Bilim Bakterilerin İçini Görmeyi Başardı

Elde edilen yeni görüntüler, mikropların içinde gizemli minik yapılar bulunduğunu ortaya çıkardı, minik kuleler, balık oltaları, tren rayları ve at nalları bunlardan bazıları.

Hücre Zarının Altı: Araştırmacılar bakterilerin içinde bazı gizemli yapılar bulunduğunu keşfettiler. Örneğin, kesecikler adı verilen bu balona benzeyen bölmeler; bunlar Halothiobacillus neapolitanus bakterisinin hücre zarı (açık mavi) ile hücre duvarı (mor) arasında yer alıyorlar, (üstte, kriyotomogram görüntüsü; altta, 3B bir modeli). Fotoğraf: M.J. Dobro/Journal of Bacteriology 2017 Yüzeylerine bakıldığında bakteriler, yavan ve şahsiyetsiz canlılar gibi görünürler. Ama yeni bir araştırmanın ortaya çıkardığına göre, içlerinde gözle görünenden daha fazlası olup bitiyor. İngiltere, Kent Üniversitesi'nden yapı araştırmacısı ve hücre biyoloğu Martin Warren, ''uzun yıllar boyunca bilim insanları, bakterilerin içinde yapılar bulunmadığını düşündüler ve sadece enzim taşıyan taşıyıcılar olduklarına inandılar,'' diyor. Şimdiyse bir grup araştırmacı, bakterilerin içinde çok miktarda gizemli yapı ve kompartıman olduğunu açıkladı. Araştırmacılar, Journal of Bacteriology dergisindeki makalelerinde, bu yapıların fonksiyonları hakkında, ''şu an kimse bir şey bilmiyor olsa da, onları yapmak için bu kadar çok enerji harcadığına göre, bakteri için önemli olmalılar,'' diye belirtiyorlar. Bir başka bilim takımı da, Science dergisinde yayınlanan makalelerinde, komple bakteriyel mikro kompartımana ait ilk atom ölçeğinde görüntüyü sundu. Mikro kompartımanlar protein yuvalardır, bakteri bunları bazı kimyasal reaksiyonları hücrenin geri kalanından ayrı gerçekleştirmek için kullanır. Araştırmacılar, mikro kompartımanların nasıl oluştuğunun anlaşılması halinde, bu sayede biyo teknoloji ve tıp alanında önemli uygulamaların ortaya çıkarılabileceğini söylediler.

Özel Cepler

Mikro kompartıman adı verilen bu protein yuvalar, bakteri tarafından, önemli kimyasal reaksiyonları tek bir yerde toplamak amacıyla kullanılır. Araştırmacılar Haliangium ochraceum adı verilen tuzlu su bakterisinin mikro kompartımanının komple bir 3B modelini yaptı. BMC-H (mavi) ve BMC-T (yeşil) proteinlerinden oluşan altıgen şeklinde yapılarla, BMC-P proteininden (sarı) oluşan beşgen şeklinde yapılar birleşerek cep oluşturuyorlar. Virüsleri saymazsak, bu model, bilim insanlarının atomik seviye çözünürlükte gördükleri en büyük protein yapıdır. Haliangium ochraceum bakterisinin mikro kompartımanının modeli. Fotoğraf: Markus Sutter, MSU/LBNL Warren, bakterinin aslında ne kadar kompleks olduğunu gösteren iki farklı çalışma bulunduğunu belirtiyor. Kendisi bu iki çalışmadan herhangi birinde yer almamış. ''Her ikisi de muhteşem çalışmalar. Eğer biri mikrobiyoloji sıkıcıdır diye düşünüyorsa, bunlara bir göz atmalarını öneririm,'' diyor. 1950'lerden beri biyologlar, fotosentetik siyanobakteri bakterisinin, önemli bir fotosentez enzimine ev sahipliği yapan ve karboksizom adı verilen mikro kompartımanlar yaptıklarını zaten biliyorlardı. Bakterilerin yaklaşık olarak % 20'si (fotosentez yapmayanlar da dahil), benzer mikro kompartımanlar yapmalarına yarayan genlere sahiptirler. Ufak odaların çoğu, sadece bakteri beslenme amacıyla kullanabileceği belli moleküllerle temas ettiğinde ortaya çıkıyor. ''Örneğin, bazı patojen bakteriler insanların bağırsaklarındaki mukusu sindirebilmek için mikro kompartımanlar oluşturuyorlar,'' diyor Warren. Çok sayıda araştırmacı, ilaç, endüstriyel kimyasal ya da biyoyakıt yapmak amacıyla mikro kompartımanlar oluşturmaya çalıştı. Bilim insanları yapıların konstrüksiyonunu tam olarak anlamadıkları için bu zor oldu. Proteinlerin, beşgen ve altıgen şeklinde birimler oluşturmak için birbirlerine bağlandıklarını biliyorlardı, ama alt birimlerin çok taraflı küreler halinde nasıl bir araya geldiklerini bilmiyorlardı. ''Lego tuğlaları ile oynamak ama tuğlaların nasıl birleştirildiklerini anlamamak  gibiydi,'' diyor, ABD, Evanston, III kentinde bulunan Northwestern Üniversitesi'nden sentetik biyolog Danielle Tullman-Ercek. ''Buna ilaveten, tekil birimler kavisliydi, bir taraflarında bir oyuk ve diğer taraflarında bir çıkıntı bulunuyordu,'' diyor, İrlanda'da bulunan College Corg Üniversitesi'nde tıp mikro biyoloğu olan Michael Prentice. ''Ama, mikro kompartımanların iç kısımlara doğru oyuk olarak mı, çıkıntı olarak mı devam ettiği belli değildi.'' Şimdiyse, Science dergisinde yayınlanan bir makaleye göre, bütün bu soruların yanıtlarını aramak amacıyla, yapı biyoloğu Cheryl Kerfeld liderliğinde araştırmacılar, Haliangium ochraceum bakterisindeki mikro kompartımanları incelemek üzere, X-ışını kristalografi ve kriyo-elektron mikroskopisinin bir kombinasyonu kullandılar. ''Oyuntular mikro kompartımanların dış yüzeylerini, aynen golf topunun üzerineki oyuklar gibi kaplamışlardı,'' diyor  East Lansing'deki Michigan State Üniversitesi ve Kaliforniya'daki  Lawrence Berkeley National Laboratuvarı'ndan Kerfeld.

Eyfel Kulesi

Prosthecobacter debontii adında bir tatlı su bakterisi, yüzeyini mini Eyfel kulelerine benzeyen uzantılarla kaplamıştır. Aşağıda bu yapıları gösteren bir kriyotomogram görüntüsü bulunmaktadır. Yapının, sol ve sol üstte içe giren kısım, sağda 3B yandan görüntü ve sağ üstte tepeden ve içe saplanan kısma ait görüntüsü mevcuttur. Bilim insanları bu karmaşık uzantıların nasıl kullanıldıklarını bilmemektedir. Fotoğraf: M.J. Dobro/Journal of Bacteriology 2017 Kerfeld'in takımı, alt birimlerin kenarlarının çift taraflı olarak birbirleriyle düz tabakalar oluşturmak üzere uç uca bağlantı kurabildiklerini ve bir açıda birbirlerine katılarak, kıvrık bir yüzey oluşturabildiklerini buldu. ''Bunu tahmin edemezdik,'' diyor Kerfeld. Araştırmacılar, altıgen şeklindeki alt birimlerden bazılarının üst üste yığılarak küreye düzensiz bir görünüm verdiğini buldular. Takımdakiler halen, alt birimlerin konumlarının kompartımanın fonksiyonunu nasıl etkilediğini araştırıyorlar. Bakterilerin içinde bulunan tek gizemli yapılar mikro kompartımanlar değil. Caltech'te hücre yapı biyoloğu Grant Jensen ve çalışma arkadaşları, geçtiğimiz on yıl boyunca, elektron kriyotomografisi kullanarak, 88 bakteri türüne ait 15.000'den fazla görüntü elde ettiler. Teknikte hücreler öyle hızlı donduruluyor ki su molekülleri kristaller oluşturamıyor. Hücreler sanki canlıymış gibi muhafaza ediliyorlar, böylece bilim insanları içlerinin gerçekte nasıl göründüğüne bakabiliyorlar. Jensen'in takımı Eyfel Kulesi'ne, oltaya, at nalına, tren rayına, iplikçiklere ve fileye benzeyen yapılar buldular. Ayrıca, bakteri hücrelerinin içinde ya da hücre zarı ile hücre duvarı arasında pek çok farklı kompartıman açığa çıktı. ''Onları tanımlayabileceğimizden daha hızlı keşfediyorduk,'' diyor Jensen. Takımı fotoğrafları Journal of Bacteriology dergisinde yayınladı. ''Bilimin gelişmesi açısından en doğrusunun onları herkese göstermek olduğunu düşündük,'' diyorlar. Görüntülerin böyle kitle kaynak şeklinde diğer araştırmacılarla paylaşılmasının, bu yapıların gizemlerinin ne olduğunun çözülmesine ve işlevlerinin anlaşılmasına katkı sağlamasını umuyorlar. Sarmal: Hyphomonas neptunium adlı bir okyanus bakterisi, büyüme bir sap içerisinden sarmal halinde lif demetleri geçiriyor. Araştırmacılar, tren rayına benzeyen bu demetlerin süper sarılı DNA'dan oluşmuş olabileceğini düşünüyorlar.
Fotoğraf: M.J. Dobro/Journal of Bacteriology 2017   Ağ: Vibrio cholerae adlı virgül şeklindeki bakteri (bu bakterinin bazı cinsleri koleraya yol açar), uzun, ağa benzer lifler yapıyor.
Fotoğraf: M.J. Dobro/Journal of Bacteriology 2017   Nazarlık: Bazı bakteriler zarları, at nalı kesecikler şeklinde büküyorlar. Örneğin, resimdeki Ralstonia eutropha bakterisi, bir toprak ve su bakterisi olup, biyo ıslah amaçlı kimyasal çözme işleminde kullanılmaktadır.
Fotoğraf: M.J. Dobro/Journal of Bacteriology 2017   Depo Alanları: Caulobacter crescentus bakterisi genellikle, depolama cisimciklerinin (turuncu) etrafına sarılı düz kesecikler (yeşil) ihtiva etmektedir. 
Fotoğraf: M.J. Dobro/Journal of Bacteriology 2017 ScienceNews