Hareket eden en küçük yapay organizma

Becky Ferreria

Kendi başına hareket edebilme becerisini anlatmak için kullanılan bilimsel bir terim olan ‘hareketlilik’, gezegenimizde var olan canlı organizmalar açısından en önemli özelliklerden biri. Ne var ki hücrelerin hareket etme becerisinin nasıl ortaya çıktığı pek çok bilim insanı için gizemli bir olguydu. Bununla birlikte bilim insanlarının dünyanın en küçük hareketli organizmasını yarattığı yeni araştırmalar, hücrelerdeki hareketlilik becerisinin nasıl ortaya çıktığı konusunda bizlere bir fikir sunuyor.

Çarşamba günü Scientific Advances adlı dergide yayınlanan araştırma, Japonya’da bulunan Osaka Şehir Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü’nden yüksek lisans öğrencisi Hana Kiyama ile Osaka Metropolitan Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü’nden Profesör Makoto Miyata’nın yürüttüğü işbirliğinin sonucunda ortaya çıktı.

SÜREÇ NASIL İŞLEDİ?

Yazarların araştırma makalesinde yazdıklarına göre, “çeşitli filumlarda (uzantılarda) hareketlilik gözlendi ve bu, şüphesiz ki hayatta kalmaya dair en kritik belirleyici etkenlerden biri.” Makaleye göre hücre hareketliliğinin, bir hücreye aktarılan bakım ve temizlik proteinlerinin küçük hareketlerinden ortaya çıktığı düşünülüyor; lakin önerilen süreç deneysel bağlamda gösterilmemiş. Bu yüzden yaptıkları çalışmalar bu teoriyi test etmek için bir yol sunuyor.

Araştırmacılar bu deneyde genetik olarak ‘JCVI-syn-3b’ ya da kısaca ‘Syn-3’ adını verdikleri hareketsiz bir yapay bakteri tasarladılar. Araştırma ekibi Syn-3’ü yeniden yapılandırmak amacıyla ‘Spiroplazma’ bakterilerinin büyük ihtimalle yüzme davranışında rol oynayan proteinleri kodlayan yedi geni kendi bakterilerine aktardı. Spiroplazma, esasen hücre iskeletinin çevresinde manevra yaparak ‘yüzdüğü’ bilinen küçük bir bakteri türü. Yapay organizmaya aktarılan proteinler, bakteriyel bir aktin* proteini olan MreB’den evrimleşti. Aktinler, genellikle hücrelerde gerçekleşen hareketlilikten sorumlu olan çok işlevli proteinlerdir. Miyata, Motherboard dergisine gönderdiği bir e-postada, bu deney öncesinde hiç kimsenin hareketli bir minimal sentetik bakteri yaratmayı başaramadığına dikkat çekti.

Miyata, Motherboard’a verdiği yazılı demeçte, “Daha eski bir araştırmada, hücre hareketlerinin, evrimsel olarak hareket becerisini barındıran bakım ve temizlik sistemlerinden doğduğunu savunmuştuk” diyor: “Yaptığımız deneylerle kanıtlar sunmayı hedefledik. Deneyde Spiroplazma sistemini seçtik, çünkü aynı esnada Spiroplazma’nın yüzme becerisi üzerinde de çalışıyorduk.”

EN KÜÇÜK HAREKETLİ HÜCRE: SYN-3

Araştırmacılar, üniversitenin YouTube kanalında yayınlanan videoda da görüldüğü üzere, spiroplazmada hareketlilik görevini yerine getiren proteinleri Syn-3’e ekleyerek o ana dek hareket etmeyen bakterilerin yüzmesini sağlayabildiler.

Miyata, “Hücre, eklenen yedi proteinin yanı sıra MreB4 ve MreB5 proteinleri yardımıyla yüzerek bizi iki defa şaşırttı” diyor. “Hana Kiyama bu hücreleri inşa etti ve keşif gözlemleri gerçekleştirdi. Yaptığı gözlemlerini teyit etti ve aynı odada çalıştığı diğer insanları mikroskobundan bakmaya davet etti. Neler olup bittiğini hepimiz o anda anladık; çünkü aşağı yukarı bu sonuçları bekliyorduk.”

Araştırmacılar bunun yanı sıra, hareketlilikten sorumlu genlerin farklı karışımlarının genetik ifadesinin, genetik olarak yüzmesi amacıyla tasarlanan bakterileri hangi şekillerde etkileyeceğini de görmek istedi. Bunu yaparken, Syn-3’te hareketliliği başlatmak için yalnızca iki proteinin genetik ifadesinin gerektiğini keşfettiler. Bu durum, muhtemelen proteinlerin büyük kısmının gereksiz olduğunu ve hareket kabiliyeti için minimal bir sistemin yeterli olduğunu ortaya koydu.

Araştırma yazarları, “Bildiğimiz kadarıyla yalnızca iki aktin üst-familya proteininden meydana gelen hareket sağlayıcı sistem, şu ana dek yapılandırılan en küçük sistem oldu” diye aktarıyorlar: “Bu sebeple bu oluşuma ‘en küçük hareketli hücre’ diyebiliriz” diye ekliyorlar.

PEK ÇOK İLERLEMENİN ÖNÜNÜ AÇACAK

Araştırma öncelikle kavramsal bir kanıt olsa bile, bilim insanlarının hücre hareketliliğinin muhtemelen nasıl ortaya çıkıp evrimleşebileceğini daha doğru anlamalarını sağlıyor.

Yeni araştırma, böylesine minik ve sevimli bir yüzücü yaratmak gibi değişik bir ilerlemenin yanı sıra yeryüzünde ortaya çıkan ilk hareketli yaşam biçimlerinde hareket kabiliyetinin nasıl ortaya çıktığını aydınlatıyor. Miyata, aktin proteini MreB’in diğer pek çok bakteri türünün hareket becerisinde yer almadığını aktarıyor. Bu gerçeğin mikrobiyal hareketin önünü açan pek çok farklı evrimsel yolun mevcut olduğunu gösterdiğini dile getiriyor.

Araştırma ekibinin yapay organizmalardaki başka türden hareketlilik sistemlerini de testten geçirdiğini aktaran Miyata, “Sahip olduğumuz sistemi kullanarak atalardan kalma MreB’den yüzen MreB’e uzanan dönüşümü takip ediyoruz” diyor.  

Bunun yanı sıra, araştırmanın gelecekte yaratılacak organizmalar üzerinde de etkileri olacak. Profesör Miyata, basına verdiği bir demeçte, “En küçük işlevsel motor parçalarıyla birlikte Dünya’daki en küçük bakteriyi incelemek, hücreleri taklit eden mikro-robotlar ya da protein bazlı motorlar bağlamında hareket becerisini geliştirmek amacıyla kullanılabilir” dedi.

*Aktin, yuvarlak şekilli, yapısal bir proteindir.

Makalenin aslı The Vice sitesinden alınmıştır. (Çeviren: Tarkan Tufan)