Cilia(Siller) Bakterilerin Bodyguardları

Credit: Margaret McFall-Ngai Laboratuvarı, Hawai Üniversitesinde Pasifik Biobilim Araştırma Merkezi

Kalamarın iç ışık organı, deniz suyundan simbiyotik bakterilerin alması ve gözeneklere (sağ taraf) göç etmelerini kolaylaştırmak için vuruş aktivitesini koordine eden birkaç farklı sil (yeşil / mavi) içermektedir ve bakteriler bu işlem ile yaşam boyu kolonizasyon için ışık organa alınırlar.

Bir kulüp sahnesi düşünün - kadife ipteki bir koruma, hangi kişilerin kulübe girdiğini seçer. USC Viterbi Mühendislik Fakültesi'nde makine mühendisliği profesörü olan Eva Kanso, silin bir organizmada ne yaptığı açıklıyor. Kanso, Manoa'daki Hawaii Üniversitesi'ndeki Pacific Biosciences Araştırma Merkezi'nden ve Stanford'dan araştırmacılar ile birlikte yeni çalışmasını açıklamak için benzeşim uyguladı. "Kendiliğinden hareket eden sil, konak mikrobiyomunun aktif olarak alınması için akışkan-mekanik mikrohabitat oluşturur ", bazı simbiyotik bakterilerin seçici bir biçimde girmesine izin vermede, bazı bakterilerin organizmadan uzak tutulmasında silin sahip olduğu aktif rolü açıklıyor.

Ulusal Bilimler Akademisi Bildiriler Kitabında yayınlanan makale, bir organizmanda simbiyotik bakterilerin bulunmasına ve simbiyot ile konakçı organizma arasındaki kimyasal iletişimi güçlendirmede akışkanlar mekaniğinin rolü için bir çerçeve tarif ediyor. Sonuçlar, silin sadece bir "temizleme işlevi" oynadığını varsayan önceki araştırmalara aykırıdır. İnsan solunum sisteminde, hatta üreme sisteminde ve beyinde bir saç telinin yüzde biri ölçüsünde olan silin oynadığı rol üzerine ışık tutabilirler. Onların bulguları ayrıca silin organlardaki fonksiyon bozukluklarını nasıl etkilediği, örneğin akciğerin durumu ve kısırlık(Silin, spermlere yumurtalara ulaşması için nasıl yardım ettiği) hakkında içgörü sağlayabilir.

Kanso silin insan vücudunda nasıl çalıştığını öğrenmek için simbiyoz uzmanı McFall-Nagi ve biyoakışkan uzmanı Janna Nawroth ile birlikte kısakuyruklu kalamalarla çalıştı. Araştırmacılar, bu kalamarların başlangıç aşamasında simbiyotik bakterilerin(Vibrio Fischeri; geceleri avlanırken mürekkep keselerinin kamuflajında önemli rol oynar) yarısaydam organizmanın silli ışık organlarına nasıl girmelerine izin verdiğini inceledi. Bilim insanları öğrenmeye çalıştı: bu bakteriler kalamarın ışık organına giriş izni kazanırken, diğerleri neden girmeyi başaramadı? Ek olarak bilim insanları ”Silin giriş izni konusunda rolü var mı?” açıklamaya çalıştılar.

Kanso ve McFall-Ngai ile Emulate Inc'in baş araştırmacısı Janna Nawroth ve USC'deki Kanso laboratuvarında doktora öğrencisi olan Hanliang Guo, kalamarı mikroskop altına koydu ve Vibrio Fischeri bakterileri içeren suya maruz bıraktı. Süreç, doğada olanı taklit etti: bakteriler, kalamarların ışık organları içindeki doğru noktaya geldi. Bu süreç içinde silin pasif ya da aktif olup olmadığını belirlemek için, araştırmacılar, bakterilerin mürekkep keselerine girip girmediklerini ya da aslında ev sahibi kalamar içindeki diğer yapı ve süreçlerden yararlanıp yararlanmadıklarını anlamaları gerekiyordu. Araştırmacılar daha sonra aynı deneyi canlı bakteri içermeyen - ancak bakterilerle aynı büyüklükte, yani bir mikron çapında olan parçacıklar ile tekrarladılar. Buldukları şey, parçacıkların aynı noktada toplanmasıydı ve bu da ev sahibi (kalamar) içindeki fiziksel bir mekanizmanın rol oynamış olduğunu gösteriyordu. Deneyin ikinci aşaması daha büyük parçacıkları (yaklaşık 4 mikron) içeriyordu. Büyük parçacıkların ışık organı ile temas olasılığının daha yüksek olacağını tahmin edilmişti, fakat olmamıştı. Bu, doğrudan müdahalenin, parçacık yakalama için baskın mekanizma olmadığını ve başka bir faktörün rol oynadığını gösterdi. Araştırmacılar, parçacıkların filtrelenmesinde silin oluşturduğu sıvı akışının rolünü incelemek için yola çıktılar.

Daha fazla araştırmadan sonra Kanso ve Nawroth, silin oluşturduğu girdaba benzeyen veya "donut benzeri" bir akışın parçacıkların çoğunu uzaklaştırdığını keşfettiler. Parçacıkların boyutlara göre filtrelenmesindeki akışkan hareketin rolü, Kanso ve Guo tarafından geliştirilen bir fizik tabanlı matematiksel model kullanılarak doğrulanmıştır. Kanso, silin "mekanik kapı" olarak oynadığı rolü tanımlıyor.

Ardından araştırmacılar tüm ışık organındaki silli yüzeyi ve ürettiği akış alanını haritalandırdı. Temel bulgularından biri, iki farklı türden silin yer aldığı iki farklı akış olduğu idi. Uzun sil dalga bezeri bir biçimde hareket eder ve yarattığı girdap benzeri oluşumla parçacıkları filtreler ve sonra kısa sil rastgele vuruşlarla parçacıkları yerinde tutar ve yerel akıntı ile nazikçe karıştırır. Sil ve sıvı karışımı ile yapılan bu rastgele hareket, bakterilerin kimyasal taramasını arttırır. Silin oynadığı rolün daha fazla olduğunu ispatlamak için araştırmacılar ayrıca siller "öldürüldüyse" parçacıkların organizmanın her yerinde birikebileceğini buldular. Kanso ve birlikte çalıştığı bilim insanları, şimdi Vibrio Fischeri'nin ev sahibinin silli ışık organı tarafından sunulan farklı akış ve kimyasal sinyallere tepkisini sınamak için bir mikroakışkan platform geliştiriyor. Bu platform, silli yüzeylere bakteri alımında bu sinyallerden her birinin göreli önemini araştırmak için bir araştırma aracı olarak kullanılacaktır.

Çeviren: Barış Uçar Bilime Yön Veren Cevaplar

Kaynaklar:

https://m.phys.org/news/2017-09-cilia-bouncer-bacteria.html?utm_source=nwletter&utm_medium=email&utm_campaign=daily-nwletter

More information: Janna C. Nawroth et al. Motile cilia create fluid-mechanical microhabitats for the active recruitment of the host microbiome, Proceedings of the National Academy of Sciences (2017). DOI: 10.1073/pnas.1706926114

Provided by: University of Southern California

#cilia(siller) #bakterilerin #bodyguardları