Böcekler İle Simbiyotik Yaşam Sürdüren Mikroorganizmaların Savunma Amaçlı Kullanılması


M. Feray Çoşar - Moleküler Biyoloji ve Genetik, Fen Edebiyat Fakültesi, İstanbul Teknik Üniversitesi

Simbiyotik yaşam, pek çok organizmada görülen karşılıklı fayda sağlayan bir yaşam formudur. Simbiyotik yaşam içerisinde var olan mikroorganizmalar genellikle konak canlı üzerinden beslenme ve barınma temel ihtiyaçlarını karşılarken, konak canlıya parazit temizleme gibi yararlar sağlamaktadır. Konak canlı üzerindeki mikroorganizmaların sağladığı yararlar içerisinde savunmada görev almaları önemli bir roldür.[1]


Şekil 1: Böcek ve bakteri simbiyotik ilişkisini temsil etmektedir. [2]

Böcekler, gezegenimiz üzerinde var olan hayvan türleri içerisinde yaklaşık olarak %95’lik bir orana sahiptirler. Çeşitlilikleri ve farklı mekanizmaları göz önüne alındığında bu hayvanlar yeryüzündeki en başarılı canlı organizma gruplarından biri olarak kabul edilmektedir. Böceklerin dışarıdan gelebilecek herhangi bir patojenik enfeksiyonlarla başa çıkmalarına izin veren son derece etkili bir bağışıklık sistemleri bulunmaktadır. Bu sistem içerisinde böcek populasyonları üzerinde yapılan çalışmalarda özellikle pek çok bakteri ve mantar türünün konuk oldukları böcekleri avcılara, parazitlere ve mikrobiyal patojenlere karşı savunmak için reaktif oksijen türlerinden küçük moleküllere, protein toksinlerine kadar değişen

moleküler düzeyde savunma sistemi kurdukları gözlemlenmiştir.[1,3]

Yaklaşık olarak 25 milyon fırtına böceği üzerinde yapılan incelemelerde, fırtına böceklerinin kurt örümceklerine av olmaktan poliketid toksin pederini sayesinde kurtulduğu bulunmuştur. Pederin yapısının fırtına böcekleri ile endosimbiyotik yaşam döngüsüne sahip olan Gammaproteobacterium cins Pseudomonas bakterisi tarafından üretildiği kanıtlanmıştır. [3,4]


Şekil 2: Böcek endosymbionts tarafından üretilen poliketid toksinler.

Yapılan güncel çalışmalarda Asya turunçgil pisilidinine ait bakteriyel bir simbiyozun ürettiği poliketit olan diyaforinin savunma için önemi çok fazladır. İlginç bir şekilde, böceğin genomu, basitleştirilmiş bir doğuştan gelen bağışıklığı yaygın böcek antimikrobiyal peptitlerden yoksun olan bir savunma sistemine sahiptir. Bu simbiyotik ilişki böcek için tamamen bir kalkan görevi görürken, bakteri için uygun bir yaşam ortamı sağlar. Pederinlerin çoğu üyesinin güçlü antitümör aktivitesi vardır, bu özellikleri antikanser ilaç çalışmalarında umut vaad edici olarak öne çıkmalarını sağlamaktadır. Diyaforin, pederin maddesinde olduğu gibi inaktive edici peptid yanıtları ile konuk olduğu canlıyı dış tehlikelerden korumaktadır. Üretilen diyaforinin maddesi üzerinde yapılan araştırmalarda , çeşitli insan kanser hücreleri için inhibe edici özellikte olduğu bulunmuştur. Bitki özsuyu emen bir böcek üzerinde simbiyoz yaşam süren Candidatus Profftella armatura ( Betaproteobacteria ) tarafından üretilen bir poliketid olan Diyaforin, çekirdek yapılarında benzerlikler içeren pederin ailesine aitt bir etikettir. 2019 yılında yapılan bir çalışmada diyaforinin, göğüs, beyin, kolon, akciğer, deri, yumurtalık, böbrek, mide ve prostattan olanlar dahil 39 adet insan kanser hücre hattına karşı antitümör aktivitesi görülmüş olup,kanserli hücre hatlarına karşı inhibe edici aktiviteye sahip olduğu gösterilmiştir.[3,5,6]


Şekil 3: diyofrin ile tedavi edilen kanser hücre hatlarının doz yanıt eğrilerini göstermektedir.[5]

Simbiyotik ilişkilerin ayrıca böceklere karşı savunma sağladığına dair bir başka örnek olarak parazitlerden korunan Meyve sineği Drosophila neotestacea verilebilir. Parazitik nematod Howardula aoronymphium tarafından enfekte olması bu türde dişi sineklerin üreme yeteneklerini kaybetmelerine sebep olmaktadır. Bu enfekteden korunması gereken meyve sineklerin yardımına Spiroplasma cinsi simbiyotik bakteriler koşmaktadır. Simbiyotik Spiroplasma tarafından salgılanan homolojiyi paylaşan inaktive edici peptid (RIP) toksinlerin ribozomuna kadar izlenebilmektedir.RIP yapısı parazite ait Howardula rRNA'yı devre dışı bırakır, ancak daha da önemlisi ev sahibi Drosophilar RNA'sı üzerinde olumsuz bir etkisi barındırmaz.[3,7,8]

Sivrisinek, arı ve tırtıllar bağırsak mikrobiyotası içerisinde yer alan simbiyotik ilişkili bakteriler ile salgılanan kimyasal savunma araçları kullanır. Hareketsiz ve besin açısından zengin böcek yumurtaları ve larvaları, patojen mikroorganizmalar başta olmak üzere tehditlere karşı hassastırlar Bu savunmasız durumlarda savunmacı ortak yaşamlar iyi bir strateji olarak uygulanmaktadır. Bal arıları, bağırsak ve larva sistemleri içerisinde çok özel bir bakteri topluluğu barındırır. Bu bakteri topluluğunun üyeleri,özellikle laktik asit bakterileri, yavru çürüklüğüne neden olan Paenibacillus, Melissococcus plutonius gibi arı larva patojenlerini inhibe eder. Laktik asit bakterilerinin Avrupa'ya karşı koruyucu bir etkisi olduğu görülmektedir. Bu bakterilerin bazı doğal numune örnekleri (izolatlar), inhibitör aktiviteden sorumlu olabilecek bakteriler tarafından ribozomal olarak sentezlenen peptit ya da protein (bakteriyosinler) üretir.[3,9,10,11,12]

Şekil: 4 bal arılarının kuluçka larvalarını temsil etmektedir.[3]

Pek çok canlıda olduğu gibi simbiyotik ilişkiler iki canlı için de büyük yararlar sağlayan koalisyon oluşumlarıdır. Simbiyotik ilişkilerin savunmadaki rolü göz önüne alındığında patojen bir tür için bu ilişki zayıflatılarak ya da ilgili bakteri vb koruyucu simbiyotik canlıya müdahalelerde bulunarak savunmasız kalan patojenin zararlı etkisi ortadan kaldırılabilir. Madalyonun diğer tarafında da korumak ve geliştirmek istenilen türler için (fırtına böcekleri örneğinde olduğu gibi) bu tarz savunmacı simbiyotik ilişkiler güçlendirilerek ve etkin simbiyotik canlı üzerinde güçlendirici müdahaleler yapılarak istenilen canlı daha sıkı bir koruma altına alınabilir. Farklı amaçlar için simbiyotik ilişkiye sahip canlılar arasında araştırmalar ve çalışmalar devam etmektedir.




Referanslar

1. Eleftherianos, I., Atri, J., Accetta, J., & Castillo, J. (2013). Endosymbiotic bacteria in insects: guardians of the immune system?. Frontiers In Physiology, 4. doi: 10.3389/fphys.2013.00046

2. Vila, I. (2018). Insects and microorganisms symbiosis: the endosymbionts. Retrieved on 23 September 2020, from https://allyouneedisbiology.wordpress.com/2018/01/05/insects-microorganisms-symbiosis/

3. Van Arnam, E., Currie, C., & Clardy, J. (2018). Defense contracts: molecular protection in insect-microbe symbioses. Chemical Society Reviews, 47(5), 1638-1651. doi: 10.1039/c7cs00340d

4. Kellner, R. L., & Dettner, K. (1996). Differential efficacy of toxic pederin in deterring potential arthropod predators of Paederus (Coleoptera: Staphylinidae) offspring. Oecologia, 107(3), 293–300. https://doi.org/10.1007/BF00328445

5. Nakabachi, A., & Okamura, K. (2019). Diaphorin, a polyketide produced by a bacterial symbiont of the Asian citrus psyllid, kills various human cancer cells. PLOS ONE, 14(6), e0218190. doi: 10.1371/journal.pone.0218190

6. Van Arnam, E., Currie, C., & Clardy, J. (2018). Defense contracts: molecular protection in insect-microbe symbioses. Chemical Society Reviews, 47(5), 1638-1651. doi: 10.1039/c7cs00340d

7. Jaenike, J., Unckless, R., Cockburn, S. N., Boelio, L. M., & Perlman, S. J. (2010). Adaptation via symbiosis: recent spread of a Drosophila defensive symbiont. Science (New York, N.Y.), 329(5988), 212–215. https://doi.org/10.1126/science.1188235

8. Hamilton, P. T., & Perlman, S. J. (2013). Host defense via symbiosis in Drosophila. PLoS pathogens, 9(12), e1003808. https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1003808

9. Evans, J.D., Armstrong, T. Antagonistic interactions between honey bee bacterial symbionts and implications for disease. BMC Ecol 6, 4 (2006). https://doi.org/10.1186/1472-6785-6-4

10. Vásquez, A., Forsgren, E., Fries, I., Paxton, R. J., Flaberg, E., Szekely, L., & Olofsson, T. C. (2012). Symbionts as major modulators of insect health: lactic acid bacteria and honeybees. PloS one, 7(3), e33188. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0033188

11. Audisio, M. C., Terzolo, H. R., & Apella, M. C. (2005). Bacteriocin from honeybee beebread Enterococcus avium, active against Listeria monocytogenes. Applied and environmental microbiology, 71(6), 3373–3375. https://doi.org/10.1128/AEM.71.6.3373-3375.2005

12. Butler, È., Alsterfjord, M., Olofsson, T. C., Karlsson, C., Malmström, J., & Vásquez, A. (2013). Proteins of novel lactic acid bacteria from Apis mellifera mellifera: an insight into the production of known extra-cellular proteins during microbial stress. BMC microbiology, 13, 235.

42 görüntüleme

Türkiye'nin Tek Popüler Genetik Bilim Dergisi

Bezelye Dergi ISSN: 2587-0173

Bizi Takip Et
  • Beyaz Facebook Simge
  • Beyaz Instagram Simge
  • White Twitter Icon
  • Icon-gmail
  • kisspng-white-logo-brand-pattern-three-d
  • images
  • medium
  • Dergilik
  • YouTube

© 2019 by Bezelye Dergi