Arsenik-Sever Bakteriler, Hayatı Yeniden mi Tanımlayacak?

Arsenik dolu Kaliforniya göllerinden elde edilen bir bakteri türü, bilim insanlarını yaşamın biyokimyasını yeniden tanımlamaya itiyor. Sıradışı bakteri, görünüşe bakılırsa, temel hücresel mekanizmalarında kullandığı fosfor yerine ortamdaki arseniği kullanabiliyor. Bu çalışma bildiğimiz anlamda biyokimyayı biraz değiştirebilir. Benzer sistem, geçmiş ve günümüzdeki hatta diğer gezegenlerdeki  toksik koşullarda, başka organizmalar tarafından da kullanıyor olabilir.

Uzunca bir süredir, hayatın var olması için, fosfor, hidrojen, oksijen, karbon, azot ve sülfür gibi belirli temel elementlerin şart olduğu kabul ediliyor. Gerçekten de, bilinen tüm canlılar, bu elementleri muhakkak içeriyor. Bunlar içinden fosfat iyonu, PO₄^3-, özellikle hücrede DNA ve RNA yapısına katıldığı için büyük önem taşıyor. Öte yandan, hücrelerdeki en temel enerji birimi olan ATP‘nin (Adenozin trifosfat) yapısına katılmasından dolayı, yaşamın olmazsa olmazlarından biri.

Ancak, Jeomikrobiyolog Felisa Wolfe-Simon‘nın gerçekleştirdiği yeni çalışma, yaşamın fosfata düşünüldüğü kadar da bağlı olmadığını gösteren bazı bulgular ortaya koydu. Science dergisinde yayınlanan çalışma, California, Menlo Park‘ta keşfettiği Halomonadaceae familyasından bir proteobacteria türünün, hücre mekanizmalarında, fosfor yerine arsenik kullandığını ileri sürüyor. Bu sonuç, yaşam için gerekli elementler listesinden fosforun üstünü çizebilir.

Arsenik, periyodik tabloda, fosforun hemen altında yer alıyor. Her iki element de kimyasal reaksiyonlarda benzer özellikler gösteriyor. Örneğin, arsenat iyonu, AsO₄^3-, fosforda olduğu gibi tedrahedral yapıya ve 4 bağlanma bölgesine sahip. Fosfat’a bu kadar  benzemesi de, zaten toksik özelliğinin temelini oluşturuyor. Arsenik, hücreye fosfor taşıma mekanizmalarını kullanarak sızıyor.

Fosfor out, Arsenik in!

Dr. Felisa Wolfe-Simon

Wolfe-Simon, fosforun bu kötü ikiz kardeşinin, toksik özelliğinin yanı sıra,  fosforun hücredeki görevlerini de üstlenebileceğini düşünmüş. Arseniğe dirençli, aynı zamanda arseniği metabolik olarak kullanan bakterileri arama çabası, onu, California’nın Mono Gölü‘ne götürmüş. 180 km2‘lik göl, aşırı yüksek arsenik konsantrasyonuna sahip. Bu arseniğin kaynağı ise, çevre dağlardan yağmurla göle karışan ve arsenik taşıyan mineraller.

Wolfe-Simon ve çalışma arkadaşları, bu gölden elde ettikleri çamur örneklerini, içinde fosfat barındırmayan ancak yüksek arsenat içeren besinlere eklemiş. Arseniğe uzun süre maruz kalan örnek içinde, bir bakteri türünün diğerlerine kıyasla çok daha hızlı büyüyebildiği görülmüş. Araştırmacılar, bu organizmayı izole ettiğinde, bu organizmanın arsenat içeren besiyerinde, fosfor içeren besiyerde büyüyenlere kıyasla %60 hızda büyüdüğü görülmüş. (..ki arsenik gibi toksik bir madde için, bu iyi bir oran)

Çalışmanın sonraki basamaklarında, araştırmacılar, besinlerdeki arseniğin hücre içine alınıp alınmadığını; alınıyorsa nerelere alındığını incelemiş. Bunun için, radyoaktif işaretlenmiş arsenik, bu bakterilerin besinlerine eklenmiş. Bu sayede, hücrelerin kullandığı arseniğin hücrede hangi bölgelerde biriktiği tespit edilmiş.

Elde edilen sonuçlara göre, arseniğin hücre içine alındığı açıkça görülmüş. Lipidlerin, nükleik asitlerin, glikozun, proteinlerin ve ATP’nin bulunduğu hücre kısımlarında, normal üstü oranda arsenik tespit edilmiş.

Ancak, araştırma takımı, arseniğin DNA yapısına katılıp katılmadığını merak etmiş olacaklar ki, bu amaçla ayrıca çalışmalar gerçekleştirilmiş. Bakteri DNA’sında arsenik varlığını tespit etmek için, iki farklı kütle-spektrometri yöntemi kullanılmış. Spektrometri sonuçları, bakteri DNA’sının arsenik içerdiğine işaret ediyor.  Buna göre, DNA omurgasını oluşturan fosforların yerine, bu bakterilerin arsenik yerleştirdiği yönünde araştırmacıların elinde önemli bulgular bulunuyor. Öte yandan, X-ışını kullanılarak gerçekleştirilen analizlere göre, arsenik önce arsenat formuna dönüşüyor. Ardından (aynı fosforun yaptığı gibi) karbon ve oksijen ile bileşik oluşturuyor.

Wolfe-Simon, gerçekleştirdiği araştırmanın sonuçlarına oldukça güveniyor. Araştırmacı, çalışmaları için “verilerimiz, oldukça güçlü bir biçimde arseniğin fosfor ile yer değiştirdiğini gösteriyor,” şeklinde konuşuyor ve “Eğer bunu sıradan bir Halomonadaceae bakterisi yapabiliyorsa, diğerleri de yapabilir. Bu çalışma ile daha önce kimsenin görmediği yeni bir dünyaya adım atıyor olabiliriz.” diyerek ekliyor.

Daha Ayrıntılı Araştırmalar Şart!

NASA Astrobiyoloji Programı’nın başındaki isim Mary Voytek, elde edilen sonuçların sıradışı olduğunu kabul etse de kanıtları pek yeterli görmüyor. Voytek, çalışma sonuçlarının, arsenatın fosforun görevini tamamen karşıladığını kanıtlamadığını belirtiyor. (Vortek, 2 Aralık’taki basın toplantısında da yer alıyordu.)

Bakterinin Transmission Electron mikrografı

Florida International University’den Biyokimyager Barry Rosen de benzer fikirde… Rosen, arseniğin sadece mikrobial hücreler içinde bulunduğunun değil, aynı zamanda belirgin biyomoleküllerin yapısına katıldığının açıkça kanıtlanması gerektiğini düşünüyor. Rosen, “Araştırmacılar, arsenatın gerçekten de DNA’nın yapısında olduğunu kanıtlarıyla gösterselerdi, bu gerçekten ilgi çekici bir sonuç olurdu.” diyerek düşüncelerini belirtiyor.

Ayrıca Rosen, fosfor-arsenik değişiminin hücre için ne anlama geldiğini bilmediğimizin altını çiziyor. Rosen‘e göre, hangi biyomoleküllerin arsenik ile bağlandığını ve bağlı arseniklerin aktif ve fonksiyonel olup olmadığını bilmemiz gerekiyor.

Örneğin, ATP içindeki fosfat grubu arsenat ile değişir ise, enerji aktarım reaksiyonları normal koşullardaki gibi etkin olabilir mi? Ya da, glikoz metabolizmasındaki glikoz-6-fosfat bileşiği ile glikoz-arsenat bileşiği aynı reaksiyonlara girebilir mi? (Arsenat’ın glikoz ile yapacağı bağın daha zayıf olacağını hatırlatmakta fayda var.) Ayrıca, hücrede proteinler, fosfat gruplarına bağlanarak etkinliğini gösterir. Aynı durum arsenat için de geçerli olabilir mi?

Konuya farklı yönlerden yaklaşan araştırmacılar da bulunuyor. Hayatın kökeni üzerinde çalışmalar yürüten Kimyager Steven Benner, bunlardan biri. Benner, arsenatın, fosfora kıyasla daha zayıf bağlar yaptığını belirtiyor. Ki bu zayıf bağlar, normalden çok daha hızlı kırılabilir. Bu yüzden, bu bakteri, bu bağları güçlendirecek başka moleküllere sahip olabilir. Bu konular üzerinde durulması oldukça önemli. Çünkü arsenik gibi zayıf bağlanan bir molekülü, fosfor yerine koyduğunuzda önemli çelişkileri de beraberinde getiriyor.

Detayları kenara bıraktığımızda, çalışmanın bize çok şey öğrettiği konusunda birçok araştırmacı hemfikir. Araştırma, biyolojik sistemlerdeki moleküllere bakış açımızda bazı geleneksel yanlışlarımızı gösteriyor. Fosforun hayat için şart olduğu fikrini sorgulayabilmenin yanı sıra, bu organizmaların olası arsenik kirliliklerinin temizlenmesinde de kullanılması gündeme gelebilir.

Wolfe-Simon, bu bakterinin arsenik içindeki başarısını laboratuvar koşullarında elde etti. Fosfor yerine arsenik içeren besin kullanarak, bakterilerin bu tür bir adaptasyona sahip olmasını (dışarıdan etkilerle) sağladı. Çalışmanın bundan sonraki basamaklarında ise, bu bakterilerin doğal koşullarında da, bu tür fosfor-arsenik değişimi yapıp yapmadığı incelenecek ve yakın zaman içinde bakterinin genomu dizilenecek.

Benzer Haberler:

Hayatın Başlangıç Noktası: TNA

Ocak 10, 2012

Mars Yolcusu Mikroorganizmalar!

Kasım 9, 2011

3.4 Milyar Yıllık Fosil Gerçek mi?

Ağustos 23, 2011

Hayat, Bulutların Arasında mı Başladı?

Ekim 9, 2010

Yorumlar: (7)

Bağlantılı Sayfalar