Büyüme İçin zehirli bir temel
Nature Chemical Biology’de yayınlanan çalışmanın nesnesi, denizlerde yaşayan ısı seven iki metanojendir: Methanothermococcus thermolithotrophicus (yaklaşık 65 °C’de jeotermal olarak ısıtılmış çökeltilerde yaşar) ve Methanocaldococcus jannaschii (yaklaşık 85 °C’de derin deniz volkanlarını tercih eder). Hücresel enerjilerini metan üreterek elde ederler ve büyümek için çevrelerinde bulunan sülfür formunda sülfür alırlar. Sülfür çoğu organizma için bir zehir olsa da, metanojenler için gereklidir ve yüksek konsantrasyonlarını bile tolere edebilirler. Bununla birlikte, Aşil topuğu, metan yapmak için gereken enzimi yok eden toksik ve reaktif sülfür bileşiği sülfittir. İncelenen her iki organizma da bulundukları ortamda zaman zaman sülfite maruz kalmaktadır, örneğin oksijen girip indirgenmiş sülfit ile reaksiyona girdiğinde. Kısmi oksidasyonu sülfit oluşumuyla sonuçlanır ve bu nedenle metanojenlerin kendilerini korumaları gerekir. Peki bunu nasıl yapabilirler?
Sürecin moleküler bir görüntüsü
Almanya’nın Bremen kentindeki Max Planck Deniz Mikrobiyolojisi Enstitüsü’nden Marion Jespersen ve Tristan Wagner, Kaiserslautern Üniversitesi’nden Antonio Pierik ile birlikte sülfiti detoksifiye eden enzimin anlık bir görüntüsünü sunuyor. Kelebek şeklindeki bu enzim F420’ye bağlı sülfit redüktaz ya da Fsr olarak biliniyor. Sülfiti, metanojenlerin büyümek için ihtiyaç duyduğu güvenli bir sülfür kaynağı olan sülfüre dönüştürebiliyor. Mevcut çalışmada Jespersen ve meslektaşları enzimin nasıl çalıştığını açıklıyor. Jespersen, “Enzim sülfiti yakalıyor ve doğrudan sülfite indirgiyor, bu da örneğin amino asitlere dahil edilebiliyor” diye açıklıyor. “Sonuç olarak, metanojen zehirlenmiyor ve hatta ürünü sülfür kaynağı olarak kullanıyor. Zehri yiyeceğe dönüştürüyorlar!”
Kulağa basit geliyor. Ama aslında Jespersen ve meslektaşları büyüleyici ve karmaşık bir örtüşme ile karşı karşıya olduklarını fark ettiler. Jespersen, “Sülfit indirgemenin iki yolu vardır: dissimilatör ve asimilatör” diye açıklıyor. “İncelenen organizma, dissimilatör bir enzim gibi inşa edilmiş bir enzim kullanıyor, ancak asimilatör bir mekanizma kullanıyor. En azından kendi yaşam koşulları için her iki dünyanın da en iyi yanlarını bir araya getirdiği söylenebilir.”
Hem dissimilasyon hem de asimilasyon yolundaki enzimlerin ortak bir atadan evrimleştiği varsayılmaktadır. Bremen’deki Max Planck Enstitüsü’nde Max Planck Araştırma Grubu Mikrobiyal Metabolizma Başkanı Tristan Wagner, “Sülfit redüktazlar, küresel sülfür ve karbon döngüleri üzerinde büyük etkisi olan eski enzimlerdir” diye ekliyor. “Bizim enzimimiz Fsr, muhtemelen bu eski ilkel enzimin bir anlık görüntüsüdür ve evrimde heyecan verici bir geriye bakıştır.”
Biyoteknolojik uygulamalara bakış
Fsr sadece evrimsel çıkarımların önünü açmakla kalmıyor, aynı zamanda deniz mikroplarının büyüleyici dünyasını daha iyi anlamamızı sağlıyor. Sadece sülfit üzerinde büyüyebilen metanojenler, normal sülfür substratları olan tehlikeli sülfürü kullanma ihtiyacını ortadan kaldırıyor. “Bu, bu önemli mikroorganizmaları incelemek için daha güvenli biyoteknolojik uygulamalar için fırsatlar sunuyor. En uygun çözüm, ucuz, bol ve tamamen güvenli bir kükürt kaynağı olan sülfatı indirgeyen bir metanojen bulmak olacaktır” diyor Wagner. Aslında bu metanojen zaten var, Methanothermococcus thermolithotrophicus. Araştırmacılar, Fsr’nin bu sülfat indirgeme yolunun son reaksiyonunu düzenlediğini, çünkü ara ürünlerinden birinin sülfit olacağını varsaydılar. “Bir sonraki zorluğumuz, bu mucize mikropların yeteneklerinin tam bir resmini elde etmek için sülfatı sülfite nasıl dönüştürebileceğini anlamak.”
Kaynak: https://www.sciencedaily.com/releases/2023/01/230119112742.htm