Bakterileri Yalnız Olduklarına İnandırarak Huylarını Değiştiren 15 Yaşındaki Genç!

Oregon’daki West Linn Lisesi’ne giden Nicholas Miller (15), tehlikeli bir bakterinin iyi huylu türünden hastalığa yol açan biçimine değişmesini kafeinin durdurabileceğini veya geciktirebileceğini buldu.

Romanlar ve kısa öykülerde bölünmüş kişilikli karakterlere sıkça rastlanır. Kurt adamın ısırdığı veya lanetlediği insanlar da, dolunay çıktığında kurt adama dönüşürler. Babacan Dr. Jekyll bir iksir içtiğinde cani Mr. Hyde'a dönüşür. Fakat Oregon’lu bir delikanlı, böyle korkutucu bir ikinci kişiliğin ortaya çıkmasını engelleyecek bir yol buldu, en azından ölümcül olabilecek bazı bakteriler için.

Nicholas Miller, araştırmasını Pseudomonas aeruginosa türünün davranışları üzerinde yoğunlaştırdı. Oregon’daki West Linn Lisesi’nde 11. sınıfa giden Nicholas, bu bakterilerin tam bir bölünmüş kişilik bozukluğu sergilediklerini söylüyor. İyi huylu halden ölümcül hale bir çırpıda geçebilirler. Nereden ortaya çıktıklarını da bilemezsiniz.

Bu mikrop toprak ve suda yaşar veya hayvanların üzerlerinde, bazen de içlerinde bulunur; tabii insanların da. “Genellikle sıcak, karanlık ve nemli yerleri severler.” diye anlatıyor Nicholas. Deri mikrop barındırabilir. İnsanların nefes alma veya idrar atmasında kullanılan tüplü araçlar gibi tıbbi ekipmanlarda da bulunabilir. Neyse ki bu bakteriler genellikle problem yaratmaz.

Bununla birlikte, çoğu P. aeruginosa enfeksiyonunda, bakteri grupları bir araya gelerek biyofilm denen yapışkan, pis bir tabaka oluştururlar. Biyofilm, içindeki mikropları onlara karşı yapılan ilaçlardan korumada yardımcı olur. Bu probleme ek olarak, birçok mikrop cinsi bir zamanlar onları öldüren antibiyotiklere artık cevap vermez duruma gelmiştir.

Fakat en kötüsü, uygun koşullar oluştuğunda P. aeruginosa’nın tam bir canavara dönüşmesidir. Ciddi deri döküntüleri oluşturabilir veya akciğer, böbrek ve idrar yoluna ulaşırsa yarattığı enfeksiyonla hızla ölüme sebebiyet verebilir. Bu mikrop, özellikle yanık hastalarında yaygın ve tehlikelidir.

Nicholas, mikrobun neden bazı durumlarda Jekyll’dan Hyde’a dönüştüğünü bilim insanlarının tamamen çözemediğini belirtiyor. Türün bazı üyelerinin birtakım kimyasallar salgıladıktan sonra bu dönüşümün gerçekleştiğini söylüyor Nicholas. Söz konusu kimyasallar yüksek seviyede bulunduğunda münferit bakteriler artık yalnız başlarına olmadıklarını anlıyorlar.

Kendi cinsinden kritik sayıda birey bulunduğunu algılama yetisine “çoğunluğu algılama” (quorum sensing) denir. (“Quorum” Latince bir sözcüktür. Günümüzde “bir kurulun bir karar alabilmesi için gerekli olan minimum kişi sayısı” anlamına gelmektedir.) Bakterilerden başka çoğunluğu algılama yöntemini kullanan organizmalar da vardır. Koloni halinde yaşayan birçok böcek de, ordularının başarılı bir saldırı başlatması için yeterli birliğin toplanıp toplanmadığını sezmede bu taktiği kullanır.

Nicholas, bilim insanlarının son günlerde farklı bir bakterinin iyi huylu halden enfeksiyon oluşturabilir duruma geçmesini durdurabildiklerini belirtiyor. Bilim insanları, bakterinin çoğunluğu algılamasını engellemek için kafein ve vanilya özü kullandılar. West Linn öğrencisi, bu maddelerin benzer şekilde P. aeruginosa’yı uysallaştırmak için de kullanılıp kullanılamayacağını incelemeye karar verdi.

Daha Az Ölümcül Kuzeniyle Çalışmak

P. aeruginosa çok tehlikeli olabileceği için Nicholas, mikrobun yakın ama daha az enfekte riski bulunan kuzeniyle çalıştı: P. putida. İki türün de genetik sisteminin birbirine çok benzer olduğunu belirtiyor Nicholas. Yani biriyle yapılan testler, uygulamanın diğerine karşı da işe yarayacağına dair iyi bir gösterge olacak.

Nicholas birkaç kapta P. putida yetiştirdi. Sonra her kaba bir test çözeltisi ekledi. Çözeltilerden biri suda çözünmüş kafeindi. Diğeri alkolde çözünmüş vanilyaydı. Üçüncü çözelti içme suyuydu. Sonuncusu ise vanilya özünde bulunan alkolle aynı yoğunlukta olmasını sağlayacak kadar suyla karışık alkoldü. Böylece kafein veya vanilya özü içeren çözeltilerle elde edeceği sonuçları karşılaştırabilecekti. Son iki çözeltinin bir etkisi olmazsa o zaman bakteri davranışındaki herhangi bir değişiklik, bu maddelerin içinde çözündüğü sıvılar nedeniyle değil, hedef maddeler (kafein veya vanilya) nedeniyle olacaktı.

Nicholas, beş gün sonra her kaptaki AHL denen bir maddenin yoğunluğunu ölçtü. AHL (N-Açil homoserin lakton’un kısaltılmışı), P. putida’nın çoğunluğu algılamada kullandığı sinyal molekülüdür.

Alkol de, su da mikropların AHL seviyelerini değiştirmedi. Fakat vanilya uygulaması AHL seviyesinde yüzde 10 azalmaya neden oldu. Kafein çözeltisi ise kocaman bir yüzde 55 düşüş sağladı. Nicholas bulgularını 12-18 Mayıs 2014’te Intel Uluslararası Bilim ve Mühendislik Fuarı’nda (Intel ISEF) finalist olarak sundu. Yarışma Society for Science & the Public tarafından düzenlendi ve Intel tarafından finanse edildi (SSP, Science News for Students dergisini yayınlamaktadır). Intel ISEF, her yıl bütün dünyadan en iyi lise bilim projelerini sergiye çıkarmaktadır.

Nicholas, her kaptaki P. putida hücre sayısını test başlangıcında ve beş günlük testin bitiminde saydı. Sayılarda bir değişiklik yoktu. Nicholas, kafein ve vanilyanın bakterileri öldürmediğini söyledi. Kullanılan çözeltiler sadece mikropların davranışında bir değişikliği harekete geçirdi. Uygulamadan geçen mikroplar, türünün diğer üyelerine o kadar yüksek sesle “Buradayım” sinyaliyle seslenemediler.

Nicholas, kafeinin gelecekte P. aeruginosa enfeksiyonlarını tedavi etmede yeni bir yol sunacağını sonuçların gösterdiğini söylüyor. Bu, özellikle kistik fibrozis hastaları için önemli olabilir. Mikrop, bu akciğer rahatsızlığına sahip hastalarda sıkça zatürreye neden oluyor. Nicholas, mikropların bu hastaların bir numaralı düşmanı olduğunu söylüyor.

Anahtar Sözcükler

• antibiyotik: İlaç olarak reçete edilen bakteri öldürücü bir madde (Bazı durumlarda da canlı hayvanların büyümesini teşvik etmede kullanılan yem katkı maddesi). Virüslere karşı çalışmaz.
• biyofilm: Kendini mutlaka katı bir yüzeye yapıştıran, bir veya daha çok tipte mikrop barındıran, yapışkan bir mikrop topluluğu. Biyofilmde yaşamak, mikropların etraflarındaki (zehir gibi) baskı yapan faktörlere karşı kendilerini koruma yoludur.
• çoğunluğu algılama: Organizmaların kendi türünden bireylerin varlığını, genellikle üretip çevrelerine yaydıkları kimyasallar aracılığıyla anlama yetisi. Bireyler, belli bir miktar organizmanın yakında olduğunu fark edince genellikle davranış değiştirirler. Örneğin bakteriler iyi huylu halden ölümcül duruma dönüşebilirler.
• direnç: (ilaca dirençteki gibi) Bir ilacın hastalığı, genellikle de mikrobiyal enfeksiyonu iyileştirmede gösterdiği verimliliğin azalması.
• kafein: Sinir sistemini ve kalbi harekete geçiren bir uyarıcı. Çoğu bitkinin yaprak, çekirdek ve meyveleri kafein içerir. Kahve bitkisi ve çay ağaççığı için kafein, doğal bir böcek ilacı görevi görür. Bitkiyi yemeye çalışan böcekleri öldürür veya onlara zarar verir. Ayrıca bazı bitki ve bakteriler, hatta kurbağa ve köpekler için de zehirlidir.
• patojen: Hastalık oluşturan organizma.
• Pseudomonas aeruginosa: Adı bazen P. aeruginosa olarak kısaltılan bu yaygın bakteri, insanlar da dahil olmak üzere hayvanlarda hastalığa neden olabilir. Toprak ve suda yaşar, ayrıca insan derisinde de yaşayabilir. Normal koşullar altında zararsızdır, fakat bazı durumlarda enfeksiyonları, öldürücü hale dönüşebilir.
• sinyal molekülü: Organizmanın üretip çevresine yaydığı bir madde. Çoğunluğu algılama yöntemini kullanan organizmalarda, sinyal molekülleri bireyin varlığını etraftaki benzer organizmalara yaymada kullanılır.