Sonsuz Ark/ Evrensel Çerçeveye Yolculuk
"Fsr sadece evrimsel çıkarımların önünü açmakla kalmıyor, aynı zamanda deniz mikroplarının büyüleyici dünyasını daha iyi anlamamızı sağlıyor. Sadece sülfit üzerinde büyüyebilen metanojenler, olağan sülfür substratları olan tehlikeli sülfürü kullanma ihtiyacını ortadan kaldırıyor."
Scientists Discover Enzyme That Can Turn Poison Into Food
Max Planck Deniz Mikrobiyolojisi Enstitüsü'ndeki araştırmacılar, metan üreten bir mikrobun zehirli sülfitle zehirlenmeden nasıl geliştiğini ortaya çıkardı.
Metanojenler, oksijenden yoksun bir ortamda metan üreten küçük organizmalardır. Geviş getiren hayvanların sindirim sisteminde olduğu gibi metan üretimi, metan oldukça güçlü bir sera gazı olduğu için küresel karbon döngüsünde önemli bir rol oynar. Bununla birlikte metan, evleri ısıtmak için bir enerji kaynağı olarak da kullanılabilir.
Fsr'nin sülfitin sülfite indirgendiği katalitik bölgesinin gösterimi. Sülfiti bağlayan ve dönüştüren siroheme (pembe renkte) proteinin çözücü tarafından erişilebilen bir boşluğuna (gri yüzey) gömülüdür. Bu şekilde, sülfit proteine kolayca girebilir ve üretilen sülfit proteini terk edebilir. Kaynak: Max Planck Deniz Mikrobiyolojisi Enstitüsü
Büyüme için zehirli bir temel
Nature Chemical Biology'de yayınlanan araştırmanın nesnesi, denizlerde 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'in topuğu, metan yapmak için gereken enzimi yok eden toksik ve reaktif sülfür bileşiği sülfittir.
İncelenen her iki organizma da kendi ortamlarında zaman zaman sülfite maruz kalmaktadır, örneğin oksijen girdiğinde ve indirgenmiş sülfür ile reaksiyona girdiğinde. Kısmi oksidasyonu sülfit oluşumuyla sonuçlanır ve bu nedenle metanojenlerin kendilerini korumaları gerekir. Ancak bunu nasıl yapabilirler?
Marion Jespersen saflaştırılmış F420-bağımlı sülfit redüktaz (Fsr) ile. Siyah renk, reaksiyona katılan tüm demirden gelmektedir. Deneyler, enzimi oksijen ve gün ışığından korumak için anaerobik bir odada ve yapay ışık altında gerçekleştiriliyor. Kaynak: Tristan Wagner/Max Planck Deniz Mikrobiyolojisi Enstitüsü
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 sülfit detoksifikasyonu yapan 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 araştırmada Jespersen ve meslektaşları enzimin nasıl çalıştığını açıklıyor. Jespersen, "Enzim sülfiti hapsediyor ve doğrudan sülfite indirgiyor, bu da örneğin amino asitlere dahil edilebiliyor" diyor ve ekliyor: "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 keşfettiler. 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 iyilerini bir araya getirdiği söylenebilir."
Hem dissimilatör hem de asimilatör yollardan gelen 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 olan 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, olağan sülfür substratları olan tehlikeli sülfürü kullanma ihtiyacını ortadan kaldırıyor.
"Bu, bu önemli mikroorganizmaları incelemek için daha güvenli biyoteknolojik uygulamalar için fırsatlar üretiyor. En uygun çözüm, ucuz, bol ve tamamen güvenli bir sülfür 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 varsaymışlardır.
"Bir sonraki zorluğumuz, bu mucize mikropların yeteneklerinin tam bir resmini elde etmek için sülfatı sülfite nasıl dönüştürebileceğini anlamak."
Max Planck Intitute for Marine Microbiology, 14 Şubat 2023, SciTechDaily
Mustafa Tamer, 08.03.2023, Sonsuz Ark, Çeviri, Bilim ve Teknoloji, Aklın Merdivenleri
Referans: "Structures of the sulfite detoxifying F420-dependent enzyme from Methanococcales" Marion Jespersen, Antonio J. Pierik ve Tristan Wagner, 19 Ocak 2023, Nature Chemical Biology. DOI: 10.1038/s41589-022-01232-y
- Sonsuz Ark'ta yayınlanan yazılardan yazarları sorumludur.
- Sonsuz Ark linki verilerek kısmen alıntı yapılabilir.
- Sonsuz Ark yayınları Sonsuz Ark manifestosuna aykırı yayın yapan sitelerde yayınlanamaz.
- Sonsuz Ark Yayınlarının Kullanımına İlişkin Önemli Duyuru için lütfen tıklayınız.