Havadan Nitrojen Çekebilme Yeteneğine Sahip İlk Ökaryot: Braarudospharea bigelowii

Tek hücreli alg Braarudospharea bigelowii (burada 1000x büyütülmüş olarak gösterilmektedir), nitroplast organeli (ok) sayesinde nitrojeni sabitlediği bilinen ilk ökaryottur. TYLER COALE

Havadan Nitrojen Çekebilme Yeteneğine Sahip İlk Ökaryot: Braarudospharea bigelowii

Atmosferden nitrojen toplayabilen canlılar kulübüne yeni bir hücre tipini davet etmenin zamanı geldi.

Şimdiye kadar havadaki nitrojeni çekip biyolojik olarak faydalı bir forma dönüştürdüğü düşünülen tek yaşam formunun bakteri ve arkeler olduğu düşünülüyordu. Ancak araştırmacıların 12 Nisan tarihli Science dergisindeki raporuna göre, tek hücreli okyanus yosununun içindeki özel bir amonyak fabrikasının keşfi, organel adı verilen zarla çevrili yapılara sahip organizmalar olan ökaryotları da listeye ekledi.

Bilim insanları, bu fabrikanın bir zamanlar yaklaşık 100 milyon yıl önce alglerin içinde yaşamaya başlayan bir bakteri olduğunu ve o zamandan beri ev sahibi için nitrojen toplama makinesine dönüştüğünü söylüyor. Bir zamanlar ortakyaşarken, artık hücrenin birçok organelinden biri.

Atmosferdeki nitrojen gazının amonyağa dönüştüğü nitrojen fiksasyonu yaşam için önemli bir süreçtir. Organizmalar, temel biyokimyasalları sentezlemek için nitrojen içeren bileşiklere erişime ihtiyaç duyar. Bu yeteneğe sahip bakteri ve arkeler genellikle gaz arıtma işlemlerini toprakta veya okyanus gibi su ortamlarında gerçekleştirir.

Santa Cruz’daki Kaliforniya Üniversitesi’nden deniz ekolojisti Jonathan Zehr, UCYN-A olarak adlandırılan bu tür bir bakterinin dünya okyanuslarında yaygın olarak bulunduğunu ve okyanuslardaki nitrojenin sabitlenmesi açısından önemli olduğunu söylüyor. Bu bakterilerin aynı zamanda tek hücreli algler Braarudosphaera bigelowii ve akrabaları içinde yaşayan simbiyontlar olduğu da bilinmektedir.

Ancak ortakyaşar ve organel arasındaki çizgi belirsiz olabilir. Zehr ve meslektaşları, UCYN-A’nın bu yelpazenin neresinde yer aldığını daha iyi anlamak için yola çıktı.

Ekip, X-ışını görüntülemeyi kullanarak ilk olarak alg hücreleri bölündüğünde tüm organellerinin bir çizgi halinde düzenlendiğini ve iyi tanımlanmış bir sırayla bölündüğünü öğrendi. Yine UC Santa Cruz’dan deniz biyoloğu Tyler Coale, “Bu ortakyaşam bu diziye katılıyor” diyor. “Bir şekilde diğer organellerle tam zamanında bölünme işaretini alıyor.”

nitroplast bölücü
Araştırmacılar nitroplastların alg hücresindeki diğer organeller gibi kendilerini düzenlediklerini ve bölündüklerini buldular. Burada, konakçı alg hücresindeki hücre ve organel bölünmesini (soldan sağa doğru ilerleyen) gösteren bir dizi yumuşak X-ışını tomografi görüntüsü gösterilmektedir. Açık mor kloroplastları, koyu mor alg hücre çekirdeğini, yeşil mitokondriyi ve camgöbeği nitroplasttır. VALENTİNA LOCONTE

Daha sonra araştırmacılar, algler ve UCYN-A ortakyaşarları tarafından oluşturulan genetik talimatların ve proteinlerin (genomlar ve proteomlar) tam setini analiz etti. Coale, “Bu ortakyaşarın içinde fiziksel olarak mevcut olan proteinlerin yaklaşık yarısı, konakçı genomundan türetilmiştir” diyor. Bu tamamlayıcı proteinler, bakterinin önemli metabolik yollarındaki boşlukları dolduruyor gibi görünüyor; bu da bakterinin işlevini yerine getirmek için alg hücresinin proteinlerine bağlı olduğunu gösteriyor.

Buna paralel olarak bakteri proteinlerinin birçoğunda özel amino asit zincirleri bulunur. Çalışmaya katılmayan moleküler biyolog John Archibald, bunları hücre içinde protein ticareti için kullanılan “posta pulları” olarak tanımlıyor. Konakçı hücrenin genomu tarafından kodlanan proteinlerin, simbiyotik mikroplardan evrimleştiği düşünülen mitokondri ve kloroplast organellerine yönlendirilmesi için benzer bir sistem mevcuttur.

Nova Scotia, Halifax’taki Dalhousie Üniversitesi’nden Archibald, “Veriler açıkça iki hücrenin bir süredir birlikte evrimleştiğini gösteriyor” diyor.

Araştırmacılar, tüm bu özelliklerin UCYN-A’nın yalnızca bir ortakyaşar olmadığını, aynı zamanda bir organele, yani nitroplasta evrimleştiğini gösterdiğini ileri sürüyor.

Araştırmada yer almayan Almanya’daki Bonn Üniversitesi’nden moleküler biyolog Oliver Caspari, “Protein ithalatı gerçekten çok önemli” diyor. Bu ithalatın, bakteriyi bir organel olarak işaretleyen bir dereceye kadar karşılıklı bağımlılığı ima ettiğini söylüyor.

Nitroplast, bir konağın hücresel makinesinde dişlilere dönüşen simbiyotik mikropların bilinen dört örneğinden biridir. Özellikle kloroplastlar ve mitokondriler, 2 milyar yıl önce mikrobiyal ortakyaşarlardan evrimleşti. UCYN-A’nın evrimsel tarihi üzerine yapılan önceki araştırmalar, onun alglerle olan ilişkisinin çok daha yeni olduğunu , yaklaşık 100 milyon yıllık olduğunu gösterdi.

Bu, nitroplastların, mitokondri ve kloroplastların organellere nasıl evrimleştiğinin anlık görüntüsünü sağlayabileceği anlamına gelir. Coale, araştırmacıların uzun zamandır bu sürecin ortakyaşar genomlarının konağın nükleer genomuna göçünü içerdiğini düşündüğünü ancak nitroplastta buna dair bir kanıt bulunmadığını söylüyor. Bunun yerine, konağın genomu, ortakyaşamın kendi genomunun yok olduğu noktaya kadar ortakyaşamı destekleyebilir.

Coale, “Genler hedeflenirse ve proteinleri bu organellere aktarılırsa, o zaman genomları bu genleri kaybetmekte özgürdür” diyor. “Belki de ortakyaşarların evcilleştirilmesinin mekanizması budur.”

Yazan: İlknur YEŞİLYURT

Kaynak

TH Coale ve ark . Deniz alglerinde azot sabitleyen organel . Bilim . Cilt 384, 12 Nisan 2024, s. 217.

YouTube Kanalımız 

İlknur Yeşilyurt hakkında 153 makale
Biyoteknolog ve Moleküler biyolog. Astronomi, yeşil enerji, genetik, nanoteknoloji, biyosensörler ve biyoçözünürlük/biyouyumluluk konularına meraklı. Bilim ve kitap tutkunu.

İlk yorum yapan olun

Bir yanıt bırakın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak.


*