Bakteriler Nasıl Hareket Eder?

Bakterilerin nasıl hareket ettiği uzun yıllar boyunca bilimsel araştırmalara konu oldu. Bugün bakterilerin hareket mekanizmasının ana hatları iyi bilinse de detaylarının tam olarak anlaşıldığı söylenemez. Ancak yeni araştırmalar sayesinde gün geçtikçe bakterilerin hareket mekanizmasının ayrıntıları daha iyi anlaşılıyor.

Bakterilerin hareket etmesini sağlayan yapı flagellum olarak adlandırılır. Flagellumları oluşturan üç ana bileşen var: motor, kanca ve kamçı. Motor, tıpkı araba motorları gibi dönme hareketi üretir. Bu hareket kanca üzerinden kamçıya aktarılır. Motor hücre zarının içinde, kamçı ise hücrenin dışındadır. Saç teli benzeri, ince, esnek bir yapıya sahip olan kamçının sıvı ortam içinde hareket etmesiyle hücrenin kendi kendini ilerletmesi mümkün olur.

Bakteri flagellumlarının yapısı

Motorda C-halkası olarak adlandırılan bir parça bulunur. C-halkasının kendi etrafında dönmesi ise stator olarak adlandırılan dinamik yapıların yardımıyla gerçekleşir. Bakteri hareket edeceği zaman statorlar C-halkasına katılır ve şekil değiştirmeye başlar. Statorlardaki iyon kanallarından hidrojen iyonlarının akmaya başlamasıyla ortaya çıkan kuvvet, C-halkasının dönmeye başlamasına neden olur.

Motorun yapısında C-halkası olarak adlandırılan bir parça bulunur. Stator olarak adlandırılan ince ve esnek parçalar motorun düzgün çalışmasını sağlar.

Bilimsel çalışmalar, statorların, flagellumların çalışmasını sağlayan en önemli parçalardan biri olduğunu gösteriyor. Yale Üniversitesinde bir araştırma grubu 2020 yılında C-halkasına katılan statorların sadece yapısının değişmediğini aynı zamanda bu ince ve uzun parçaların, tıpkı arabalardaki vites çarkları gibi, kendi etraflarında da döndüğünü keşfetmişti. Üstelik statorların kararlı bir biçimde kendi etraflarında dönmemesi durumunda tüm motorun işleyişi bozuluyordu. Aynı araştırma grubu yakın zamanlarda Proceedings of the National Academy of Sciences (USA)’ta yayımladıkları iki makalede statorların işleyişi ile ilgili son bulgularını paylaştılar. Kiroelektron tomografisi kullanılarak yapılan çalışmalar, statorların işleyişinde FliL adlı bir proteinin rol aldığını gösteriyor. Halka biçimli bu proteinler, C-halkasına katılan her bir statorun sabit bir nokta etrafında kararlı bir biçimde dönmesini sağlıyor. Böylece tüm motorun düzgün bir biçimde dönme hareketi üretmesi mümkün oluyor. Genlerinden bu proteini kodlayan kısımların çıkarılması durumunda ise bakterilerin hareket yeteneği büyük oranda azalıyor.

FliL proteinlerinin kiroelektron tomografisiyle elde edilen görüntüsü

İnsan vücuduna giren patojenlerin hastalığa sebep olabilmesi için hareket edebilmeleri çok önemlidir. Hareket etme yeteneğini kaybetmiş bakterilerin tehlikeli hastalıklara sebep olma ihtimali düşüktür. Araştırmacılar da bakterilerin hareket mekanizmasının daha iyi anlaşılmasıyla bakterilerin hareket yeteneğini hedef alan tedavilerin geliştirilebileceğini düşünüyorlar. Ayrıca bu çalışmaların sonuçları, vücudun çeşitli bölgelerine ilaç aktarmayı sağlayacak yöntemlerin geliştirilmesinde de kullanılabilir. 

Kaynaklar: 

• Guo, Shuaiqi ve ark., “FliL ring enhances the function of periplasmic flagella”, Proceedings of the National Academy of Sciences (USA), Cilt 119, Makale no: e2117245119, 2022.
• Tachiyama, Schoichi ve ark., “The flagellar motor protein FliL forms a scaffold of circumferentially positioned rings required for stator activation”, Proceedings of the National Academy of Sciences (USA), Cilt 119, Makale no: e2118401119, 2022.