moleküler Genetik Bölümünde çalışan Egelman, “Bu filamentlerin nasıl böylesine düzenli sarmal şekiller oluşturabildiğiyle ilgili modeller 50 yıldır vardı ancak biz, filamentlerin yapısını atomik detaylarda belirledik” diyor. “Artık bu modellerin hatalı olduğunu gösterebiliyoruz. Yeni bulgularımız, böylesine minyatür iticilere dayalı teknolojilere zemin hazırlanmasına yardımcı olacak.”
Farklı bakteriler, flagellum şeklinde bilinen (çoğul ismi flagella) bir veya birden çok uzantıya sahip. Bir flagellum binlerce alt birimden oluşsa da, bu alt birimler tamamen aynı. Böyle bir kuyruğun düz bir yapıda veya en iyi ihtimalle biraz esnek olacağını düşünebilirsiniz. Fakat böyle olsaydı bakteriler hareket edemezdi. İşte bu yüzden bu tür şekiller itiş kuvveti oluşturamaz. Bakterilerin ileri doğru hareket etmesi için dönen, burgu biçimli bir itici gerekiyor. Bu şeklin oluşmasını “süper sarmallama” şeklinde adlandıran bilim insanları, 50 yıldan uzun süre sonra bakterilerin bunu nasıl yaptığını nihayet anlıyorlar.
Kiro-EM kullanan Egelman ve araştırma takımı, flagellumu meydana getiren proteinin 11 farklı şekle girebildiğini keşfetmiş. Bu şekillerin özel bir biçimde karışması ise burgu şeklinin ortaya çıkmasını sağlıyor.
Bakterilerdeki bu itici yapının arke şeklinde adlandırılan çevik tek hücreli canlıların kullandığı benzer iticilerden epey farklı olduğu biliniyordu. Neredeyse kaynayan asit havuzları, okyanusun en dibi ve yerin derinliklerindeki petrol yatakları gibi Dünya’daki en olağanüstü ortamların bazılarında arkelere rastlanıyor.
Egelman ve meslektaşları, yeni çalışmalarında bir arke formu olan Saccharolobus islandicus‘un flagellasını kiro-EM yardımıyla inceleyerek bakterinin flagellumunu oluşturan proteinin 10 farklı biçimde bulunabildiğini keşfetmişler. Detaylar araştırmacıların bakterilerde gördüklerinden epey farklı olsa da, sonuçlar aynıymış ve filamentler düzenli burgular oluşturmuş. Bilim insanları bu durumun “yakınsak evrim” örneği olduğuna karar vermiş. Yakınsak evrimde doğa, farklı araçlarla benzer sonuçlara ulaşıyor. Bakteri ve arkelerin iticileri şekil ve işlev bakımından benzerlik gösterse de, bu özellikler canlılarda birbirinden bağımsız evrimleşmiş.
Yaptığı önceki görüntüleme çalışmalarıyla bir bilim insanının alabileceği en yüksek onur derecelerinden birine hak kazanıp ABD Ulusal Bilimler Akademisine davet edilen Egelman, “Uçma için kanatların bağımsız şekilde evrimleştiği kuşlar, yarasalar ve arılarda olduğu gibi bakteri ve arkelerin evrimi de yüzme konusunda benzer bir sonuca yaklaşmış” diyor. “Bu biyolojik yapılar Dünya’da milyarlarca yıl önce ortaya çıktığından, anlayana kadar geçen 50 yıl o kadar da uzun görünmüyor.”
Bulgular ay başında Cell bülteninde yayımlandı.
Kaynak: Virginia Üniversitesi Sağlık Sistemi. Çeviren: Ozan Zaloğlu.
