Katalog

Hücre yapıtaşlarında fosfor yerine arseniği kullanarak yaşayabilen bir bakteri gerçekten var mı? Yrd. Doç. Dr. Z. Neslihan Ergen (İstanbul Kültür Üniversitesi) NASA Astrobiyoloji Grubu, 2 Aralık 2010 tarihinde gerçekleştirdiği basın konferansı ile Dünya dışı yaşam formlarına yeni bir bakış açısı getireceğine inandığı bir araştırmanın bulgularını açıkladı. Ülkemiz medyasında “Dünya’da uzaylı yaşam bulundu!”, “Uzaylılar aramızda mı?” gibi haberlere konu olan bu araştırma kısaca, fosfor bulunmayan ancak arsenik açısından zengin ortamda büyüyebilen bir bakteri ile ilgilidir. Araştırmacılar GFAJ1 olarak adlandırdıkları bu bakterinin, hücre yapıtaşlarının neredeyse tamamında bulunan fosfor molekülü yerine, canlı organizmalar için zehirli olarak bilinen arsenik molekülünü kullanabildiğini öne sürdürüyor. Bu sonuçlar doğru ise, dünyamızda daha önce bilmediğimiz yeni yaşam formları olabileceği gibi, temel biyoloji ve biyokimya kitaplarının yeniden Şekil 1. Mono Gölü (Kaynak; www.wikipedia.org). yazılması bile gerekebilir. Ancak, makalenin en saygın bilimsel dergilerden biri olan Science Magazine’de (Sciencexpress) yayınlanmasının ardından (1), alanlarında öncü bilim insanlarıŞekil 2. Dr. WolfeSimon (sağda) ve Dr. Oremland nın çoğu sonuçların (solda) Mono Gölü dip çamurundan aldıkları örnekleri tatminkâr olmadığı, incelerken (Resim; Henry Bortman/Science). hatta yetersiz veri ile çıkarımlar yapıldığına dair, çalışmanın inanırlığını etkileyen eleştirilerde bulundu. (25) Dünyamızdaki tüm canlı formları, benzer kimyasal yapıları olan biyomoleküllerden (nükleik asitler, karbonhidratlar, proteinler ve yağlar) oluşurlar. Bildiğimiz anlamda yaşam, çok miktarda karbon, hidrojen, oksijen, nitrojen ve az miktarda fosfor ile sülfüre ihtiyaç duymaktadır. Bu altı elementten fosfor, aynı zamanda hücrenin kalıtsal materyalini oluşturan DNA’nın (deoksiribonükleik asit) ve enerji depo molekülü olan ATP’nin (adenozin trifosfat) temel yapı taşlarından biridir. Canlı organizmalarda kimyasal özellikleri benzer olan pek çok elementin birbirlerinin yerine kullanılabildiği bilinmektedir. Örneğin, enzim ailelerinin bazıları reaksiyon için gerekli olan çinko yerine kadmiyum kullanabilmekte, bazı eklembacaklılar ise havadaki oksijeni demir elementi yerine bakıra bağlayabilmektedirler. Ancak yaşamın temel yapıtaşlarını oluşturan altı temel elementin yerine başka elementlerin de kullanılabildiğine dair bilinen bir örnek mevcut değildir. Arizona State Üniversitesi BEYOND araştırma merkezinde CBT 1252 / 14 18 Mart 2011 doktora sonrası araştırmacı olarak görev yapan Dr. Felisa WolfeSimon’un öncülüğünde gerçekleştirilen bu araştırma, DNA molekülünün yapıtaşlarından biri olan fosfor elementi yerine arseniği kullanabilen bir bakteri türünün bulunduğunu öne sürmektedir. Dr. Felisa WolfeSimon, Dr. Paul C.W. Davies ve Dr. Ariel D. Anbar tarafından 2009 yılında International Journal of Astrobiology isimli bilimsel dergide yayımlanan “Yaşam aynı zamanda arseniği de seçti mi?” başlıklı makale, grubun söz konusu araştırmayı yaparken yola çıktığı hipotezleri gözler önüne sermektedir. (6) Fosfor elementinin yaşamın devamlılığını sağlamada görevli DNA gibi büyük makromoleküllerinin yapıtaşlarından biri olmasının sebebi, hücre içerisinde oluşturduğu fosfat yapılarının biyolojik pH’da kararlı yapıda olmasıdır. Periyodik tabloda alt alta bulunan fosfor ve arsenik elementlerinin kimyasal ve reaksiyona girebilme özellikleri birbirlerine çok benzer. Ancak biyolojik ortamda kararlı fosfat moleküllerini oluşturan fosforun tersine, arsenik elementinin oluşturduğu arsenat molekülleri son derece kararsız yapıdadırlar. Dr. WolfeSimon, Dr. Davies ve Dr. Anbar, fosfor kaynağının çok az olduğu yerlerde, yaşamın arsenat moleküllerini kararlı kılacak değişiklikler yaparak başlamış olabileceğini öne sürmekte. Bu hipotez, Dünya üzerindeki yaşamın birden fazla noktada doğduğuna inanmakta ve henüz kanıtı bulunmayan bu değişik kimyasal temele sahip yaşam formlarının “shadow biosphere”i (gölge biyosfer) oluşturduğunu savunmakta. Dr. WolfeSimon öncülüğündeki grup, Sciencexpress’de yayımlanan “Fosfor yerine arseniği kullanarak büyüyebilen bir bakteri” başlıklı makalede, tam da aradıkları gölge biyosfere kanıt olacak türde bir bakteri bulduklarını bildirmektedir. (1). zole edilen bakterinin ana yaşam ortamı, yaklaşık 200 µM konsantrasyonda arsenik içeren aşırı tuzlu ve alkali Mono Gölü’dür. (ABD, Kaliforniya eyaleti; bkz. Şekil 1.) Çalışma sırasında Mono Gölü’nün dip çamurundan alınan bakteri örnekleri sıvı bir kültür ortamına aktarılmışlar. (bkz. Şekil 2) Araştırmacılar, bu kültürden aldıkları örnekleri arsenik içeren ortama almış ve birbirini izleyen çok sayıda seyreltme sonrası bakteri sayısının arttığını gözlemlemiş. Son olarak, yüksek oranda arsenik içeren büyüme ortamına aldıkları bakteri örneklerini katı büyüme ortamında transfer ederek, oluşan bakteri kolonilerinden bir tanesini izole eden grup, çalışmalarının bundan sonraki kısmında GFAJ1 adını verdikleri bu koloniyi daha detaylı olarak incelemeye başlamış. GFAJ1, makalede de belirtildiği gibi yaşamını sürdürebilmek için arsenik elementine mutlak bağlı değildir. Arsenikli ortamda çok yavaş büyüyebilen bu bakteri, büyüme ortamına fosfor eklendiğinde ise daha hızlı çoğalmaktadır. Arsenik veya fosfor elementlerinden birinin bulunduğu ortamda büyüyen bakteri hücreleri, morfolojik olarak birbirlerinden farklılıklar gösteriyor. Arsenikli ortamdaki GFAJ1 hücreleri daha büyük ve neredeyse dairesel bir şekil alırken fosforlu ortamda hücreler ince, uzun ve eliptik şekildedir. (Şekil 3) Hücre içlerinin elektron mikroskobu ile incelenmesi, arsenik elementi ile büyüyen bakterilerin, çok sayıda ve büyük, içi dolu vakuoller içerdiğini ortaya koydu. (Şekil 4) Bu aşa Şekil 3. Arsenik (solda) veya fosfor (sağda) içeren ortamda büyüyen GFAJ1 bakterilerinin mikroskop görüntüleri (1). mada gerçekleştirilen kütle spektroskopisi analizleri, arsenikli ortamdaki bakterilerin beklenenden daha az miktarda fosfor içerdiklerini gösteriyor. Radyoaktif olarak işaretlenmiş arsenikli ortamda büyütülen bakteri kolonisinden izole edilen genomik DNA molekülünü, agaroz jel elektroforezi ve X ışını spektroskopisi (µXANES) ile inceleyen araştırmacılar, Mono Gölü’nde bulunan GFAJ1 bakteri türünün, hücrenin yapı aşlarını oluşturan nükleikasitler, protein ve yağ moleküllerinde fosfor elementi yerine arsenik elementini kullandığını, kesin bir dille bildiriyor. Makaleyi dikkatle inceleyen kimya, mikrobiyoloji ve moleküler biyoloji konularında öncü bilim insanları ise sunulan verilerin yeterliliğinden ve araştırma sırasında kullanılan deney yaklaşımından duydukları endişeleri dile getirdi. (25) Büyüme ortamında bulunan arsenik moleküllerinin fosfora olan benzerliklerinden ötürü hücre metabolizmasına girebilmesi ancak oluşturduğu ürünlerin kararlı yapıda olmaması nedeniyle, arsenik canlı organizmalar için toksik ve öldürücüdür. Ayrıca, yapısında arsenik bulunan moleküller su ortamında hızlı bir şekilde hidrolize olarak parçalanıyorlar. Genomik DNA’nın yapısında yüksek oranda arsenik bulunmasının, izolasyon sonrası suda çözülen molekülün hızlı bir şekilde parçalanmasına yol Şekil 4. Arsenik elementi içeren ortamda büyüyen GFAJ1 bakterilerinde olu açacağını vurguluyorlar. Ancak en önemli şan vakuoller (1). faktör, bakterilerin yetiştirildiği büyüme ortamında kullanılan vitamin ve minerallerden gelen fosforun varlığıdır. Bilim insanları, ortamda arsenik bulunsa dahi, bu kadar az miktarda fosforun bakterinin canlılığını sürdürmesi için yeterli olabileceğini, matematiksel hesaplara dayanarak gösteriyor. (2) Ayrıca, GFAJ1 bakterisinin, arsenik bulunan ancak fosfor eklenmemiş olan sıvı büyüme ortamında yaklaşık olarak 7 günde bir bölünebilmesi de, bu şekilde açıklanabilmekte. Eleştirilerden bir diğeri ise arsenik veya fosfor içeren büyüme ortamlarında bakteri hücrelerinde gözlenen morfolojik değişikliklerle ilgili. Buna göre, arsenik içeren ortamda oluşan içi dolu ve çok sayıda vakuol, hücrenin kuru ağırlığını arttırıp sitoplazma oranını düşürerek hücre sitoplazmasında fosfor gibi önemli elementlerin konsantrasyonlarının sabit Yazının devamı yan sayfada T RAZLAR