Bakteriler - Tıpacı

28. Temmuz 2016

Yeni antibiyotik burunda bulundu

Bilim insanları, burundaki bakterileri inceleyerek yeni bir antibiyotik türü buldu.

Nature dergisinde yayınlanan makaleye göre lugdunin adı verilen yeni ilaç, diğer antibiyotik türlerine karşı dirençli hale gelen MRSA gibi süper bakterilerin tedavisinde kullanılabilir.

Bundan önceki son antibiyotik keşfi 1980’lerde yapılmıştı.

Antibiyotikler bugüne dek genelde toprakta bulunan bakteriler kullanılarak üretildi.

Almanya’daki Tübingen Üniversitesi’nde yapılan son keşif ise insan vücudundaki bakterilere dayanıyor.

Çalışmaya katılan bilim insanları, insan vücudunun daha pekçok antibiyotik üretilebilecek, bakir bir kaynak olduğunu söylüyor.

Çünkü insan vücusunda rakip bakteri türleri arasında sürekli bir “alan ve gıda savaşı” sürüyor.

Bu mücadelede antibiyotiklerin de kullanıldığından uzun süredir şüpheleniliyordu.

Alman ekip de burundaki “bakteri savaşlarını”, özellikle de insanlardan %30’unun burnunda bulunan Staphylococcus aureus mikrobunu inceledi.

Acaba aralarında hastanelerin korkulu rüyası MRSA bakterisinin de bulunduğu bu grup, neden herkesin burnuna yerleşemiyor?

Bu soruya yanıt arayan ekip, burnunda Staphylococcus lugdunensis mikrobu taşıyanların, diğer grubu da bulundurma riskinin düşük olduğunu saptadı.

Alman ekip daha sonra bu mikrobun genetik yapısı üzerinde oynayarak, “burundaki savaşı” kazanmasını sağlayan geni keşfetti ve bu genden antibiyotik üretti.

İlacın henüz yalnızca fareler üzerindeki testleri yapıldı; insanlara ulaşmasının ise yıllarca sürebileceği belirtiliyor.

Tabii insanlar üzerinde aynı başarının tekrarlanıp tekrarlanmayacağı da ayrı bir konu.

Ama ne olursa olsun araştırmacılar, antibiyotikler için yeni bir “maden” bulmuşa benziyor: İnsan vücudu.

Kaynak:

BBC
Alexander Zipperer, Martin C. Konnerth, Claudia Laux, Anne Berscheid, Daniela Janek, Christopher Weidenmaier, Marc Burian, Nadine A. Schilling, Christoph Slavetinsky, Matthias Marschal, Matthias Willmann, Hubert Kalbacher, Birgit Schittek, Heike Brötz-Oesterhelt, Stephanie Grond, Andreas Peschel & Bernhard Krismer Human commensals producing a novel antibiotic impair pathogen colonization Nature 535, 511–516 (28 July 2016) doi:10.1038/nature18634 Received 12 November 2015 Accepted 09 June 2016 Published online 27 July 2016

3. Mart 2016

Yatay Gen Aktarımı: Evrim Ağacı Üzerinde Gezinen Antibakteriyel Genler!

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 (ana görselde görülüyor).

Daha önce, birçok çalışmada yatay gen aktarımının izleri gösterilmiş olsa da, aktarılan genler genellikle yeni evsahibi 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.

Hazırlayan: Gönensin Ozan Bozdağ

Düzenleyen: ÇMB (Evrim Ağacı)

Görsel: Antibakteriyel genler yaşam ağacının tüm dallarına işlevlerini yitirmeden aktarılmakta. Çalışmada antibakteriyel lizozim enzimini sentezleyen gen ailesinin bakterilerden -yatay gen aktarımı ile- arkelere (kırmızı), bitkiye (yeşil), mantar türlerine (turuncu), ve bir böcek türüne (lacivert) aktarıldığı gösterilmekte. Çalışma, bu derece çok yönlü ve uzak türler arasında gerçekleşen yatay gen aktarımını göstermesi bakımından bir ilk.

Yazının Orijinali: Bilimsol

Kaynak: Jason A Metcalf Lisa J Funkhouser-Jones Kristen Brileya Anna-Louise Reysenbach Seth R Bordenstein Antibacterial gene transfer across the tree of life DOI: Published November 25, 2014 Cite as eLife 2014;3:e04266 http://dx.doi.org/10.7554/eLife.04266

19. Ocak 2016

Yatay Gen Transferi: Genlerimizden 145 Tanesi ”İnsan”a Değil, Bakterilere Ait!

Bilim insanlarınca yapılan yeni bir araştırma ile genlerin insanlara sadece kendi atalarından miras kalmadığı, evrim süreci boyunca önemli işlevleri olan 100’de fazla genin de, bakterilerden biz insanlara (Homo sapiens‘e) aktarılmış olduğu ortaya çıktı. Birleşik Krallık’ta yapılan bu araştırmada, yaklaşık 150 farklı kalıtsal özelliğin yatay gen transferi sayesinde insan genomuna geçtiği tespit edildi. Aradaki bu gen alışverişinin bir nesilden diğer nesile aktarma şeklinde değil, farklı türler arasında gerçekleştiği anlaşıldı.

Yatay gen transferi genellikle mikroorganizmalarda ve omurgasız hayvanlarda görülmektedir. Bakteriler bu yolla antibiyotiklere karşı direnç kazanmaktadır. Wolbachia bakterileri, bu gen transferi ile sonraki nesillere kalıtsal özelliklerinin sadece bir kısmını aktarabilecek olsa da, genomlarının tamamını bile meyve sineklerine (Drosophila ananassae) geçirip orada saklayabilirler.

Omurgalı hayvanlarda ise türler arası yatay gen aktarımı şu ana kadar çok nadiren gözlemlenmiştir. Bu yüzden 2001 yılında gerçekleştirilen bir araştırmada incelenen insan genomunda, bakterilerden Homo sapiens‘e aktarılmış olan 113 farklı gen tespit edilmesi bilim dünyasında şaşkınlık yaratmıştı. Fakat elde edilen sonuçlar bugüne kadar tartışmalıydı.

Bakterilerden Geçen Genler

İngiliz bilim insanları türler arası gen aktarımı konusunu oldukça ciddiye aldılar ve içerik açısından çok zengin olan genom veri bankalarını taradılar. Aralarında şempanzelerin ve biz modern insanların da genomlarının bulunduğu 10 farklı primat, 4 çeşit yuvarlak solucan (nematod) ve 12 meyve sineği türünün genomlarını karşılaştırdılar. Söz konusu araştırmada, bu canlıların genomları mikroorganizmanın kalıtsal özelliklerini taşıyan genler ile kıyaslanmıştır.

Elde edilen sonuçlar ışığında, yağ metabolizmasında ve bağışıklık sisteminde önemli rol oynayan 145 farklı genin bakterilerden insana aktarıldığı sonucuna ulaşıldı. Aradaki gen transferinde aktarılan kalıtsal olan bir takım özelliklerin alıcıya fayda sağladığı ve yatay transferde genlerin büyük bir kısmının bakterilerden, protistalardan ve hatta mantarlardan aktarıldığı gözlemlendi. Gen transferinin nasıl gerçekleştiği konusunda araştırmacılar halen hemfikir değiller; fakat virüslerin genlerin aktarımında bir rol oynamış olabileceği düşünülüyor.

Araştırmacılar aktarımın ne zaman gerçekleşmiş olabileceğini araştırmak için genlerin Evrim Ağacı üzerindeki dağılımını da incelediler. Buna göre, insanlarda ve diğer primatlardaki bu aktarımın büyük oranda ortak ataların zamanında gerçekleşmiş olduğu ortaya çıkarıldı. Buna rağmen, yuvarlak solucanlarda ve meyve sineklerinde yatay gen transferi günümüzde de halen görülmektedir.

Cambridge Üniversitesi’nden Dr. Gos Micklern, Genome Biology dergisinde gen transferinin bütün bir faunada gerçekleşmiş olabileceğini ve bunun da evrim sürecinde şu ana kadar gözardı edilmiş önemli bir rol oynamış olabileceğini belirtti.. Makalenin baş yazarı Alastair Crisp bu konuda şöyle söylüyor:

“Bu araştırma, insanlarda ve hayvanlarda yatay gen transferinin oldukça yaygın olduğunu ve onlarca, hatta yüzlerce aktif rol oynayan genin bu süreçte aktarılmış olabileceğini gördük. Fakat asıl şaşırtıcı olan ise yatay gen transferinin hiç de nadir bir şey olmadığı, aksine evrim sürecinde ve hatta belki de tüm hayvan türlerinde görülebileceğidir. Bu da aslında evrim tanımımızı bir kez daha gözden geçirmemiz gerektiği anlamına geliyor.”

Söz konusu araştırmada görev almamış olan, Konstanz Üniversitesi’nden Axel Meyer ise bu konuda şöyle belirtiyor:

“Oldukça mantıklı ve merak uyandırıcı bir araştırma. Elde edilen sonuçlar çok önemli ve eminim ki bilim dünyasının çok ilgisini çekecek. Fakat bu gen transferinin nasıl gerçekleşmiş olabileceği akıllarda pek çok soru işareti uyandırıyor.”

2012 yılında yapılan bir diğer araştırmada ise bazı genlerin konak görevindeki balıklardan parazit olarak beslenen diğer balıklara (taşemengillere) doğrudan gen aktarımının mümkün olduğu kanıtlanmıştı.

Çeviren: Mert Moralı (Evrim Ağacı Okuru)

Düzenleyen: ÇMB (Evrim Ağacı)

Kaynak:

Der Spiegel
Alastair Crisp, Chiara Boschetti, Malcolm Perry, Alan Tunnacliffe and Gos Micklem Expression of multiple horizontally acquired genes is a hallmark of both vertebrate and invertebrate genomes Genome Biology 2015, 16:50 doi:10.1186/s13059-015-0607-3
Meyer M¹, Kircher M, Gansauge MT, Li H, Racimo F, Mallick S, Schraiber JG, Jay F, Prüfer K, de Filippo C, Sudmant PH, Alkan C, Fu Q, Do R, Rohland N,Tandon A, Siebauer M, Green RE, Bryc K, Briggs AW, Stenzel U, Dabney J, Shendure J, Kitzman J, Hammer MF, Shunkov MV, Derevianko AP, Patterson N,Andrés AM, Eichler EE, Slatkin M, Reich D, Kelso J, Pääbo S. A high-coverage genome sequence from an archaic Denisovan individual. Science. 2012 Oct 12;338(6104):222-6. doi: 10.1126/science.1224344. Epub 2012 Aug 30.

19. Ocak 2016

Bazı bakterilerin inatçılığının sebebi kolektif stratejileri mi?

bakteri kolektifi site için

Görsel açıklaması: Vermont’ta üç üniversitede yapılan ve yayımlanan yeni bir araştırmada, biliminsanları, bakteriyal bir topluluk içindeki hücrelerin kendi aralarında antibiyotik direncini ortak bir şekilde belirleyip, yani adeta ortak bir topluluk gibi davranarak, antibiyotiklere aynı direnç yanıtını verdiklerini gösterdi.

Scientific Reports dergisinde 13 Ocak 2016’da yayımlanan çalışmaya göre, bazı bakteriler kültür ortamında “hepimiz birimiz, birimiz hepimiz için” stratejisini izleyerek, olası bir antibiyotik saldırısına karşı ortak direnç göstermeye kendilerini hazırlayabiliyor. Sonuçlar, kistik fibrozis gibi dirençli enfeksiyonların nasıl tedavi edilebileceği konusunda yardımcı olabilecek gibi duruyor.

Vermont Üniversitesi’nden üç araştırmacının ortak çalışması olarak yayımlanan çalışmada, antibiyotik tehdidi altında olmasa da, onlara az ya da çok direnç oluşturacak rastgele protein kaskadı (reaksiyonlardan birinin ürünlerinin, gelecek reaksiyonlarda yakıldığı kimyasal reaksiyonlar dizisi) oluşturan bakteri topluluğu içinden tek bir hücrenin hızlandırılmış video görüntüleri kullanıldı. Antibiyotik tedavisinden sonra çok az hücresi geriye kalsa bile, bakteriyal koloni kendini yeniden canlandırabiliyordu.

Matematik ve Mühendislik Bilimleri Üniversitesi’nde yardımcı profesör olarak çalışan ve bu araştırmada bulunan Mary Dunlop’a göre, metabolik bakış açısından, bir hücrenin kendi proteinlerini direnç geliştirecek şekilde ortaya koyması, epeyce kıymetli bir bulgudur. Bu stratejiye göre, bakteri kolonilerinin bireysel hücrelerinden bazıları “direnç geliştirme” görevini yapmaktan kaçınsa bile, diğerlerinin oluşturduğu direnç düzeyi sayesinde yeterince dirençli olabileceklerdir.

Daha önceki araştırmalarda, yoğun antibiyotiğe maruz kalan bakteriyel topluluk içindeki tüm hücrelerin MarA adı verilen mekanizma tarafından aktive edilen bir protein kaskad stratejisini kullanarak direnç oluşturdukları bulunmuştu. Ancak bu yeni çalışmada, bakteri kolonisinin, tehdit altında olmaksızın da bu stratejiyi kullanabildiği gösterildi.

Dunlop’a göre, bu geçici direnç sistemi, popülasyondaki bireysel hücreler arasında dağılıp diğer birçok bakteriyal topluluk için de örnek bir model oluşturabilir. Yine belki kistik fibrozis gibi hastalıklarda enfeksiyonun neden dirençli olduğu bununla açıklanabilir. Bu hastalıklarda MarA mekanizmasını ve direnç düzeyini uyarmadan antibiyotik verilmeyeceği klinisyenlerce bilinir. Ancak sona kalan antibiyotik direnci olan ve inatçı az sayıdaki hücre uygun antibiyotiğe rağmen hayatta kalıp enfeksiyonun yaşamasına neden olabilmektedir.

Yeni çalışma, antibiyotik tedavisinin zamanlamasını ve sıklığını değiştirerek, aralarında birlik olup direnç değiştokuşu yapan hücreleri tümüyle yok edebilecektir.

MRSA gibi bazı antibiyotiğe dirençli bakteriler genetik değişiklik gibi mutasyonlarla direnç geliştiriyor olabilir. Dunlop ve arkadaşları bu çalışmadan sonra örneğin bakterilerin genomlarını değil de protein ifadelerini değiştirerek zamanla her bir bakteride oluşan direnç düzeyini etkisizleştirmeyi sağlayabilecektir.

Çeviren: Dr. Ebru Oktay (Bilim ve Gelecek)

Kaynak:

Sciencedaily
Imane El Meouche, Yik Siu, Mary J. Dunlop. Stochastic expression of a multiple antibiotic resistance activator confers transient resistance in single cells. Scientific Reports, 2016; 6: 19538 DOI:10.1038/srep19538