Araştırmacılar farklı ve heyecan verici DNA iplikleri bulduklarını söylüyor, fakat bazı araştırmacılar bu DNA’nın özgünlüğünden şüpheci.
Credit: Eye of Science/SPL
Batı Amerika’nın çamurlu bölgelerinden alınan örnekler içinde çevredeki organizmaların genlerini toplayan ve “asimile” eden yeni tip bir DNA yapısı keşfedildi. Bu DNA yapısına verilen isim ise, Star Trek evrenindeki Borg’lardan geliyor; bu uzaylılar farklı türlerin bilgi ve teknolojisini asimile edebiliyorlar.
Bu uzaylılara atıf olarak adlandırılan ve oldukça uzun DNA iplikleri olan Borg, ekstrakromozomal elementler (ECE) olarak bilinen yapılardan biri. Çoğu mikrop ana genetik altyapısını kodlayan bir ya da iki kromozoma sahiptir. Fakat bu mikroplar birçok farklı ECE’yi taşıyabilir ve kendi aralarında paylaşabilirler. Bu elementler esansiyel olmayan fakat antibiyotik dirençliliği gibi yararlı genleri taşırlar.
Kalifornia Üniversitesi, Berkeley’de geomikrobiyolog olan Jill Banfield, Borgların daha önceden bilinmeyen, farklı ve kesinlikle büyüleyici olduğunu söylüyor. Banfield ve ekibi, keşiflerini bioRxiv’e gönderilen bir ön baskıda anlatıyor. Bu çalışma henüz hakem değerlendirmesinden geçmemiştir.
Daha önce görülmüş hiçbir şey gibi değil!
Austin’deki Texas Üniversitesi’nde mikrobiyolog olan Brett Baker, Borg’ların “daha önce görülenlere hiç benzemeyen” DNA yapıları olduğunu söylüyor. Diğer bilim insanları, bulgunun heyecan verici olduğu konusunda hemfikirler, ancak Borg’ların diğer büyük ECE’ler ile benzerliklerine dikkat çekerek gerçekten benzersiz olup olmadığını sorguluyorlar.
Pekin’deki Çin Bilimler Akademisi’nde mikrobiyolog olan Huang Li, son yıllarda “insanlar ECE alanındaki sürprizlere alıştı” diyor. “Ancak, şüphesiz ECE kavramını zenginleştiren Borg’ların keşfi, bu alanda pek çok kişiyi büyüledi.”
600.000 ile yaklaşık 1 milyon DNA baz çifti arasında değişen devasa boyutları, Borg’ları diğer birçok ECE’den ayıran bir özellik. Banfield, aslında Borg’ların konakçı mikroplarındaki ana kromozom uzunluğunun üçte birine kadar büyük olduklarını söylüyor.
Banfield, güçlü bir sera gazı olan metanın üretimi ve bozulması da dahil olmak üzere, mikropların karbon döngüsünü nasıl etkilediğini araştırıyor. Ekim 2019’da Banfield ve meslektaşları, Kaliforniya sulak alanlarında karbon döngüsüne dahil olan genleri içeren ECE’leri aramaya başladı. Orada ilk Borg’ları buldular ve daha sonra bu bölge ile Colorado ve Kalifornia’daki benzer bölgelerden 19 farklı tip Borg belirlediler.
Borglar, bakterilerden farklı tek hücreli mikroorganizmalar olan arkelerle ilişkili görünmektedir. Spesifik olarak, Banfield ve ekibinin keşfettiği Borglar, metanı sindiren ve yok eden Methanoperedens çeşidiyle bağlantılıdır. Banfield, Borg genlerinin de bu sürece dahil olduğunu söylüyor.
Pekin’deki Çin Bilimler Akademisi’nde mikrobiyolog olan Huang Li, son yıllarda “insanlar ECE alanındaki sürprizlere alıştı” diyor. “Ancak, şüphesiz ECE kavramını zenginleştiren Borg’ların keşfi, bu alanda pek çok kişiyi büyüledi.”
600.000 ile yaklaşık 1 milyon DNA baz çifti arasında değişen devasa boyutları, Borg’ları diğer birçok ECE’den ayıran bir özellik. Banfield, aslında Borg’ların konakçı mikroplarındaki ana kromozom uzunluğunun üçte birine kadar büyük olduklarını söylüyor.
Banfield, güçlü bir sera gazı olan metanın üretimi ve bozulması da dahil olmak üzere, mikropların karbon döngüsünü nasıl etkilediğini araştırıyor. Ekim 2019’da Banfield ve meslektaşları, Kaliforniya sulak alanlarında karbon döngüsüne dahil olan genleri içeren ECE’leri aramaya başladı. Orada ilk Borg’ları buldular ve daha sonra bu bölge ile Colorado ve Kalifornia’daki benzer bölgelerden 19 farklı tip Borg belirlediler.
Borglar, bakterilerden farklı tek hücreli mikroorganizmalar olan arkelerle ilişkili görünmektedir. Spesifik olarak, Banfield ve ekibinin keşfettiği Borglar, metanı sindiren ve yok eden Methanoperedens çeşidiyle bağlantılıdır. Banfield, Borg genlerinin de bu sürece dahil olduğunu söylüyor.
Fotoğraf: Jordan Hoff
Bilim insanları henüz laboratuvarda Methanoperedens kültürü yapamıyor (bu durum birçok mikrop için devam eden bir zorluk) bu nedenle ekibin Borgs’un arke tarafından metan işleme için kullanılabileceğine dair sonuçları, yalnızca sekans verilerine dayanıyor.
Washington, Seattle’daki Sistem Biyolojisi Enstitüsü’nden sistem biyoloğu Nitin Baliga, “İlginç bir gözlem yaptılar” diyor. Ancak, Banfield’in ekibinin yaptığı gibi, araştırmacılar birçok genomun parçalarını eleyip bir araya getirdiklerinde hata yapmanın mümkün olduğu konusunda uyarıda bulunuyor. Baliga, bulgunun kesin olarak kabul edilebilmesi için kültür ortamındaki Methanoperedens’te Borgs’ları bulmanın gerekli olacağını vurguluyor.
Maliyetler ve faydalar
Banfield ve meslektaşları, Borg’ların gerçek olduğunu varsayarsak, böyle büyük bir ECE’yi hücrede tutmanın Methanoperedens için maliyetli olacağını, bu nedenle DNA yapılarının bir miktar fayda sağlaması gerektiğini söylüyor. Bu faydanın ne olabileceğini öğrenmek için araştırmacılar, yüzlerce Borg geninin dizilerini analiz ettiler ve bunları bilinen genlerle karşılaştırdılar.
Banfield, Borgs’un metanı sindirmek de dahil olmak üzere tüm metabolik süreçler için ihtiyaç duyulan birçok geni barındırdığını söylüyor. Bu koleksiyonları, Methanoperedens‘in yeteneklerini güçlendirebilecek bir “alet çantası”(toolbox) olarak tanımlıyor.
Peki Borg’u Borg yapan nedir? Dikkat çekici boyutlarına ek olarak, Borglar birkaç yapısal özelliği paylaşırlar: birçok ECE’nin olduğu gibi dairesel değil, doğrusal, yani lineerdirler; ipliğin her bir ucunda birbirini ters şekilde tekrarlayan dizilere sahiptirler ve varsayımsal genlerin hem içinde hem de arasında birçok başka tekrarlayan diziye sahiptirler.
Borg’ların bu özellikleri, tek başlarına bazı tuz seven arkelerdeki elementler gibi diğer büyük ECE’lerde görülenlerle benzerlik gösterebilir, bu nedenle Baliga, Borgs’un yeniliğinin bu aşamada hala tartışmalı olduğunu söylüyor. Arjantin, Tucumán’daki Mikrobiyolojik Endüstriyel Prosesler Pilot Tesisinde (the Pilot Plant for Microbiological Industrial Processes mikrobiyolog olan Julián Rafael Dib, Borg’ların ayrıca toprakta yaşayan Actinobacteria’da bulunan dev lineer plazmitlere benzediğini söylüyor.
Banfield, Borg’ların özelliklerinin daha önce görülmesine rağmen, onları farklı kılan şeyin “boyut, kombinasyon ve metabolik gen yükü” olduğunu söylüyor. Bir zamanlar Borgların tam mikroplar olduklarını ve ökaryotik hücrelerin serbest yaşayan bakterileri asimile ederek enerji üreten mitokondri kazanmalarına çok benzer şekilde Methanopereden’ler tarafından asimile edildiklerini tahmin ediyor.
Banfield’ın laboratuvarında çalışan Baker, artık bilim adamlarının ne arayacaklarını bildiklerine göre eski verileri gözden geçirerek daha fazla Borg bulabileceklerini söylüyor. Ön baskı yayınlandığından beri kendi genetik veri tabanında bazı adaylar bulmuş olabileceğini düşünüyor.
Direnmek Nafile
Banfield ve meslektaşları, Borg genomunu analiz ederken, Borgs’un ana Methanoperedens kromozomu da dahil olmak üzere çeşitli kaynaklardan gelen genleri asimile ettiğini düşündüren özellikler de gördüler, diyor Banfield. Bu genleri ‘asimile etme’ potansiyeli, Banfield’ın oğlunu 2020’de Şükran Günü yemeğinde ‘Borg’ adını önermeye yöneltti.
Banfield’ın ekibi şimdi Borgların işlevini ve Borglardaki DNA tekrarlarının rolünü araştırıyor. Tekrarlar mikroplar için önemlidir: CRISPR adı verilen farklı yapılandırılmış tekrarlar, mikropların patojenleri ‘hatırlamak’ ve böylece gelecekte onlara karşı savunma yapabilmeleri için kendi DNA’larına dahil ettikleri virüslerden gelen genetik kod parçacıklarıdır.
CRISPR ve ilişkili proteinleri, güçlü bir gen düzenleme tekniğine adapte edildiklerinden dolayı biyoteknoloji için önemli bir araç olmuştur. Borg genomları da yararlı araçlar ortaya çıkarabilir. Kaliforniya Üniversitesi’nden CRISPR tabanlı gen düzenlemenin öncüsü, ön baskı ortak yazarı Jennifer Doudna ile gelecekteki araştırmalar için iş birliği yapan Banfield, “(Borg) CRISPR kadar önemli ve ilginç olabilir, ancak bence yeni bir şey olacak” diyor.
Araştırmacıların Borglar için gördüğü potansiyel bir uygulama ise iklim değişikliğine karşı mücadele. Borg içeren mikropların büyümesini teşvik etmek, belki de toprakta yaşayan arkelerin ürettiği, her yıl küresel olarak yaklaşık 1 gigatonluk metan emisyonunu azaltabilir. Banfield, bunu doğal sulak alanlarda yapmanın riskli olacağını, ancak tarım alanlarında uygun olabileceğini söylüyor. Bu nedenle, ilk adım olarak, grubu şimdi Kaliforniya pirinç tarlalarında Borg avlıyor.
Yazar; Amber Dance
Çeviri; Nevin Taymaz
Orijinal Makale doi: https://doi.org/10.1038/d41586-021-01947-3
Referanslar;
Basem Al-Shayeb, Marie C. Schoelmerich, Jacob West-Roberts, Luis E. Valentin-Alvarado, Rohan Sachdeva, Susan Mullen, Alexander Crits-Christoph, Michael J. Wilkins, Kenneth H. Williams, Jennifer A. Doudna, Jillian F. Banfield, Borgs are giant extrachromosomal elements with the potential to augment methane oxidation, bioRxiv 2021.07.10.451761; doi: https://doi.org/10.1101/2021.07.10.451761
Blog Auraxis 