Sinekkapan bitkileri, diğer hayvanlardaki gibi beyinleri ve sinir sistemleri olmamasına rağmen kendilerine dokunulduğu zaman kapanlarını kapatıyor. Peki bitkiler bunu nasıl yapabiliyor?
Scripps Araştırma Enstitüsünde çalışan bilim insanları, Venüs sinekkapan bitkisinin avına tepki olarak kapanmasını sağlayabilen bir protein kanalının üç boyutlu yapısını ortaya çıkarmış. Dört gün önce Nature Communications bülteninde yayımlanan bir çalışmada gösterilen ve Sinekkapan1 adı verilen bu kanalın yapısı, Venüs sinekkapan bitkilerinin dokunmaya karşı sergilediği yüksek hassasiyete yönelik uzun zamandır süregelen sorulara ışık tutuyor. Aralarında bitki ve bakterilerin de bulunduğu canlılardaki benzer proteinlerin daha iyi anlaşılmasını sağlayan yapı, insan vücudunda yer alan benzer işlevli proteinlerin (mekanosensitif iyon kanalları) nasıl çalıştığına da ışık tutuyor.
Çalışmanın eş kıdemli yazarı ve Scripps Araştırma Enstitüsünde profesör olan Andrew Ward, “Venüs sinekkapan bitkileri insanlardan çok farklı olmasına rağmen, bu mekanosensitif kanalların yapısı ve işlevini inceleyerek hücreler ile canlıların dokunma ve basınca ne şekillerde tepki verdiğini daha geniş bir çerçevede anlayabiliyoruz” diyor.
Scripps Araştırma Enstitüsünde çalışan eş kıdemli yazar Ardem Patapoutian, “İncelediğimiz her yeni mekanosensitif kanalda, söz konusu proteinlerin uygulanan kuvveti nasıl algıladığını ve bunu nasıl eyleme dönüştürdüğünü daha iyi anlıyoruz” diyor. “Bunlar da nihayetinde, insan biyolojisi ve sağlığına yönelik daha çok şeyi ortaya çıkarıyor.” Patapoutian’ın vücudun dokunma ve sıcaklıkları algılamasına olanak sağlayan mekanosensitif kanallar üzerinde yürüttüğü çalışmalar, kendisine Nobel Tıp Ödülü kazandırmış.
Mekanosensitif iyon kanalları, hücre zarlarından geçen tünellere benziyor. Hareket ile uyarıldığı zaman açılan kanallar, iyon yüklü moleküllerin akın etmesine sebep oluyor. Hücreler de buna tepki olarak davranışlarını değiştiriyor; örneğin bir nöron hücresi, komşusuna sinyal gönderebiliyor. Hücrelerin basınç ve hareketi algılama kabiliyeti, insanların dokunma ve duyma duyularının yanısıra idrar kesesinin dolduğunu hissedebilmesinden, akciğerlerin alınan hava miktarını algılayabilmesine kadar vücutta gerçekleşen pek çok dahili süreçte de önem taşıyor.
Bilim insanları, öncesinde Venüs sinekkapan bitkisinde yer alan üç iyon kanalına yoğunlaşmış. Bu kanalların, etçil bitkinin hassas tetikleyici kıllarına dokunulduğu zaman yapraklarını kapatma kabiliyetiyle ilişkili olduğu düşünülüyormuş. Sinekkapan1 ismini taşıyan bir kanal, genetik diziliminin bakterilerde bulunan mekanosensitif bir kanal ailesine (MscS) olan benzerliği sebebiyle araştırmacıların dikkatini çekmiş.
Scripps Araştırma Enstitüsünde yüksek lisans öğrencisi olan eş birinci yazar Sebastian Jojoa Cruz şöyle aktarıyor: “Bu kanalın evrimsel süreç genelinde bulunan varyantları, kanalın farklı canlı tiplerinde bazı temel ve önemli işlevler sürdürmesi gerektiğini gösteriyor.”
Yeni çalışmada soğuk elektron mikroskobisi yöntemini kullanan araştırmacılar, Venüs sinekkapan bitkilerindeki Sinekkapan1 protein kanalında bulunan moleküllerin hassas dizilimini analiz etmişler. Soğuk elektron mikroskobisi, donuk bir protein numunesindeki atomların konumlarını ortaya çıkaran son teknoloji yöntemlerden biri. Bilim insanları Sinekkapan1’in pek çok açıdan bakteriyel MscS proteinlerine (merkezi bir kanalı çevreleyen yedi özdeş sarmal grubu) benzediğini keşfetmiş. Fakat Sinekkapan1, diğer MscS kanallarından farklı olarak her bir sarmal grubundan dışarı doğru uzanan olağandışı bir bağlayıcı bölgesi barındırıyor. Bağlayıcıların her biri, tıpkı bir anahtar gibi yukarı ve aşağı hareket edebiliyor. Araştırma takımı Sinekkapan1’in yapısını belirlediğinde, aşağı konumda duran altı bağlayıcı ve yukarı konumda duran yalnızca bir bağlayıcı olduğunu keşfetmiş.
Yeni çalışmanın eş birinci yazarı ve önceden Scripps Araştırma Enstitüsünde doktora sonrası araştırma görevlisi olan Kei Saotome, “Sinekkapan1’deki kanal çekirdeğinin mimarisi, üzerinde yıllardır çalışma yürütülen diğer kanallara benziyordu ancak bu bağlayıcı bölgeler şaşırtıcıydı” diyor.
Anahtarların işlevini aydınlığa kavuşturmak üzere bağlayıcıyı değiştiren bilim insanları, anahtarın yukarı bakan konumunu bozmuş. Bunun sonucunda da Sinekkapan1’in, artık basınca olağan şekilde yanıt vermediğini keşfetmişler; normalde basıncın kalkmasıyla kapanan kanal, daha uzun süre açık kalmış.
Oregon Sağlık ve Bilim Üniversitesinin Vollum Enstitüsünde çalışan ve önceden Scripps Araştırma Enstitüsünde doktora sonrası araştırma görevlisi olan eş kıdemli yazar Swetha Murthy, “Mutasyonun meydana getirdiği kapsamlı etki, bu yedi bağlayıcının kanalın çalışma şekliyle alakalı bir yapıda durduğunu gösteriyor” diyor.
Artık moleküler yapıyı çözen araştırma takımı, gelecekte Sinekkapan1’in işlevine dönük çalışmalar yürütmeyi ve böylelikle uygulanan farklı dizilimlerin kanalın işlevini nasıl etkilediğini anlamayı planlıyor. Sinekkapan1’in yalnızca Venüs sinekkapan bitkisinin yapraklarını kapatmaktan mı sorumlu olduğu; yoksa şüphelenilen diğer kanalların da tamamlayıcı roller taşıyıp taşımadığının belirlenmesi için de daha fazla çalışma yapılması gerekiyor.
Kaynak: Scripps Araştırma Enstitüsü. Çeviren: Ozan Zaloğlu.
