bakteri̇leri̇n uyuyan vi̇rüsleri̇n geneti̇k materyali̇yle kendi̇leri̇ni̇ nasil 'aşiladiklari'

Özet: Bilim insanları, bakterilerin kendilerini belirli faj istilacılarından nasıl koruduklarına yeni bir ışık tuttuklarını söylüyorlar - zayıflamış, uykuda olan fajlardan genetik materyali ele geçirerek ve bir bağışıklık tepkisi ortaya çıkarmak için kendilerini 'aşılamak' için kullanarak.

Ayrıntılı Açıklama

İnsanlar gibi bakteriler de virüsler tarafından istila edilir. Bakterilerde bu viral istilacılara Yunanca bakteri yiyen anlamına gelen bakteriyofaj ya da kısaltılmış haliyle "faj" adı verilir. Bilim insanları, insan bağışıklığını daha iyi anlamak ve hastalıklarla mücadele yolları geliştirmek amacıyla tek hücreli organizmaların faj enfeksiyonundan nasıl kurtulduğunu öğrenmeye çalıştılar.

Şimdi, Johns Hopkins Medicine bilim insanları, bakterilerin kendilerini belirli faj istilacılarından nasıl koruduklarına yeni bir ışık tuttuklarını söylüyorlar - zayıflamış, uykuda olan fajlardan genetik materyali ele geçirerek ve bir bağışıklık tepkisi ortaya çıkarmak için kendilerini "aşılamak" için kullanarak.


Bilim insanları deneylerinde, Streptococcus pyogenes bakterilerinin (strep boğazına neden olan) ılıman fajlar olarak bilinen ve hücreleri öldürebilen ya da uykuda olan bir faj sınıfından faydalandığını söylüyor. Bakteriler bu uyku döneminde ılıman fajlardan genetik materyal çalıyor ve bakteriler çoğaldıkça yavrularının miras aldığı istilacıya ait biyolojik bir "hafıza" oluşturuyor. Bu hafızalarla donatılan yeni popülasyon, bu virüsleri tanıyabiliyor ve onlarla savaşabiliyor.


Kısmen Ulusal Sağlık Enstitüleri tarafından desteklenen deneylere ilişkin bir rapor 12 Mart'ta Cell Host & Microbe dergisinde yayınlandı. Bulgular bilim insanlarının Staph ve E. gibi ciddi hastalıklara neden olan bakteri hücrelerinin nasıl oluştuğunu daha iyi anlamalarına yardımcı oluyor. Johns Hopkins Üniversitesi Tıp Fakültesi'nde moleküler biyoloji ve genetik profesörü olan yazar Joshua Modell, coli enfeksiyonları ve koleranın insanlar için toksik hale geldiğini, bu sürecin bakteri hücresi içinde bulunan ve uykuda olan fajlar tarafından ifade edilen toksik genleri içerdiğini söylüyor.


Modell, "Esasen şu soruyu yanıtlamak istedik: Bakteri hücreleri ortaya çıkan yeni bir ılıman fajla mücadele etmek için herhangi bir hafızaya veya hayatta kalma becerisine sahip değilse, ilk enfeksiyona yenik düşmeden önce yeni bir hafıza oluşturmak için kendilerine nasıl yeterli zaman kazandırırlar?" diyor.


Johns Hopkins araştırmacıları, bakterilerin uzun zamandır faj DNA'sını kesmek, parçalamak ve ondan kurtulmak için CRISPR-Cas sistemlerini kullandığının bilindiğini söylüyor. Araştırmacılar, CRISPR sistemlerinin yalnızca önceki bir enfeksiyondan yakalanan ve bakterinin kendi genomunda depolanan bir "hafıza" ile eşleşen DNA'yı yok edebileceğini söylüyor. Bu şekilde CRISPR sistemi, belirli bir bakteri türü tarafından karşılaşılan yabancı istilacıların uzun listesini belgeleyen bir kayıt cihazı görevi görüyor.


Araştırmalarını yürütmek için bilim insanları, milyonlarca bakteri hücresi içeren ayrı şişelerde, doğal olarak oluşan ve uykuda olan fajlarla ya da genetik olarak tasarlanmış uykuda olmayan fajlarla bakteri popülasyonlarını enfekte ettiklerini söylüyorlar.


Modell, "Sonuçlarımız, bakterilerin CRISPR sisteminin, viral genetik kodun parçalarını genomlarına çekmek için doğal olarak uykuda olan fajı kullanmada daha etkili olduğunu gösteriyor" diyor ve ekliyor: "Uykuya geçemeyen fajları test ettiğimizde, CRISPR sistemi neredeyse o kadar iyi çalışmadı."


Hayatta kalan bakterileri izole ettikten ve hayatta kalanların şişeyi yeniden doldurmasına izin verdikten sonra bilim insanları, CRISPR Cas9 sisteminin test fajlarından oluşturduğu yüz binlerce yeni DNA hafızasını kataloglamak için genom dizilimi kullandılar ve hücre bağışıklığına katkıda bulunanlara odaklandılar. Bilim insanları ayrıca bakterilerin bu hafızaları, ılıman fajın popülasyon için bir tehdit oluşturmadığı uyku döneminde oluşturduğunu belirlediler.


Yüksek lisans öğrencisi ve makalenin ilk yazarı Nicholas Keith, "Bu, kavramsal olarak zayıflatılmış virüs içeren bir aşıya benziyor" diyor ve ekliyor: "CRISPR Cas9 sisteminin bu özel ılıman faj sınıfıyla benzersiz bir ilişkiye sahip olmasının nedeninin bu olduğuna inanıyoruz."


Keith, "Bu tür deneyleri fajın, bakteriyel konağın ve CRISPR sisteminin hangi unsurlarının bakteriyel bağışıklığın tüm aşamaları için önemli olduğunu bulmak için kullanabiliriz" diyor.


Modell, bilim insanlarının gelecekteki deneylerde CRISPR sistemlerinin bakteri hücrelerini uykuya geçmeyen virüslerden nasıl koruduğu hakkında daha fazla bilgi edinmeyi hedeflediklerini söylüyor.


Modell, "CRISPR sistemlerinin, bakteri hücrelerini toksik hale getiren fajlardan tehlikeli genlerin aktarılmasına karşı ilk savunma hatlarından biri olduğunu biliyoruz" diyor ve ekliyor: "Ayrıca çalışmalarımız, bakteriyel bir enfeksiyonun mevcut tüm antibiyotiklere dirençli olduğu klinik vakalarda kullanılabilecek 'faj tedavilerinin' tasarımına da ışık tutacaktır."


Keith ve Modell'in yanı sıra Johns Hopkins'ten Rhett Snyder ve Hunter College'dan Chad Euler de çalışmaya katkıda bulundu.


Araştırma Johns Hopkins Üniversitesi Tıp Fakültesi, Ulusal Sağlık Enstitüleri Ulusal Genel Tıp Bilimleri Enstitüsü (R35GM142731), Rita Allen Vakfı ve Ulusal Bilim Vakfı tarafından finanse edilmiştir.

Kaynak: Johns Hopkins Medicine