Laboratuvarda Geliştirilen Radyasyon Dirençli E. Coli DNA Onarımı Hakkında Görüşler Veriyor

Bilim insanları E. coli bakterilerini haftada bir iyonize radyasyonla patlatarak eş zamanlı gerçekleşen bakterilerdeki radyasyon direncinin evrim sürecini gözlemledi.

Wisconsin-Madison Üniversitesi biyokimya alanında çalışmakta olan bilim insanları aktif zamanlı gerçekleşmekte olan evrim sürecine tanıklık ediyor.

Biyokimya profesörü olan Michael Cox ve ekibinin yaptığı çalışmaların Journal of Bacteriology dergisinde yayımlanan sonuçlara göre, ekibin hafta da bir iyonlaştırıcı-radyasyona maruz bıraktığı

E. Coli bakterilerinin radyasyona karşı dirençli bir hal aldıkları keşfedildi. Bunu yaparken, genetik mutasyonları ve gösterdikleri direncin altında yatan mekanizmalarıda ortaya çıkardılar.

Bulgulara göre, gelecekte radyasyon dirençli bakterilerin çevre temizliğinde ve yapılan düzenlemelerin çeşitli kullanım alanlarının olacağı, bunlara ek kanser tedavisi esnasında yararlı barsak bakterilerinin korunmasında da kullanılabileceği düşünülüyor.

Cox ve ekibi uzun bir süredir DNA onarımı ile ilgileniyordu, bu tüm organizmalarda hücresel süreçte stres sonucu örneğin iyolaştırıcı radyasyon gibi etmenler ile bozulmuş DNA parçalarının geri getirilmesiydi. Bu tip radyasyon doğada yüksek enerjidir; nükleer radyasyon, uranyum ve plütonyum gibi elementlerle ilişkilidir.

Aynı şekilde astronotlar radyasyonun bu tipini uzayda da gözlemledi. Bu seviyede ki radyasyona , düşük dozlu bazı kanser tedavilerinde ve medikal görüntüleme (röntgen, x-ray ışınlarında) rastlıyoruz.

Bazı organizmalar çoğunlukla da bakteriler doğal olarak yüksek seviyedeki iyonlaştırıcı-radyasyona doğuştan dirençlidir. Ancak, bilindiği gibi çoğu bakteri özelliklede E.coli çalışılması zor ve bilgi birikimi az olan türlerdir. Cox ve takımının yönlendirmesiyle radyasyon-dirençli bakteriler kendi gelişimlerini gerçekleştirdi.

”Yönlendirilmiş” evrim deneyi gayet basit. Başyazar ve doktora sonrası araştırmacısı olan Steven Bruckbauer E.coli popülâsyonlarını dört ayrı gruba ayırmış. Haftada bir, takımındaki lisans araştırma görevlileriyle beraber Tıbbi Fizik bölümünün ekipmanları aracılığıyla her bir grubu iyonize-radyasyona (popülâsyonun %99 ölene kadar) maruz bırakmış. Daha sonra hayatta kalanları çoğaltarak(%1’lik yani radyasyona tam direnç kazanmış olanlar) yeni bir bakteri kültürü oluşturdu. Yeni bakterilerin birçoğu bu faydalı mutasyon olan radyasyon direnci ile yetişti.

“Burada direnç sağlamakla ilgili olmayan mutasyonlarda bulunmakta ve bunlar belli bir amaç gütmeden ortaya çıkmıştır,” Cox bu durumu şöyle açıklıyor “Popülâsyonları dörde ayırarak çalışmamızın sebebi, karşılıklı popülâsyonlarda mutasyonları karşılaştırıp, model organizmaları kontrol edebilmek ve radyasyon direncinin ana taşıyıcılarının kimliğini saptamaktı“

Emeklerinin sonucu olarak araştırmacılar dirençli bakterilere sahip olmak için gereken radyasyon seviyesini tespit edilmiş oldu.

Çalışma, elli devirden sonra biriken mutasyonlara derinlemesine bir dalış yapar (yani bakterilerin elli kez ışınlandıktan sonra).

Bir dizi yürütülen analiz sonrası UW-Madison takımının ortağı olan Joint Genom enstitüsü, ABD Enerji Bakanlığının tesisi, E. coli de birkaç genin DNA tamirinde daha etkili olduğunu ki aynı zamanda E. coli de radyasyon direnci kazanmaya da yardımcıdır.

Bir başka mutasyon RNA polimeraz enziminde gözlemlenmekte, Transkripsiyon yani DNA’dan RNA sentezinden sorumlu bu enzim protein sentezlerinde çok önemlidir.

Genel olarak bu mekanizmalar; doğal bakteri direnci çokça gelişmiş DNA onarımı ile aynıydı hatta çoğu mutasyonun sebep olduğu değişiklikler daha önce görülmemişti. Bruckbauer DNA onarımına ek olarak RNA polimerazdaki değişimlerin varlığını, bunlarında başlı başına yeni bir direnç gösterme yöntemi olduğunu ortaya koydu. “Görebildiğimiz sadece bu mekanizmaların bize sunduğu tek bir direnç. Tanımlamadığımız ya da henüz gelişmemiş olan yeni olasılıklar hakkında düşünmek bile heyecan verici.  Sonuç olarak ortaya çıkmasını beklediğimiz doğada görülen başka mekanizmalar da var ama daha yeni bir çok özellik evrimleşmeye başlayabilir. Grup şuanda 125 devri geçiriyor seleksiyon  ve planlar gelecekteki genetik dönüm noktasının devrini bakteri direncinin nasıl bir hal aldığını görmek  için. Genetik dönüm noktasını devrini bakteri direncinin nasıl bir hal aldığını görmek için popülasyon yüz yirmi beşinci iyonize-radyasyon devrini geçiriyor. Popülâsyon yüz yirmi beşinci iyonize-radyasyon devrini tamamladı, yapılan planlar genetik dönüm noktasında bakteri direncinin nasıl bir hal aldığını gözlemlemek için devam ediyor.

Gerçi Radyasyon dirençli bakterilerin doğadaki varoluşu,  kullanış dolu oluşları çeşitli uygulamaları barındırmaları belirli mutasyonlara bağlı olabilir. Cox’a göre yapılan mutasyonların nasıl işlediğini bilmemenin ve hücrelerin DNA onarım sistemlerini geliştirmek için nasıl işlev gördüklerini açıklamanın çok zor olacağını açıklıyor. Radyasyon-dirençli bakterilerinin kanser tedavilerinin bazı yan etkilerini hafifletmek amacıyla probiyotik olarak kullanılabileceği ve nükleer atık alanlarının temizlenmesinde kullanılabilir. Buna ek olarak, NASA astronotların uzaydaki radyasyona maruz kalmasını endişe ediyor ancak Cox’un bu çalışması daha iyi korunma yöntemlerini ortaya çıkarmış olabilir. “Biz E.Coli ve diğer bakterilerin bu radyasyon hassasiyetinin DNA onarım proteinlerindeki birkaç modifikasyonla yüksek seviyede radyasyon direncine sahip olabileceklerini keşfettik. “ Bruckbauer “Bilgilerimize göre daha önce hiçbir laboratuvarda yapılmamış olan bu radyasyon-direnci deneyi hayatın ne kadarda adaptasyon içinde olduğunun en güzel örneğidir. “

Kaynak : sciencedaily.com