Son araştırmalar, Roseobacter’lerin simbiyotik bir ilişkiden patojenik bir ilişkiye geçiş yaptıklarını ve burada fitoplankton konakçıları için ölümcül hale geldiklerini ortaya çıkardı. Şimdi yeni bir çalışma, bu değişikliğin meydana gelmesinden neyin sorumlu olduğunu araştırıyor.
Yeni bir çalışma, deniz bakterilerinin bir alg konağıyla bir arada var olmaktan ani bir katile geçişini tetikleyen kimyasal süreçlere ışık tutuyor. .
Bilim adamları, deniz bakterilerinin yaşam tarzlarında, alg konakçılarıyla simbiyotik bir ilişki içinde bir arada var olmaktan onları aniden öldürmeye geçiş yaptıkları bir değişikliği ayrıntılı olarak açıkladılar. Çalışma yakın zamanda eLife dergisinde yayınlandı.
Bu yaşam tarzı değişikliğinin anlaşılması, alg çiçeklenme dinamiklerinin düzenlenmesi ve bunun deniz ortamlarındaki büyük ölçekli biyojeokimyasal süreçler üzerindeki etkisi hakkında yeni bakış açıları sunabilir.
Fitoplankton olarak bilinen tek hücreli algler, Dünya’da meydana gelen fotosentezin yaklaşık yarısından sorumlu olan okyanus çiçeklerini oluşturur ve denizdeki besin ağlarının temelini oluşturur. Bu nedenle, fitoplankton büyümesini ve ölümünü kontrol eden faktörleri anlamak, sağlıklı bir deniz ekosistemini sürdürmek için çok önemlidir. Roseobacter grubundan deniz bakterilerinin, karşılıklı yarar sağlayan bir etkileşimde fitoplankton ile eşleştiği ve bir arada var olduğu bilinmektedir. Fitoplankton, Roseobacter’e bakteri büyümesi için yararlı olan şeker ve amino asitler gibi organik maddeler sağlar ve Roseobacter de karşılığında B vitaminleri ve büyümeyi destekleyen faktörler sağlar.
Bununla birlikte, son araştırmalar Roseobacter’lerin bir yaşam tarzı, bir arada var olmaktan, fitoplankton konakçılarını öldürdükleri patojeniteye geçer. Algler tarafından DMSP adı verilen kimyasal bir bileşik üretilir ve bu geçişte rol oynadığı varsayılır.
“Roseobacter Sulfitobacter D7’nin fitoplankter Emiliania huxleyi ile etkileşime girerken bir yaşam tarzı değişikliği gösterdiğini daha önce tanımlamıştık.” ilk yazar Noa Barak-Gavish, Ph.D. Weizmann Institute of Science, İsrail, Bitki ve Çevre Bilimleri Bölümü’nden mezun oldu. “Ancak, bu geçişi belirleyen faktörlerle ilgili bilgimiz hâlâ sınırlıydı.”
Bu yaşam tarzı değişikliğini karakterize etmek için Barak-Gavish ve meslektaşları, transkriptomik bir deney gerçekleştirdiler. Sulfitobacter D7 bir arada bulunma veya patojenite aşamalarında.
Yaptıkları deney düzeneği, patojeniteye neden olan bir ortamda yetiştirilen Sulfitobacter D7’nin, amino asitler ve karbonhidratlar gibi metabolitler için bir arada var olan ortamda yetiştirilenlere göre daha yüksek taşıyıcı ifadesine sahip olduğunu göstermiştir. Bu taşıyıcılar, ölmekte olan Emiliania huxleyi (E. huxleyi) ‘den salınan metabolitlerin alımını en üst düzeye çıkarmaya hizmet eder. Ayrıca ekip, patojenik Sulfitobacter D7’de, bakterilerin hareketinden sorumlu olan flagellar genlerin artan bir aktivasyonunu gözlemledi. Bu iki faktör, Sulfitobacter D7’nin, E. huxleyi hücresinin ölümü üzerine salınan malzemeye rakiplerini yendikleri ve başka bir uygun konakçı arayışı içinde yüzerek uzaklaştıkları bir “ye ve kaç” stratejisi kullanmasına izin verir.
Ekip DMSP’nin ve diğer alg türevi bileşiklerin varlığına yanıt olarak Sulfitobacter D7’de etkinleştirilen genleri haritalayarak bu öldürücü davranışa geçişi sağlamadaki rolünü doğruladı. Ancak, yalnızca DMSP mevcut olduğunda, yaşam tarzı değişikliği gerçekleşmedi. Bu, DMSP’nin yaşam tarzı değişikliğine aracılık etmesine rağmen, organizmalar tarafından iletişim kurmak için üretilen ve kullanılan bileşikler olan diğer E. huxleyi türevi bilgi kimyasallarının varlığına da bağlı olduğu anlamına gelir.
DMSP, tarafından üretilen bir bilgi kimyasalıdır. birçok fitoplankton, bu nedenle diğer gerekli bilgi kimyasallarının bakterilerin belirli bir fitoplankton konakçısını tanımasına izin vermesi muhtemeldir. Pek çok farklı mikrobiyal türün bir arada bulunduğu doğal ortamlarda bu özgüllük, bakterilerin yalnızca doğru alg partneri bulunduğunda gen ifadesini ve metabolizmasını değiştirmeye yatırım yapmasını sağlar.
Çalışma aynı zamanda alglerin rolünü de ortaya çıkarır- Sulfitobacter D7 ve E. huxleyi etkileşimlerinde türetilmiş benzoat. Yüksek DMSP konsantrasyonlarında bile, benzoat bir arada yaşama yaşam tarzını sürdürme işlevi görür. Benzoat verimli bir büyüme faktörüdür ve bir arada bulunma sırasında E. huxleyi Sulfitobacter D7’ye sağlanır. Yazarlar, Sulfitobacter D7’nin büyüme için materyal alarak bir arada var olmaktan faydalandığı sürece karşılıklı etkileşimi sürdüreceğini önermektedir. Daha az benzoat ve diğer büyüme substratları sağlandığında, bakteri yaşam tarzı değişikliğine uğrar ve fitoplankton konakçısını öldürerek kalan yararlı malzemeleri yutar.
Sulfitobacter D7 patojenitesinin E. huxleyi’ye karşı tam mekanizması keşfedilmeyi beklemektedir. ve yazarlar bu alanda daha fazla çalışma çağrısında bulunuyor. Birçok bakterinin materyalleri hücre zarları boyunca taşımak için kullandığı bir kompleks olan hücresel makine Tip 2 salgı sistemi, diğer Roseobacter’lere kıyasla Sulfitobacter D7’de daha yaygındır ve daha fazla araştırma gerektiren benzersiz bir patojenite yöntemine işaret eder.
{6 Weizmann Bilim Enstitüsü, Bitki ve Çevre Bilimleri Bölümü’nde Profesör olan kıdemli yazar Assaf Vardi, “Çalışmamız, Roseobacter-fitoplankton etkileşimlerinde bir arada varlıktan patojeniteye geçiş için bağlamsal bir çerçeve sağlıyor.” “Bu etkileşimler, alg patlaması dinamiklerinin düzenlenmesinde yeterince takdir edilmeyen bir bileşendir ve bu alanda yapılacak daha fazla araştırma, bunların deniz ortamındaki karbon ve sülfürün kaderi üzerindeki etkilerine ilişkin içgörüler sağlayabilir.”
Referans: “Bakteriyel yaşam tarzı Alg metabolitlerine yanıt olarak geçiş” yazan Noa Barak-Gavish, Bareket Dassa, Constanze Kuhlisch, Inbal Nussbaum, Alexander Brandis, Gili Rosenberg, Roi Avraham ve Assaf Vardi, 24 Ocak 2023, eLife.
DOI: 10.7554/ eLife.84400