Kolera Bakterileri (Düşmanını Öldür! Bölgeni Koru!)
Kolera Bakterileri Öngörülebilir Oranlarda Düşmanlarını Zıpkınlar Ve Zehirler
İki rakip bakteri grubunu(mavi ve kırmızı ile işaretlenmiş) birbirine karıştıran bilim adamları birbirlerini zıpkınlayarak birbirlerinden ayrılışlarını izlediler. Ayrılmadan önce mor bir kitle gibi görünürler, sonra ayrı bölgelerde yoğunlaşırlar ve orada kırmızı ve mavi renkler gözle görülebilir olurlar. Credit: Georgia Tech / Yunker, Hammer, Ratcliff
Kolera bakterileri zehirle çevrili zıpkın benzeri uzantılarını birbirlerine saplarlar ve kurbanlarını bir su balonu gibi patlatırlar. Düşmanlarını öldürürler ve kendi bölgelerinden sürerler.
Gürcistan Teknoloji Enstitüsü'ndeki bilim adamları, enfeksiyonlarla mücadele için yeni hedeflenmiş tedavilere yol açabilecek bilgiler elde etmek için besin ve bölge üzerine yapılan savaşa anlayış kazandırmak için matematiksel olarak savaşı izledi.
Fakat düello yapan bakteriler bu senaryoda bulaşıcı olmayacaktı; çare olacaktı.
Düşünce olarak insan vücudunda; mühendislik olarak geliştirilmiş katil bakteriler yararlı bakterilere zarar vermeden sadece zararlı bakterileri yok edecekti. Günümüzde kullandığımız antibiyotikler gibi zararlı ve yararlı bakterileri fark gözetmeden yok etmeyeceklerdi.
Georgia Teknik'in Biyoloji Bilimleri okulunda doçent olan Brian Hammer: “İnsan bağırsağındaki zararlı bakterileri hedef alabilseydiniz, tasarlanmış bakterileri canlı bir antibiyotik olarak kullanabilirsiniz. Şu an hiçbir yerde bunun yakınında bile değiliz.” diyor.
Bakterilerin hesaplanması
Fakat bu koruyucu bakterileri tıpta ve endüstride kullanmak için veya sadece nasıl geliştiğini ve yayıldığını en iyi şekilde anlamak için, zaman içindeki eylemlerinin tutarlılığını belirlemek yararlı olacaktır. Burada matematik devreye girer.
Georgia Tech araştırmacıları, atomların ve moleküllerin etkileşimlerini tam olarak tanımlamak için geliştirilen mevcut fizik denklemlerini bakteriler için kullandı. Bu hesaplamaların aynı zamanda, iki kolera ordusunun savaş alanında bir araya geldiklerinde, yağ ve su gibi fazlar halinde birbirlerinden ayrılacağını kesin olarak tahmin edebileceğini bulmuşlardır.
Hammer: “Modeller, faz ayrımının tam olarak ne zaman gerçekleşeceğini hemen hemen tahmin etti ve biz de tam da matematiğin söylediği gibi olduğunu gördük. " Bu çalışmada, bakteri etkileşimlerinin kimyasal reaksiyonlar gibi neredeyse hesaplanabilir nitelikte olduğu ortaya çıktı.
Hammer ve Georgia Tech biyologları Yrd. Doç.Dr. Will Ratcliff ve Doç.Dr. Samuel Brown, araştırma için Georgia Tech Fizik Okulu'ndaki Yrd. Dç.Dr.Peter Yunker ile bir araya geldi. Sonuçlarını Nature Communications dergisinde 6 Şubat 2017 Pazartesi günü yayınladılar. Başyazarlar Hammer'in eski lisansüstü öğrencisi biyologlarından Eryn Bernardy ve Brown'un eski doktora sonrası asistanı Luke McNally idi. Araştırmaları National Science Foundation, NASA Exobiology programı, Gordon ve Betty Moore Vakfı, Wellcome Trust ve Human Frontier Science Programı tarafından finanse edildi.
Kolera bakterileri çoğunlukla diğer mikroplarla birlikte suda minik krill ve yengeçlerin kabuklarında bulunur ve bu suyu içen insanlar, mikropların neden olduğu şiddetli kusma ve diyare nedeniyle saatler içinde ölebilirler. Yengeç kabukları üstünde bölge için düello yapan bakteriler üzerine matematik yapmak için dürtü, kitin adı verilen materyal, kitin Vibrio koleradaki zıpkın fonksiyonunu açıyor. Kitin yoksa zıpkınlamak yok.
Hammer: "Bu şaşırtıcı biyolojik sistemi inceliyordum ve onu görselleştirmenin bir yolunu arıyordum.” Ratcliff ve Yunker, maya evriminin dinamiklerini incelemek için mikroskopi ve matematik uyguluyordu ve Hammer'a bu metodu denemesini önerdiler.
Ancak matematiğe başlamadan önce, Vibrio kolera hakkında birkaç şey anlamanız önemlidir. Her şeyden önce çoğu mikrobiyolog kolera bakterileri, rakip bakterileri öldürmek için zıpkınlarını kullanır, insan hücrelerini yok etmek için değil.
Zehirli silah Tip VI salgı sistemi (T6SS) olarak adlandırılır ve yaygındır. Hammer: "Bu zıpkın sistemi Gram negatif bakterilerin yaklaşık dörtte birindedir. Bu nedenle bu bakteri düellosu tüm etrafımızda devam eder.” Gram-negatif bakteriler, daha kolay delinebilecekleri ince duvarlara sahiptir.
Gram pozitif bakterileri kalın duvarlara sahiptir ve zıpkınlar için daha az duyarlıdır ve hatta insan hücrelerine nüfuz etmeleri çok daha zordur.
Ve zıpkınlama mekanizması, kolera gibi patojenlerle sınırlı değildir. Birçok zararsız bakteri de kullanır. Ancak patojenlerdeki mekanizma hakkında daha fazla bilgi var, zira Hammer, zararlı bakterilerin, yararlı bakterilere oranla daha çok bilimsel çalışmanın odağı olduğuna dikkat çekti.
Silahlı ve Cömert
Zıpkınlı koleralar birbirleri ile temas ettiklerinde rastgele birbirlerini bıçaklarlar fakat aynı soydan Vibrio koleralar birbirlerinin bıçaklarına karşı bağışıklıdır. Yani düşmanlarını öldürürler fakat kendi türlerini öldürmezler.
Georgia Tech'in fizikçi Peter Yunker, mikrobiyoloji uzmanı Brian Hammer ve evrimci biyolog Will Ratcliff, zehirli maddelerin bulunduğu bir savaş sonrasında faz ayrımı yapan rakip bakteri gruplarının görüntüsüne bakıyor. Credit: Georgia Tech / Rob Felt
Öldürmenin aynı zamanda işbirliğine dayalı sosyal davranışlarla birlikte ele alındığı görülüyor. Araştırmacılar, birlikte öldürme konusunda iyi olan bakterilerin de birbirleriyle paylaşımda ve topluluk kurmada başarılı olduklarını keşfettiler.
Ortaklık, ortak bir yiyecek havuzu yaratmakla başlar. Hamer:” Bakteriler sindirimlerini hücrelerinin dışında yapar. Fakat etraflarında bulunan yiyeceklerin hepsi risk taşır.”
“Yiyecekleri çiğneme ve sindirme gayretinin size ve akrabalarınıza faydası vardır, başkalarının gelip onu yağmalaması için de bir stratejiye ihtiyacınız vardır.” Bir bakteri türü istilacıları öldürürse, emeğinin meyvelerini korur ve çoğaltır, genlerini yeni nesillere aktarır.
Brown'un doktora sonrası araştırmacısı Luke McNally, zehirli zıpkınlarını kullanan birçok bakteri çeşidinin(kolera'ya ek olarak) genomlarını inceledi. Bazı türlerin altı veya yedi zıpkını vardı ve bazı zıpkınlarda çoklu zehirler vardı. Silahlar ve işbirliği arasında bir ilişki olduğu ortaya çıktı.
Hammer: “Bir bakteri türünün genomunda ne kadar fazla silah varsa o kadar çok paylaşmaya uygun olduğunu gördük.”
Metal İçin Kullanılan Matematik Kullanıldı
Mikroskop altında mücadele eden bakteri türleri, aslında düz bir zeminde ayrılan yağ ve su damlaları gibi görünürler. Kırmızı ve mazi renge boyandıklarından dolayı ayrıldıkları gözlenebiliyordu.
Hammer: “Biz iki türü iyice karıştırarak başlarız.” Biz şaka olarak salata sosu deriz, çünkü siz su ve yağı çalkalayıp iyice karıştırırsanız ve oturmasını beklersiniz onlar yine bölgelere ayrılır.
İyi karıştırıldıklarında, iki kolera türü bir mor kütle halinde görünür; ancak birbirlerini öldürdüklerinde ve ayrı bölgeler ele geçirdiklerinde, kırmızı lekelere ve mavi lekelere bölünürler.
Kimyasal ve canlı sistemin nasıl çalıştığı arasında önemli farklılıklar vardır. Örneğin, bakteriler kendilerini kopyalarlar ve çoğalırlar; moleküller ise yapmazlar. Fakat materyaller için çalışan temel matematik, ayrıca bakteriler için de çalıştı. Hammer: "Sonuçlarımızı açıklayan eğri tipi, daha önce yaşam sistemlerini tanımlamak için kullanılmamıştı" “Deneysel olarak, metallerin faz ayrımında kullanıldı.”
“Model A” denklemi olarak adlandırılan tahmini modelleri, formül temel alındığında son derece doğru olduğu kanıtlandı. Hammer: "Matematiksel simülasyonlar gözlemlenen verilerle çakıştı" dedi.
Gelecekteki Uygulamalar?
Hammer: "Bağırsağın içinde birçok faydalı bakteri Gram-pozitif’dir." "Ancak, bağırsak topluluğunu karıştıran az miktarda Gram-negatif bakteridir, mühendislikle yapılmış zıpkınlı bakteriler ile bu zararlı Gram-negatif bakteriler yok edilebilir." Ayrıca, kolera bakterilerinde zıpkınlık işlevini değiştiren, kitin gibi harici bir malzeme, silahlarını tetiklemek için suikastçi bakterileri ile birlikte verilebilir ve daha sonra, kitin gittiğinde deaktive edilebilir.
Çeviren: Barış Uçar Bilime Yön Veren Cevaplar Kaynaklar: https://phys.org/news/2017-02-cholera-bacteria-stab-poison-enemies.html 15.02.2017
More information: Nature Communications, DOI: 10.1101/063487
Journal reference: Nature Communications
Provided by: Georgia Institute of Technology
Barış Uçar
-
İnsanlığımızın Anahtarı Genetik Değil, Mikrobiyal
-
İleri Yaşta Baba Olmak, Eşleri Ve Doğmamış Çocukları Risk Altına Sokar
-
Güneş Kremi Kimyasalları, Kan Dolaşımına, Potansiyel Olarak Güvenli Olmayan Seviyelerde Girebilirler
-
Gen Hırsızı Bitkiler
-
Ölmekte Olan Bakteriler Antibiyotiği Emerek Diğer Bakterilerin Hayatta Kalmasını Ve Gelişmesini Sağlar
-
Membran Proteinlerinin, Lipitleri ve İyonları Nasıl Hareket Ettirdiğini Açıklayan İki Makale
-
Genetik Bilgi Sadece Sperm ve Yumurta İle Aktarılmaz!
-
Siz Eşinizi Seçebilirsiniz Ama, Doğacak Bebeğinize Yumurta Hücresi Karar Verir
-
Beyin Taramaları, Ödül Ve Cezaların Gençler Üzerinde Neden İşe Yaramadığını Gösteriyor
-
Cinsiyetin Genetik Kökeni
-
Sahip Olduğumuz Korkuları Çocuklarımıza Ya Da Torunlarımıza Aktarabiliriz!
-
İnsan Hücreleriyle "Konuşan" Bağırsak Bakterileri Yeni Tedavilere İmkân Tanıyabilir!
-
Cilia(Siller) Bakterilerin Bodyguardları
-
İlkel Çorba, Canlandırıcı Bir Pre-Protein Yahnisimiydi?
-
Yaşlı babaların daha az verimli yavrular ürettiği bulundu!