Yatay Gen Transferi: Antibakteriyel Genler, Evrim Ağacı Üzerinde, Türden Türe Sıçrıyor!

Yatay gen transferi, bir tür içinde gerçekleşen ve atalardan yavrulara doğru gerçekleşen ‘dikey’ (anne-babadan yeni nesile doğru olan) gen aktarımından farklı bir DNA aktarım mekanizmasıdır. DNA’nın, aynı veya farklı türler arasında atasal olmayan biçimde, bir bireyden bir diğerine ya da bir türden bir diğerine geçişine ‘yatay gen aktarımı’ adı verilmektedir. Evrim mekanizmalarından biri kabul edilen Yatay Gen Aktarımı sayesinde, örneğin bir bakterinin DNA'sı, yakınındaki bir bitki hücresine geçerek bitkinin DNA'sı içine yerleşebilir. Bitki kendi DNA’sını kopyalayıp yeni nesillere aktarırken, bakteriden yatay olarak aktarılmış gen bölgesini de kopyalayarak, yeni nesil bitkilere aktarabilir. Eğer bakteriden bitkiye aktarılmış bir gen, bitki için “faydalı” ise, Doğal Seçilim tarafından ayıklanmadan korunabilir. Bu araştırmada da, bu mekanizmanın ilginç örneklerinden birisi görülüyor. 

Bilim insanları, antibakteriyel bir gen ailesinin, yaşam ağacının tüm dalları arasında yatay gen aktarımı/transferi yoluyla "dolaştığını" gösterdiler. Çalışma, yeni antibiyotik ilaçların keşfi için, yaşam ağacının gözardı edilmiş mikropları olan arkelerden yararlanılabileceğini öneriyor. 

Zararlı bakterilerin, antibiyotiklere dirençli soylara evrimleşeceğini dikkate almadan, sürekli ve dikkatsiz antibiyotik kullanımı nedeniyle, insanların yakın gelecekte büyük sorunlarla karşılaşacağından endişe ediliyor. Doğa ile iç içe olan farklı canlı türleri ise, görünüşe bakılırsa, antibiyotikleri, türümüzden çok daha tutarlı bir strateji ile kullanıyorlar.

eLife dergisinde 2014 Kasım ayında yayınlanan bir çalışmada, antibiyotik etki gösteren bir gen/enzim ailesinin, bakterilerden, Evrim Ağacı'nın diğer iki dalına sıçradığı gösterilmişti.

Yatay gen aktarımı, günümüzde oldukça iyi tanınan moleküler bir olaydır. Bu çalışma ise, bir gen ailesinin, Evrim Ağacı'nın bir dalından diğer iki dalına ilgili genin antibiyotik işlevi korunarak atladığını göstermesi bakımından önemli bir ilk örnek. 

Bakteriden Bitki ve Böceklere "Atlayan" Genler

Bakteride bulunan lizozim ailesine ait bir enzim, bakteri bölünürken hücre duvarında aktif olup, yeni nesil bakteri hücrelerini ayırmakla görevli. Fakat ilgili genin ürünü olan enzim yüksek miktarda ortamda bulunursa, bakteri hücre duvarını parçalayıp bakterileri öldürmekte - yani antibakteriyel özellik göstermekte.

İlgili antibakteriyel gen, evrimsel tarih içinde, bakteri kaynağından, bitkilere, böcek türlerine, ve tek hücreli bir mikrop alemi olan arkelerden geçmiş (aşağıdaki görselde görülüyor).

Daha önce, birçok çalışmada yatay gen aktarımının izleri gösterilmiş olsa da, aktarılan genler genellikle yeni ev sahibi türde işlevsiz hale gelerek eleniyordu. Bu çalışma, ilgili genin bitki ve arkea türlerine yatay olarak aktarılmış kopyalarında, antibakteriyel işlevlerin korunduğunu gösteriyor.

Bakteriden arke türlerine aktarılmış bu genin, günümüz antibiyotiklerine dirençli olan Staphylococcus aureus ve Bacillus anthracis bakterilerini de öldürdürdüğü gösterildi.

Arkeler Yeni Antibiyotik İlaç Keşfi İçin Kaynak Olabilir Mi?

Birçok arke türü, volkanlar gibi sıradışı ortamlarda yaşadığı için, bakteriler ve arkelerin genelde birlikte yaşamadığı düşünülmekteydi. Dolayısıyla arkelerde, bakterilere karşı antibiyotik evrimleşmiş olabilecekleri hesaba katılmıyordu.

Çalışmanın pratik önemi bu noktada ortaya çıkıyor: Antibakteriyel ilaçlar araştırılırken, arkeler daha önce dikkate alınmıyordu. Bu çalışma sonrasında, arke türlerinin de bilim insanları tarafından, antibakteriyel ilaç keşfi için taranmaya başlanacağını tahmin edebiliriz.

Yine de, aşırı antibiyotik tüketimi sonucunda bizleri bekleyen tehlikeyi, sadece arkelere bakarak keşfedeceğimiz yeni antibiyotikler ile çözmemiz mümkün görünmüyor.

Antibiyotiklerin ömrü kısa: Yeni keşfedilen antibiyotiklere karşı bakterilerde direnç evrimleşmesi, sonunda bu antibiyotiklerin etkisiz hale gelmeleri, bugünün antibiyotik kullanım pratikleri ile, 5-15 yıl gibi çok kısa sürelerde gerçekleşiyor. İlaç şirketlerinin ve hastanelerin kar hırsı ile yaptığı hataları, ne yazık ki, yine insanlar, özellikle de alt-gelir grubunda bulunanlar ödemeye devam edecekler.

Sonuç olarak, doğaya bakarken, doğanın çeşitliliğini insan için bir araç olarak kullanmak yerine, doğanın işleyişini, ve arkea gibi mikropların başarılı stratejilerini, bir yöntem olarak kavramak çok daha değerli dersler verecektir.