Bakteriler ve Virüsler Arasında Karşılıklı Evrim

Bakteriler, evrimin en sevilen "oyuncaklarından" birisidir. Çünkü çok hızlı ürerler, çok hızlı nesil atlarlar ve çok hızlı evrimleşirler. Bu sebeple sayısız araştırmada evrimsel öngörülerin doğrulanması için kullanılmışlardır. Halk arasında evrimle ilgilenen kişiler tarafından, bakterilerin evrimi genellikle antibiyotiklere karşı kazandıkları direnç ile bilinir. Halbuki bakterilerin evrimsel değişimi bununla sınırlı değildir. Antibiyotik direnci kadar meşhur olmasa da bakterilerin, baş belaları olan virüslere karşı direnci de oldukça ilgi çekici mekanizmalara sahiptir. Bu yazımızda size bunlardan söz etmek istiyoruz.

Örneğin deney ortamında E. coli'nin lambda fajına (bir tür virüs) direçli suşları (soy hatları) üretilebiliyor. Virüsün içeri girdiği reseptörün üretimini tetikleyen operonlardan malT üzerindeki mutasyonlar bunu sağlayabiliyor. MalT üretimi bozulunca reseptör üretimi bozuluyor ve virüs içeri giremiyor. Reseptörü kodlayan genin kendisi knock-out edilince (yapay olarak susturulunca) direncin geliştiği gözlemlenmiştir. Başka bir mekanizma da ManXYZ transmembran kanalının (hücre zarı boyunca uzanan kanallar) üretilmesini önleyen mutasyonlarla oluyor. Bu kanalı kodlayan ManX, ManY veya ManZ genlerindeki çerçeve kaydırıcı mutasyonlar (frameshift mutation) sayesinde, reseptör sağlam olsa bile virüs kanaldan geçemiyor ve direnç gelişiyor.

Daha ilginç olanı deney devam edildiğinde virüslerin malT- suşlarda da üreme özelliği kazanmasıdır. Deney yeterince uzatıldığında bazı serilerde OmpF reseptörünü kullanan lambda fajları elde edildi. Bu evrimin, fajın ilgili ligandı olan J proteindeki 4 aminoasidin değişmesiyle mümkün olduğu tespit edildi. Deney bu 4 mutasyonun 3'lü kombinasyonlarını taşıyan virüslerle de tekrarlanınca, başarısız oldu. Yani virüsün OmpF'yi kullanabilmesi için bu 4 mutasyonun tümünü taşıması lazım. Bir diğer deyişle, her mutasyon evrimsel başarıya neden olmuyor; ancak bu mutasyonlar bir arada meydana geldiğinde köklü değişimleri mümkün kılabiliyorlar.

İşte bu, bakterilerle virüsler arasındaki karşılıklı evrimin en ilginç örneklerinden biridir. Bakteri, evrimsel süreç içerisinde virüse karşı direnç kazanınca, virüs de kendi evrimsel süreci dahilinde bir yolunu bulup başka bir reseptöre bağlanıyor ve bakteriyi enfekte etmeyi başarıyor. Daha doğru bir ifadeyle, o diğer reseptöre bağlanan virüsler daha hızlı üreyip seçilimle sabitleniyorlar; dolayısıyla her nesilde bu yeni özellikteki virüsler sayıca artıyor. Bunun üzerine bakteri de kanal yapısı bozarak direnç geliştiriyor ve yine kurtuluyor. İncelenen virüs bu ikinci mekanizmaya henüz direnç kazanamadı. Belki de deney daha çok devam ederse başka kanalı kullanan ayrı bir reseptöre de bağlanır.

Süper, değil mi?

Teşekkür: Barış Dallı