Bakteriler Birbirleriyle Nasıl İletişim Kurar?

Dr_Microbe/iStockphoto.com

Bir bakteriye mikroskopla baktığımızda aklınıza ilk gelen şey muhtemelen “basitlik” olur. Küçücük bir hücre... Ne çekirdeği var ne beyni ne de sinir sistemi. Ama gerçek çok daha şaşırtıcıdır. Bu tek hücreliler, bir araya geldiklerinde inanılmaz bir beceri gösteriyor: Birbirleriyle iletişim kuruyorlar. Üstelik iletişim yöntemleri o kadar etkili ki bilim insanları buna özel bir isim vermiş: Quorum Sensing. Bu kavram Türkçede “kvorum algılama” ya da “sinyal yoğunluğu algısı” olarak karşılık buluyor.

Peki bu gizli dil nasıl işler ve neden bu kadar önemli?

Bakterilerin kelimeleri yoktur; bunun yerine kimyasal sinyalleri vardır. Her bakteri, çevresine otokrin adı verilen küçük sinyal molekülleri salar. Ortamda az sayıda bakteri bulunduğunda bu moleküller birikir ama bir yoğunluk eşik değerine ulaşamaz. Fakat bakteri sayısı arttıkça kimyasal “fısıltılar” yükselir ve zamanla adeta bir koroya dönüşür. Sinyal yoğunluğu kritik değeri geçtiğinde ise bakterilerdeki belirli genler aynı anda etkinleşir. Böylece bütün bakteri topluluğu, sanki ortak bir karar vermiş gibi davranmaya başlar. İşte bu mekanizma quorum sensing’dir.

Bunu anlamak için dolu bir stadyumu gözünüzde canlandırın. Az sayıda seyircinin tezahüratı kaybolur gider ancak binlerce kişi aynı anda bağırmaya başladığında tüm stat tek bir sese dönüşür. Quorum sensing de bakterilerin bu kolektif davranışını mümkün kılar. Bu nedenle bazı bilim insanları quorum sensing’i “bakterilerin demokrasisi” bazıları ise “kolektif zekâsı’’ olarak tanımlar. Çünkü karar bireysel değil, topluluğun büyüklüğüne göre alınır.

Bu olayın en etkileyici örneklerinden biri denizlerde görülür. Tek başına ışık saçmayan Vibrio fischeri adlı bir bakteri, belli bir sinyal yoğunluğu eşik değeri aşıldığında tüm koloni hâlinde parlamaya başlar. Bu biyolüminesans, bazı deniz canlılarının karanlık sularda ışıldamasını sağlar ve konak canlı ile milyonlarca yıldır devam eden bir ortak yaşam formunun ürünüdür.

RugliG/iStockphoto.com

Yakamoz, Noctiluca scintillans adlı planktonun dalgalar ya da suyun hareketiyle uyarıldığında hücresinde ışık üretmesi yani biyolüminesans tepkimesi sonucu ortaya çıkar.

Quorum sensing yalnızca doğadaki bir güzellik değil, insan sağlığıyla da yakından ilgilidir. Örneğin dişlerimizde oluşan plaklar, quorum sensing sayesinde organize olan bakterilerin eseridir. Tek başlarına yüzeyde tutunamayan bakteriler, kolektif hareket ederek diş minesine sıkıca bağlanır ve biyofilm denilen korunaklı bir tabaka oluşturur.

Daha önemlisi, bazı hastalık yapıcı bakteriler quorum sensing’i bir saldırı stratejisine dönüştürür. Vücudumuzda uzun süre fark edilmeden dolaşabilirler fakat sayıları belli bir eşik değeri geçince virülans genlerini etkinleştirerek topluca zehirli maddeler salgılarlar. Bu ani geçiş bağışıklık sistemimizi hazırlıksız yakalayabilir.

Günümüzde antibiyotik direnci giderek büyüyen bir sorun. Quorum sensing bu alanda yenilikçi bir müdahale yöntemine kapı aralıyor olabilir. Bir yaklaşıma göre eğer bakterilerin “konuşmasını” engelleyebilirsek saldırılarını başlamadan durdurmak mümkün olabilir. Yani bakterileri öldürmek yerine iletişim ağlarını kesintiye uğratarak onları etkisiz hâle getirebiliriz.

Tüm bu mekanizmalar bize şunu hatırlatıyor: Doğa, en basit canlılarda bile olağanüstü bir yaratıcılıkla çözümler üretiyor. Quorum sensing, yaşamın en küçük birimlerinde bile iş birliği, iletişim ve topluluk bilincinin varlığını gösteriyor. Belki de doğanın en önemli derslerinden biri, bu görünmez varlıklardan geliyor: Tek başımıza zayıf olabiliriz ama bir araya geldiğimizde olağanüstü şeyler başarabiliriz.

Sözlük:

Virülans genleri: Virülans genleri, bir bakterinin hastalık yapma yeteneğini artıran protein ve moleküllerin üretiminden sorumlu genlerdir. Bu genler etkinleştiğinde bakteri, konak hücrelerine zarar verebilir, bağışıklık sisteminden kaçabilir veya toksin salgılayabilir.

Kaynaklar:

• Miller, M. B., & Bassler, B. L. (2001). Quorum sensing in bacteria. Annual Review of Microbiology, 55, 165–199. https://doi.org/10.1146/annurev.micro.55.1.165
• Papenfort, K., & Bassler, B. (2016). Quorum sensing signal–response systems in Gram-negative bacteria. Nat Rev Microbiol 14, 576–588 https://doi.org/10.1038/nrmicro.2016.89
• Nealson KH, Platt T, Hastings JW. (1970). Cellular Control of the synthesis and activity of the bacterial luminescent system. J Bacteriol 104:. https://doi.org/10.1128/jb.104.1.313-322.1970.
• Horinouchi, S., Ueda, K., Nakayama, J., & Ikeda, T. (2010). Cell-to-cell communications among microorganisms. In Comprehensive Natural Products II: Chemistry and Biology (Vol. 4, pp. 283-337). Elsevier Ltd. https://doi.org/10.1016/B978-008045382-8.00098-8.

Yazar Hakkında:

Doç. Dr. Uğur Azizoğlu

Kayseri Üniversitesi, Safiye Çıkrıkçıoğlu Meslek Yüksekokulu, Bitkisel ve Hayvansal Üretim Bölümü

Erciyes Üniversitesi, Betül-Ziya Eren Genom ve Kök Hücre Araştırma Merkezi (GENKÖK)

Azizoglu Research Group