Profesör Dr. Alexander Probst liderliğindeki bir araştırma ekibi, genellikle bakterilere çok benzeyen mikroorganizmalar olan arkelerin parazitlerle savaşmak için CRISPR-Cas sistemini kullandığını keşfetti. Araştırmacılar bu bulguyu, en yeni dizileme teknolojisini kullanarak 7.000’den fazla genom içeren kapsamlı genomik analiz yoluyla elde ettiler.
Mikroorganizmalar, viral saldırılara karşı bir savunma mekanizması olarak CRISPR-Cas sisteminden yararlanır. Genetik mühendisliği alanında, bu mikrobiyal bağışıklık sistemi, genetik yapının hedeflenen modifikasyonu için yeniden tasarlanır.
Research Alliance’a bağlı Tek Sağlık Ruhr Araştırma Merkezi’nde mikrobiyolog olan Profesör Dr. Alexander Probst’un liderliğinde Ruhr adlı bir araştırma ekibi şimdi bu özelleşmiş genomik dizinin başka bir işlevini keşfetti: arkea – genellikle görünüş olarak bakterilere çok benzeyen mikroorganizmalar – ayrıca onları parazitlerle savaşmak için kullanırlar.
Ekip yakın zamanda bulgularını Nature’da yayınladı. Mikrobiyoloji.
Dr. Alexander Prost. Kredi: UDE/Bettina Engel-Albustin
Biyokimyacılar Emmanuelle Charpentier ve Jennifer Doudna, 2020’de genetik mühendisliği için CRISPR-Cas sistemlerinin veya “genetik makas”ın biyoteknolojik uygulamasıyla Nobel Ödülü’nü aldılar. Bununla birlikte, bu genetik aracın birçok işlevi bugüne kadar hala keşfedilmemiştir. Örneğin mikroorganizmalar, üzerlerinde parazit olarak yaşayan diğer mikroorganizmalarla savaşmak için bunları kullanabilir mi?
Bu araştırma sorusunu akılda tutan Alexander Probst, Dünya’nın derin kabuğundaki mikropların genetik materyalini analiz etti. Dünyadaki mikroorganizmaların yüzde 70’inden fazlası derin biyosferde barındırılıyor. Gezegenimizdeki çeşitliliği anlamak istiyorsak, derinlere bakmaya değer’ diye açıklıyor.
Mikrobiyolog, ekibiyle birlikte ABD’deki bir gayzerin yüzeye püskürttüğü suyu analiz etti. derinliklerden ve Japonya’daki Horonobe yeraltı laboratuvarından örnekler. Araştırma ekibi, ekosistemde konakçı ve parazit olarak yaşayan arkealara odaklandı. Minik mikroplar, hücre boyutu bakımından bakterilere oldukça benzer, ancak önemli ölçüde farklı fizyolojik özelliklere sahiptir.
Genomik analizlerinin sonucu, yeni bilgiler sağladı: konakçıların çevresinde bariz bir şekilde az sayıda parazit vardı ve konakçılar, parazitlere karşı genetik direnç. Araştırmacılar bunun nedenini mikroorganizmaların genomundaki genetik makasta keşfettiler. Evrim sürecinde, arkeler parazitik DNA’yı bünyesine katmıştır. Aynı DNA’ya sahip bir parazit şimdi organizmaya saldırırsa, yabancı genetik materyal muhtemelen CRISPR sistemi tarafından tanınır ve muhtemelen ayrıştırılır’, diye açıklıyor Probst. Mikrobiyolog, çevresel örneklerden alınan genetik materyalin analizinde uzmandır ve laboratuvarında, materyalin hızlı ve kapsamlı bir şekilde sıralanmasını sağlayan Oxford Nanopore teknolojisi gibi en son yöntemleri kullanır.
Etkilemek için Araştırmacılar, yalnızca izole vakalara rastlamış olma ihtimalini göz önünde bulundurarak, analizi 7.000’den fazla genoma genişletti ve fenomeni çok sık gözlemledi. Gelecekteki araştırmalarda, bu bulgu aynı zamanda yararlı simbiyontlar ile zararlı parazitler arasında ayrım yapmayı kolaylaştıracaktır. Bir CRISPR tanıması varsa, mikroorganizmanın bir parazit olma olasılığı çok yüksektir. Bu, muhtemelen gelecekte ekosistemlerdeki karbon akışı gibi önemli metabolik süreçlerin daha iyi anlaşılmasına da yardımcı olacaktır.
Referans: “A tahmin edilen CRISPR aracılı simbiyoz arasında ekilmemiş arkeler” yazan Sarah P. Esser, Janina Rahlff , Weishu Zhao, Michael Predl, Julia Plewka, Katharina Sures, Franziska Wimmer, Janey Lee, Panagiotis S. Adam, Julia McGonigle, Victoria Turzynski, Indra Banas, Katrin Schwank, Mart Krupovic, Till L. V. Bornemann, Perla Abigail Figueroa-Gonzalez, Jessica Jarett, Thomas Rattei, Yuki Amano, Ian K. Blaby, Jan-Fang Cheng, William J. Brazelton, Chase L. Beisel, Tanja Woyke, Ying Zhang ve Alexander J. Probst, 27 Temmuz 2023, Nature Microbiology.
{ 11}DOI: 10.1038/s41564-023-01439-2