Topraktaki Bakteriler: Yeni Antibiyotiklerin Kaynağı
Bakteriler, bedenlerimiz de dahil olmak üzere Dünya üzerindeki hemen hemen tüm yaşam alanlarında yaşayan büyüleyici ve bol canlılardır. Bazıları zararlı olsa da, diğerlerinin yaşamlarımız üzerinde hiçbir etkisi olmadığı görülse de, birçok bakteri çok faydalıdır. Araştırmacılar son zamanlarda daha önce bilinmeyen bir antibiyotik üreten bir toprak bakterisi keşfettiler. Ayrıca, toprak organizmaları tarafından üretilen yeni bir antibiyotik ailesi keşfettiler. Bu keşifler çok anlamlı olabilir. Mevcut antibiyotiklerimizin çoğunun etkinliğini yitirdikleri için, insanlarda bakteriyel enfeksiyonlarla savaşmak için yeni yollara ihtiyacımız var.
Sağlıklı toprak, zengin bir bakteri kaynağıdır. Araştırma, bu mikropların önemli bir kısmının insan ilaçları olarak kullanılabilecek kimyasallar üretebileceğini göstermektedir. Bilim adamları, bu büyük ölçüde kullanılmayan kaynağı hevesle araştırıyorlar.
Bakteriler mikroskopik organizmalardır. Ayrıca zincirler veya kümeler oluşturmak için bir araya gelmelerine rağmen, tek hücrelidirler. Bilim adamları, görünürdeki sadeliğe rağmen, mikropların fark ettiğimizden daha karmaşık olduğunu keşfetmişlerdir.
Bakterilerin insanlara göre en kullanışlı özelliklerinden biri, antibiyotik yapmaktır. Bir antibiyotik, diğer bakterileri öldüren veya üremelerini engelleyen bazı bakteriler (veya mantarlar) tarafından üretilen bir kimyasaldır. Doktorlar hastalığa neden olan zararlı bakterileri yok etmek için antibiyotik önerirler. Mevcut antibiyotikler, insan biyolojisinin bir parçası olmayan bakteriyel biyolojinin bir yönüne müdahale ederek çalışır. Bu, zararlı bakterileri incittikleri, ancak hücrelerimize zarar vermedikleri anlamına gelir.
Bazı antibiyotikler, hücre duvarının bakterilerdeki üretimini engeller. İnsan hücrelerinin hücre duvarı yoktur, bu yüzden kimyasallar tarafından zarar görmezler. Diğerleri antibiyotikler ribozomlar denilen yapıları bakteriyel hücre içinde proteinler üretmekten alıkoymaktadır. İnsanlarda da ribozomlar var. Bununla birlikte, bakteri ve insan ribozomları arasında önemli farklılıklar vardır. Bizimkiler antibiyotikler tarafından zarar görmez.
Yine de diğer antibiyotikler kopyalanan bakteriyel DNA’yı (bizimkileri değil) parçalayarak çalışır. DNA, hücrelerdeki genetik materyaldir. Her hücre DNA’nın bir kopyasını alabilmesi için hücre bölünmesinden önce çoğalır.
Bakteriler Antibiyotiklere Nasıl Dayanıklı Olur?
Antibiyotik direnci bakterilerdeki genetik değişikliklere bağlı olarak gelişir. Bu değişiklikler bir bakteri hayatının doğal bir parçasıdır. Genlerin bir bireyden diğerine aktarılması, mutasyonlar (genlerdeki değişiklikler) ve bakterilerin enfekte olduğu virüslerle genlerin transferi mikroplara yeni özellikler kazandırır. Aynı zamanda bakteri popülasyonunun üyelerinin genetik olarak tamamen aynı olmadığı anlamına gelir. Bakteriyel bir popülasyon bir antibiyotik tarafından saldırıya uğradığında, bakterilerin çoğu öldürülür. Bununla birlikte, popülasyonun bazı üyeleri hayatta kalabilmekte, çünkü onlar, saldırıya direnmelerine izin veren bir gen barındırmaktadırlar. Bu dirençli bakteriler çoğaldığında, yavrularının bir kısmı da yararlı gene sahip olacaktır. Büyük bir dirençli organizma popülasyonu nihayetinde oluşabilir. Antibiyotik direnci çok endişe verici. Bakteri öldürmek için yeni yollar bulamazsak, bazı enfeksiyonlar tedavi edilemez hale gelebilir. Bazı ciddi hastalıklar tedavi etmek için çok daha zor hale gelmiştir. Toprak bakterileri tarafından yapılan yeni antibiyotik arayışları bu nedenle çok önemlidir.
Toprakta Yeni Antibiyotik Bulmak
Mevcut antibiyotiklerimizin çoğu, toprakta yaşayan ve çoğu yerde mikroskobik yaşamla dolu olan bakterilerden kaynaklanmaktadır. Sağlıklı toprak alınan bir çay kaşığı kadar numune milyonlarca hatta milyarlarca bakteri içerir. Bu organizmaları laboratuvar ekipmanlarında büyütmek son derece zordur, ancak antibiyotik keşfinin yavaş bir süreç olmasını sağlar. Boston, Massachusetts’teki Northeastern Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, toprakta esir bakteri yetiştirmek için yeni bir yöntem oluşturdular. Bakteriler, laboratuvar yerine toprağa yerleştirilen özel olarak tasarlanmış kaplarda barındırılmaktadır. Araştırmacılar yeni konteynırlarını iChip olarak adlandırıyor. Topraktaki besin maddelerini ve diğer kimyasalları bakterilere ulaşmasını sağlar. 2015 yılında araştırmacılar iChip kullandıktan sonra toprak bakterileri tarafından yapılan yirmi beş yeni antibiyotiğin keşfini bildirdiler. Bu kimyasalların hepsinin uygun ilaçlar olacağı olası değildir. Bir antibiyotik, belirli bakterileri veya mikropların spesifik suşlarını öldürmek veya engellemek zorundadır. Tıbbi olarak yararlı olması için sadece zayıf antibakteriyel yerine güçlü olması gerekir. Araştırma ekibi tarafından keşfedilen bir Teixobactin olarak adlandırılan bu kimyasalı, bu gereksinimleri yerine getiriyor gibi ve çok umut verici görünüyor. Kimyasal araştırma ve geliştirme devam ediyor. 2017 yılında, İngiltere’deki Lincoln Üniversitesi’ndeki araştırmacılar laboratuarlarında trikobactin’in sentetik bir versiyonunu yaptılar.
Teixobactin diğer antibiyotiklerden farklı davranır. Bir bakteri hücre duvarındaki lipitleri (yağlı maddeleri) etkiler. Çoğu antibiyotik, yerine proteinler ile müdahale ederek işlerini yaparlar. Araştırmacılar, bakterinin kimyasalın çalışma biçimine bağlı olarak teixobactine karşı direnç geliştirmesinin zor olacağına inanıyor. Kimyasalların keşfinden beri, araştırmacılar bir teixobactin molekülünün yapısını anlamaya ve sentetik türevler yapmaya çalışıyorlar. Her iki hedefte de başarılı olmuşlar. Bunlar önemli hedeflerdir, çünkü ilacın iChip’te yapılabilecek olandan daha büyük miktarlarda üretilmesi gerekir. Ek olarak, kazandıkları bilgiye dayanarak, bilim adamları laboratuarda ilacın geliştirilmiş versiyonlarını oluşturabilirler. Teixobactin’in keşfi ve toprak bakterilerinin başka yararlı kimyasallar ürettiğine dair ipuçları bilim adamlarını heyecanlandırdı. Bazı bilim adamları yeni antibiyotiğin keşfini “oyun değiştirici” olarak adlandırdılar.
Yeni antibiyotik bulmak acil bir sorundur. Topraktaki yeni bakterilerin keşfi bu problemi çözmemize yardımcı olabilir. Bununla birlikte, araştırmacıların dünya çapında yararlı bakteriyel kimyasallar bulma umuduyla toprak örneklerini toplamak için seyahat etmeleri çok zaman alıcı ve pahalı olacaktır. Rockefeller Üniversitesi’nde profesör olan Sean Brady, bu problem için potansiyel bir çözüm yarattı. Onun çözümü ayrıca, bilim adamları olmasa bile, insanlara önemli bir bilimsel çabaya katkıda bulunma fırsatı sunuyor. Brady, yeni bakteri arayışında ona yardım etmek için Drugs From Dirt web sitesini yarattı. İnsanlara, ABD’deki her eyaletten toprak örnekleri göndermelerini istiyor. Ayrıca kampanyasını diğer ülkelere de genişletti. Bireyler ve gruplar web sitesindeki toprak toplama işlemi için kayıt olabilirler. Toprağın toplanması için seçilirse, toplama süreci ve numune için gönderim yöntemi ile ilgili talimatlar e-postayla gönderilecektir. Ayrıca toprakta bulunanları açıklayan bir rapor da gönderilecektir. Brady ve ekibi özellikle mağaralarda ve sıcak su kaynaklarının yakınında sıra dışı yerlerden toprak örnekleri almakla ilgileniyorlar. Ayrıca okullardan ve aynı zamanda bireylerden fen dersleriyle çalışmayı umuyorlar.
Genel olarak, bilim adamları topraktaki DNA parçalarını çıkaracak ve analiz edeceklerdir. Deoksiribonükleik asit veya DNA, canlıların genlerini oluşturan kimyasaldır. Bir sarmal yapmak için sarılmış uzun, çift şeritli bir molekülden oluşur. Bir DNA molekülünün iplikçikleri, nükleotitler olarak bilinen yapı bloklarından yapılır. Her nükleotid bir fosfat grubu, deoksiriboz olarak bilinen bir şeker ve bir azotlu baz içerir. DNA’da dört farklı baz bulunur: adenin, tinin, sitozin ve guanin. DNA molekülünün bir dizisi üzerindeki tabanların düzeni, bir yazılı dilde harflerin sırasına benzer şekilde, anlamlı kelimeler ve cümleler oluşturan bir biçimde, genetik kodu oluşturur. DNA kodu, proteinlerin üretimini yönlendirerek bir organizmanın özelliklerini kontrol eder. Bir gen, belirli bir proteini kodlayan bir DNA segmentidir. Protein sentezi sırasında sadece DNA molekülünün kodlama zinciri okunur. Diğer iplikçik, şablon iplikçiği olarak bilinir. Bu iplik, hücre bölünmeden önce gerçekleşen DNA replikasyonu sırasında gereklidir.
DNA ve Nükleotidlerin Yapısı
Toprak bakterilerinin DNA’sı, hayatta oldukları ve ölünce toprağa saldıkları sırada hücrelerinde bulunurlar. Kil bilimcilerden gelen ilaçlar, bu DNA’yı aldıkları, kopyaladıkları toprağın içinden çıkarırlar ve daha sonra DNA dizisi olarak adlandırılan özel bir laboratuvar aracının yardımıyla dizilirler. Araştırmacılar, topraktaki DNA’daki ilginç ve muhtemelen önemli baz (veya nükleotid) dizileri ararlar. Bunun gibi deneylerde sık sık meydana gelen şey, DNA’nın laboratuvar bakterilerine transplante edilmesidir. Bu bakteriler genellikle nakledilen DNA’yı kendi DNA’larına dahil eder ve talimatlarını yerine getirirler, bazen de yeni ve yararlı kimyasallar üretirler.
Bir Sıra Veritabanı
Dirt’ten Gelen İlaçlar projesi, buldukları genetik materyali kullanarak bazı DNA transplantlarını bakterilere uyguladı. Ayrıca keşfettikleri temel dizilerin dijital bir veritabanını oluşturdular. Diğer bilim adamları bu veritabanına erişebilir ve bilgileri kendi araştırmalarında kullanabilirler.
2018’in başlarında Sean Brady, ekibinin malakidinler dedikleri toprak bakterilerinden yeni bir antibiyotik sınıfı keşfettiğini bildirdi. Antibiyotikler, MRSA’ya ve bazı başka tehlikeli gram pozitif bakterilere karşı etkilidir. İşlerini yapmak için kalsiyum varlığına ihtiyaç duyarlar. Malakidinler ilaç olarak kullanılmadan önce muhtemelen biraz zaman geçecektir. Teixobactin gibi, insanlarda etkinlik ve güvenlik açısından test edilmeleri gerekir.
Gelecek için umut: Toprak Bakterilerden Yeni İlaçlar
Topraktaki bakteri arayışı heyecan verici olduğunu kanıtlıyor. Bu makalede tanımlanan iki teknik – toprakta tutsak bakteri kültürleri yaratmak ve toprak bakterilerinin DNA’sını dizilemek bu çok önemli olabilir. Toprakta yaşayan bakteriler hakkında elimizden geldiğince öğrenmemiz gerekiyor. Aynı zamanda antibiyotik direncinin gelişimini daha ayrıntılı olarak anlamalıyız. Bakteriler, keşfettiğimiz yeni antibiyotiklere hızla dirençli olabilme ihtimali de vardır. Zaman, toprak bakterilerinin beklentilerimizi karşılayıp karşılamadığını anlatacaktır. Durum kesinlikle ümit verici. Organizmalar geleceğimizde önemli bir rol oynayabilir.
Sıradışı Bakteriler: Büyüleyici Mikroplar Hakkında Tuhaf Gerçekler
Hücre Çekirdeği Nedir?
Virüslerin Kökeni ve Viral Hastalıklar