Ana Sayfa Ekoloji “Conan the Bacterium”: Deinococcus radiodurans

“Conan the Bacterium”: Deinococcus radiodurans

11 Ocak 2022

3458

Dayanıklılık bütün canlılar için önemlidir. En ekstrem koşullarda bile yaşayabilen canlıların üreyip çoğalması kaçınılmazdır. Besin ve alan rekabeti açısından oldukça rahat olabilen canlılar, hiç şüphesiz yaşama en adapte olmuş canlılardır ve yaşam mücadelesini doğaya en fazla adapte olan canlı kazanır. Bu yazıda Guinness Rekorlar Kitabı’na göre dünyanın en dayanıklı canlısı olarak kabul edilen D. radiodurans‘ı anlatacağım.
D. radiodurans, radyasyona bilinen en dayanıklı canlıdır. İsminin anlamı “radyasyona dayanabilen garip meyve” olan bu kızıl bakteri için bir insanın dayanabileceği radyasyon seviyesi, onun için çocuk oyuncağıdır. Öyle ki insanın dayanabileceği maksimum radyasyon dozu 5Gy iken; D. radiodurans bakterisinin hiç hasar almadan dayanabileceği radyasyon dozu 5.000Gy’dir. Popülasyonda %37 oranla canlılığının devam edebilmesi için 15.000 Gy radyasyona maruz kalmalıdır. Bu dozlar insanın dayanabileceği maksimum dozun ~1.000 ve ~3.000 katı kadardır^{[1, 2, 4]}.

Tetrat bir *D. radiodurans* hücresi. *[g.1]*

D. radiodurans Soy Ağacı

Domain: Bakteri
Şube: Deinococcus-Thermus
Sınıf: Deinococci
Takım: Deinococcales
Familya: Deinococcaceae
Cins: Deinococcus
Tür: Deinococcus radiodurans

D. radiodurans’ın varlığı neredeyse her şeyin mümkün olduğunu gösteriyor.
Sarah E. DeWeerdt

D. radiodurans Genel Özellikleri

D. radiodurans, çift veya tetrat hâlde bulunan hareketsiz, sporu olmayan, mezofilik ve küresel bir bakteridir. Ayrıca, bakterinin gram-pozitif özellikte bir hücre duvarına sahip olmasına rağmen, bu hücre duvarının yapısı gram-negatif bakterilerinkine benzemektedir. Zorunlu aerobik kemoorganoheterotrof (bir çeşit metabolik kalite) bir canlıdır. Yani kimyasal enerjisini organik maddelerden elde etmek için oksijen kullanmak zorundadır. Optimum büyüme sıcaklığı 30°C olup sert iklimlerde de üreyebilmektir. Sert iklim haricinde, asidik/bazik/tuzlu ve kurak alanlarda da rahatça üreyebilmektedir. Bu sayede poliekstremofil canlı özelliğindedir^{[1, 2, 4]}.

Genomu, biri 2.65 milyon baz çifti, diğeri 412 bin baz çifti uzunluğunda olan iki dairesel kromozom; 46 bin baz çiftinden oluşan bir plazmid ve 177 bin baz çiftinden oluşan bir megaplazmid içerir^{[1, 2, 4]}.

D. radiodurans‘ın 2 saat 14 dakikada tamamlanabilen hücre bölünmesi. [g.2]

D. radiodurans‘ın Hikâyesi ve Kendini Onarma Durumu

D. radiodurans‘ın bulunuş öyküsü tamamen rastlantısaldır. 1956 yılında Arthur W. Anderson tarafından rastgele keşfedilmiştir.

Arthur W. Anderson bir konserve ete, γ (gama) ışını yolladı. Buradaki temel amaç konserveye γ ışını gönderince bir daha bozulup bozulmayacağını öğrenmekti. γ ışını gönderdiği konserve et beklenenin aksine bozuldu ve D. radiodurans‘ı keşfetti. Hangi bakteri böyle bir sterilizasyona dayanabilirdi ki? Daha sonraları D. radiodurans‘ın genomunun yüksek radyasyonda parçalandığını, ancak organizmanın parçalarını yeniden topladığını görülmüştür. Genom yeni gibi olmuştur; hem de birkaç saat içinde! ^{[4, 5]}

Dünyadaki hiçbir yer bu bakterinin neden bu kadar radyasyon direnci göstermesine gerek duyduğunu açıklayamıyor, ki bakterinin tam olarak doğal yaşam alanın neresi olduğu konusunda da kafa karışıklıkları mevcut. İlk bakışta DNA onarım genleri yok gibi gözükmüş olmasına karşın Uniformed Services University of the Health Sciences (USUHS)’tan Michael J. Daly ve ekibi, DNA onarım genlerinde oluşan sıradan ve geleneksel bir paket buldu. Bu paketlerin, E. coli‘de D. radiodurans‘tan daha fazla bulunmasına rağmen D. radiodurans‘ın daha etkili onarım yaptığı düşünülüyor. Bu düşüncenin temelini son zamanlarda da yapılan araştırmalar doğrultusunda radyasyon direnci için gerekli olan RecA proteini oluşturuyor. Ayrıca oksitadif stres hasarından koruyan Mn(II) kompleksleri ve verimli hasar temizleme sistemleri DNA’nın geri oluşmasında önemli bir rol oynar. Michael M. Cox ve Kim Jong-Il, RecA proteininin E. coli ve D. radiodurans üzerindeki işlevlerini karşılaştırmakla beraber, DNA’nın yeniden oluşma sürecinin her iki türde de farklı yollarla gerçekleştiğini tespit edilmiştir. Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) dergisinde de bu olayı destekler nitelikte “RecA proteinleri üst üste binen parçaları bulmada ve birbirine birleştirmede rol oynayabilir.”^[2] denmiştir^{[1, 2, 3, 4, 5]}.

Organizma, genomunu mutlak sadakatle bir araya getirebilir.
Claire M. Fraser

D. radiodurans Bakterisinin Biyoremediasyon Yeteneği

Biyoremediasyon, bir çevre kirliliğinin organizmalar tarafından uzaklaştırılması veya temizlenmesidir. D. radiodurans da biyoremediasyon mikroorganizması olarak kullanılmaktadır. Citrobacter freundii ve Pseudomonas aeruginosa gibi bakteriler metalik ve organik kirleticileri dönüştürme yeteneğine sahiptir. Ancak bu bakteriler yüksek radyasyonca zengin ağır metalleri ve sıvı nükleer atıkları radyoaktiviteye dayanamadıkları için dönüştüremezler. İşte bu noktada D. radiodurans devreye girer. Doğal bir biyoremediasyon bakterisi olan D. radiodurans, radyasyona dayanıklı olduğu için makul bir dönüştürücüdür ve bu sayede nükleer atık alanları için de idealdir. MerA proteinini taşıyan suşlar, oldukça toksik olan Hg(II) molekülünü daha az toksik olan Hg elementine dönüştürebilirken, bazı rekombinasyonlu suşları ise çeşitli organik subsratları oksitler. Bu sayede çevreden radyoaktif ağır metalleri veya sıvı nükleer atıkları uzaklaştırdığı gibi, organik molekülleri de inaktif hâle getirebilir. Fizikokimya yöntemlerine göre daha ekonomik ve çevre dostu olması sebebiyle biyomühendislikte kullanımı popülerleşmiştir^{[6, 7]}.