Gözlerinizi kapatın ve mikropları gözünüzde canlandırın. Belki de bağırsaklarımızda yaşayan Escherichia coli’yi, parıldayan altın stafilokok toplarını veya Lyme hastalığına neden olan spiral spiroket halkalarını düşünüyorsunuz. Muhtemelen, bir hücre düşündüğünüzde, tür ve şekli ne olursa olsun, muhtemelen tek bir hücre veya belki de bir grup serbest yaşayan hücre hayal ettiniz.
Bakteriler sıklıkla biyofilmler olarak bilinen geniş, kalıcı topluluklar halinde gelişen yapışkan maddeler aracılığıyla yüzeylere yapışırlar. Dişlerinizin plağı, kateter enfeksiyonları, gölet pislikleri ve küvet giderinizi tıkayan çamur, biyofilm örnekleridir.
Bununla birlikte, Otto Cordero’nun laboratuvarında Massachusetts Teknoloji Enstitüsü’nde doktora sonrası araştırmacı olan Schwartzman’ın yakın tarihli araştırması, açık suda yüzen ve devasa konglomeralar oluşturmak için bir demirleme noktasından yoksun olan bakterilerin bile çok hücreli formlarda kalabildiğini gösteriyor.
Bu çok hücreli formlar, Schwartzman, Cordero ve meslektaşları tarafından Current Biology’de yayınlanan yakın tarihli bir araştırmada gösterildiği gibi, bakterilerin tek hücreli organizmalarda sıklıkla bulunandan önemli ölçüde daha karmaşık bir yaşam döngüsü geliştirmesinin bir sonucu olarak ortaya çıktı.
Schwartzman, daha temel bir şeyi anlamaya çalışırken deniz bakterilerinin çok hücreli olduğunu keşfetti.
Aljinat olarak bilinen jelatinimsi bir karbonhidrat, genellikle açık okyanustaki deniz bakterileri için tek enerji kaynağıdır. Aljinat, glikoz, fruktoz ve hücre zarından kolayca geçebilen diğer basit şekerlerin aksine, genellikle onları yiyen bakterilerden daha büyük olan uzun, sarmal ipliklerden oluşur. Bakterilerin aljinatı parçalamak için salgıladığı sindirim enzimleri kolayca seyreltilip açık okyanus sularında yıkanabildiğinden, Schwartzman bakterilerin nasıl etkili bir şekilde ziyafet çektiği hakkında daha fazla şey öğrenmekle ilgilendi.
Aljinat içeren ısıtılmış et suyu şişelerinde ışıldayan deniz bakterisi Vibrio splendidus’un büyümesini izlemeye başladı. Schwartzman ve Ebrahimi’nin şişeleri, Vibrio bakterilerini nispeten küçük miktarlarda büyük boyutlu aljinat polimerleri üzerinde yaşamaya zorladı.
Ancak Schwartzman veri toplamaya başladığında basit bir hata yaptığına inanıyordu. Berrak, kehribar renkli kültür suyu, bakteri büyüdükçe bulanık bir güveç haline gelir. Schwartzman, şişedeki mikroorganizmaların sayısını çıkarmayı başardı ve bulanıklığı ölçerek hücrelerin ne kadar hızlı bölündüğünü hesaplamak için bir büyüme eğrisi oluşturdu. Büyüme oranlarını belirlemeye yönelik bu yöntem, bakteriyologlar tarafından uzun yıllardır kullanılmaktadır. Schwartzman, bunu yıllar içinde doktora sonrası olarak kaç kez gerçekleştirdiğinin sayısını unutmuştu.
Bununla birlikte, Vibrio kültürlerinin büyüme eğrisi, alışılmış yavaş yavaş yükselen çizgiyi değil, bir roller coaster’ın izini andıran dalgalı bir zikzak sergiledi. Prosedürü tekrarlamaya devam etti, ancak çorba, mikroplar nedeniyle beklediği gibi bulanık olmadı.
Schwartzman, bir cam mikroskop lamı üzerine kültür sıvısından bir damlacık yerleştirdi ve ne olduğunu görmek için mercekten bakmak için 40x büyütme kullandı. Bireysel Vibrio sürüleri yerine, o ve Ebrahimi, yüzlerce veya binlerce birlikte var olan bakteriden oluşan çarpıcı, katmanlı küreler gözlemledi.
Schwartzman, “Sadece bir bakteri küresi değildi. Bu bir küre ve merkezde hücrelerin karıştığını görebilirsiniz.
Daha fazla araştırma, Vibrio’nun denizde beslenmenin karmaşık sorununa çözümünün içi boş küreler tarafından temsil edildiğini ortaya çıkardı. Tek bir bakteri ancak bu kadar enzim üretebilir; Birlikte vibrio kümeleme, önemli ölçüde daha hızlı aljinat bozulmasına izin verir. Bir noktaya kadar, Schwartzman’a göre bu başarılı bir taktik. Çok fazla Vibrio olduğunda, onları destekleyecek aljinattan daha fazla bakteri vardır.
Bakteriler daha karmaşık bir yaşam döngüsü yaratarak soruna bir çözüm buldu. Bakteriler için üç farklı yaşam dönemi vardır. İlk başta, tek bir hücre tekrar tekrar bölünür ve yavru hücreler genişleyen kümeler halinde toplanır. Topaklanmış hücreler, ikinci aşamada kendilerini içi boş bir küre şeklinde yeniden düzenlerler. En dıştaki hücreler, kendilerini birbirine bağlarken küçük bir kar küresine benzeyen bir şey üretirler. İçerideki hücreler daha fazla hareketlilik geliştirir ve sınırlı aljinatı yedikçe yüzmeye başlarlar. Kırılgan dış katman, üçüncü aşamada kırılır ve iyi beslenmiş iç hücreleri döngüyü yeniden başlatmak için serbest bırakır.
Her adımda aktivitelerini düzenlemek için birkaç gen kullanarak, Vibrio’daki bakteriler etkin bir şekilde heterojen bir hücre koleksiyonuna dönüşür. Ocak ayında Güney Kaliforniya Üniversitesi’nde kendi laboratuvarını açacak olan Schwartzman’a göre, hücreler çerçeve içindeki komşularıyla etkileşime girdiğinde “şaşırtıcı miktarda karmaşıklık” ortaya çıkıyor. Bakteriler sürekli olarak çevrelerinden bilgi alırlar ve ara sıra çevrelerini değiştirecek şekilde tepki verirler.
Vibrio, bu karmaşıklıktan çeşitli şekillerde yararlanır. Bakterinin aljinatı uygun şekilde sindirme yeteneği, yaşam döngülerini çok hücreli bir aşama içerecek şekilde değiştirmeye bağlıdır: İçi boş kabuk, enzimleri yoğunlaştırmaya ve aynı zamanda popülasyonlarını artırmaya hizmet eder. Bu arada topluluğun yapısı gereğinden fazla hücrenin doğmasını yasaklar. Küredeki her hücre bir klon olduğundan, kabuğun hücrelerinin üreme şansı reddedilir, ancak DNA’ları yine de sonraki nesilde hayatta kalır.
Çok Hücreli Bakteriler
Avrupa Moleküler Biyoloji Laboratuvarı’nda mikrobiyal gelişimin tarihini inceleyen ve araştırmaya dahil olmayan Jordi van Gestel, çabayı “harika bir yayın” olarak nitelendirdi. Van Gestel’e göre bulgular, mikrobiyal grup yaşamının istisnadan ziyade kural olduğu argümanını desteklemektedir.
Böyle basit mikroorganizmalardaki yaşam döngüsünün karmaşıklığı zekice resmedilmiştir, diye belirtti.
Avustralya’daki Macquarie Üniversitesi’nden mikrobiyolog Anahit Penesyan, Schwartzman ve Cordero’nun çalışmalarının bakteri varsayımlarına ilişkin değerli bir test sunduğunu iddia ediyor. “Bir mikrobun yalnızca tek bir hücre olduğu fikrimize kazınmış” olduğu için, araştırmacıların mikrobiyal varoluşa hükmedebilecek karmaşık kalıpları araştırmakta sıklıkla başarısız olduklarını iddia etti. Bir kişi, “Bir tohuma veya spora bakarak tüm bitkinin nasıl olacağını tahmin etmeye çalışmak gibi” dedi.
Yaşamlarının en azından bir kısmı için çok hücreli hale gelebilen artan sayıda bakteri, şimdi yeni Vibrio keşfine dahil edilmiştir. Georgia Institute of Technology’nin geçen yıl yayınlanan araştırmasına göre, laboratuvarlarında, tek hücreli mayalar sadece iki yıl içinde hızla büyük çok hücreli formlara dönüştü. Ve Ekim ayında, Japon bilim adamları mağara duvarlarında gelişen çok hücreli bakteriler bulduklarını bildirdiler. Yeraltı akıntıları kayaları sular altında bıraktığında, çok hücreli bakteriler yeni alanları kolonize etmek için tohumlar gibi özel hücreleri dışarı atar.
Hem Schwartzman hem de van Gestel, çok hücreliliğin yaşam tarihinin erken dönemlerinde ortaya çıktığını ve bakterilerin tek hücreli gibi görünen uzak ataları olan arke ile paylaşıldığını iddia ediyor. Bilim adamlarının karşılaştırılabilir özelliklere sahip ek türler keşfetmesinin sadece bir zaman meselesi olacağına inanıyorlar; Schwartzman şimdiden keşfetmeye başladı.
Chicago Üniversitesi’nden emekli bir profesör olan mikrobiyolog James Shapiro, onu bulacağından emin.
Shapiro ve Princeton Üniversitesi’nden Bonnie Bassler gibi mikrobiyolojideki diğer öncüler, 1980’lerde, iyi çalışılmış bakterilerin tek hücreli yaşam tarzının, sıklıkla üretildikleri sentetik şişe koşullarının bir yan ürünü olduğunu gösterdi. Shapiro, 1998’de Annual Review of Microbiology’de yayınlanan bir makalede bakterilerin tek hücreli olmadıklarını öne sürdü. “Aslında tüm bakterilerin çok hücreli varlıklar olduğu sonucuna vardım.
Shapiro, yaklaşık 40 yıllık kariyeri boyunca teorisinin evrimine, sapkınlığa yakın olmaktan sorgulanamaz olmaya tanık oldu. “İlk başta, sadece şaşkınlıkla dikkatimi çekti, ama şimdi bu geleneksel bir bilgelik. “Çok hücrelilik, doğası gereği bakterilerin bir özelliğidir.”
Kaynak: quantamagazine – Carrie Arnold
