Biyo-Tek Günlüğüm…

Birbirleriyle Konuşan Bakteriler ve Yeterli Çoğunluk Algılanması

Bakteriler çekirdeksiz (Prokaryot) hücreye sahip bağımsız yaşayabilen tek hücreli mikroorganizmalardır. Bakteriler ortalama 0,5-2 µm boyutlarındadırlar. Bakteriler o kadar yaygındır ki bugün dünyamızda bakterinin bulunmadığı yer yoktur diyebiliriz. En çok organik atıkların bol bulunduğu yerlerde ve sularda yaşarlar. Bununla beraber, -90 0C buzullar içinde ve +80 0C kaplıcalarda yaşayabilen bakteri türleri de vardır. Hava ile ve su damlacıkları ile çok uzak mesafelere taşınabilirler. Sadece bağırsaklarımızda yaşayan bakterilerin sayısı dünya nüfusundan fazladır. Ağzımızda 400 den fazla bakteri çeşiti vardır. Vücudumuzda tabii olarak bulunan bu bakteriler birçok işlemde bize yardımcı olmaktadırlar. Bu konudan probiyotik adlı yazımda bahsetmiştim. Bunların çoğundan haberdar değilizdir, ne zaman ki bazı bakteriler hastalığa yol açar biz baktriler o zaman duyarız. Aslında hastalık yapıcı bakteriler yararlı bakterilere nispetle daha azdır. Bakterilerin küçük olmaları sebebiyle herhangi bir işlemi yapabilmesi için sayıca artması gerekir. Yani topluluk olarak haereket etmeleri şart. Bunun içinde elbetteki iyi bir iletişim gerekli. Princeton Üniversitesinden moleküler biyolog Bonnie Bassler bakterilen bazı kimyasallar aracılığıyla adeta birbirleriyle konuştuğunu keşfetmiştir. Çok hücreli organizmalarda (insan gibi) çok miktardaki hücrelerin işleyişini senkronize eden  sinyalleme moleküllerinin varlığı biliniyordu. Bakterilerdeki bu kimyasal haberleşme oto-uyarıcı (autoinducer) denilen hormon benzeri moleküllerin üretilmesi, salınımı, tesbit edilip algılanması ve ona uygun cevap verilmesine dayanır. Yeterli çoğunluk algılanması (Quorum Sensing) olarak moleküler biyolojide kendine yer bulan bu işlem bakterilerin diğer bakteriler için ortamı gözlemesine ve o ortamdaki bakterilerin sayısı ve/veya tür sayısının değişimine göre popülasyon bazında yani toptan bir davranış değişikliğine (fizyolojik ve patolojik) yol açar. Yeterli çoğunluk algılanması ile kontrol edilen mekanizmaların çoğu bakteriler ferdi olarak yaptığında verimsizdir, ancak çok sayıda bakterinin eş zamanlı hareket etmesi bu işlemin yararlı bir sonuç vermesini sağlar. Bu sayede tek hücreli canlılar olan bakteriler gurup halinde hareket ettikleri için bir nevi çok hücreli canlı gibi davranırlar.

Yeterli çoğunluk algılanması ve kimyasal konuşmaya en güzel örneklerden biri bazı canlılarda biyolüminisans yani ışık yaymaya neden olan Vibrio fischeri bakterisi. Bu bakteri okyanuslarda bulunur ve eğer sayıları çoksa ortama biyolüminisans ile ışık verdiğini goruruz, ama sayıları az iken ortama ışık vermezler. Burdan anlıyoruz ki, Vibrio fischeri aslında kendi nüfusunun ne olduğunu biliyor ve buna göre ortama ışık yayıyor veya yaymıyor. Bu olay aslinda pozitif geri beslemeye (positive feedback) çok güzel bir örnektir. Işık yayma zincirleme reaksiyonlarında iki temel protein görev alır. LuxI ve LuxR proteinleri. LuxI, HSL adında başka bir proteinin üretilmesini sağlar. Oluşan HSL, LuxR ile birleşip daha çok LuxI üretimini sağlayacak otokatalizör görevi görür. LuxI oluşumu esnasında lusiferaz enzimi de üretilir. Lusiferaz ışık üretilmesinden sorumludur. Şimdi bir bakteri kolonisinde bakteri sayısı ne kadar fazlaysa o kadar çok öncü diyebileceğimiz moleküller üretilecek. Bu ise zincirleme reaksiyonun diğer ürünlerinin miktarını artıracak. Az sayıda bakteri olduğunda yayılan ışık etkisiz olacak çok sayıda bakteri olduğunda pratikde ışık yanıyor olacak.  Bazı hastalık yapıcı bakteriler bu kimyasal iletişimle belli bir sayıya ulaşmadan saldırıya geçmiyorlar. Erken taarruz savunma sistemi tarafından mağlubiyete uğramak demek olabilir.

Kısa kuruklu Hawai mürekkepbalıkları çok ilginç savunma-avlanma mekanizmasına sahiptirler. Gözlerinin haricinde çok özel bir ışık organına sahip olan bu hayvanlar deniz yüzeyinden gelen ışık miktarının aynısını, karanlık ise karanlık aydınlıksa aydınlık, ışık organlarının içinde bulunan Vibrio fischeri' nin yaydığı ışıkla dengelemektedirler. Bu sayede tam anlamıyla görünmez olurlar. Işık miktarını ise ışık organındaki bakteri miktarını artırıp azaltarak kontrol etmektedirler. Çünkü, hatırlayın o bakteriler yeterli çoğunluk algılanması ile hareket ediyorlar.

Bu kadar ilginç ve birbirine bağımlı kompleks mekanizmaların tesadüfler zinciriyle ortaya çıkması akla uygun gelmiyor doğrusu.