Bilim insanları, bazı virüslerin bakteriyel savunmalardan kaçmak için bilinçli olarak genetik çeşitlilik üretebildiğini gösterdi; bu da antibiyotiklerin etkisiz kaldığı durumlarda yeni tedaviler geliştirmek için ipucu sunuyor.
Bakterileri seçici biçimde hedef alıp öldüren virüsler – bakteriyofaj ya da kısaca faj olarak da bilinir – bakterileri enfekte eder, ancak insan hücrelerine dokunmaz. Bir bakteriyel hücreye tutunduklarında, genetik materyallerini enjekte eder, hücrenin mekanizmasını ele geçirir ve bakteri patlayana kadar yeni fajlar üretmeye zorlar.
REKLAM
REKLAM
Sorun şu ki, bakteriler tıpkı antibiyotiklere direnç geliştirdikleri gibi fajlara karşı da savunma geliştirebiliyor.
Yeni araştırma, fajların buna karşı kendi evrimsel karşı hamlelerine sahip olabileceğini gösteriyor.
İnsan bağırsağında yaşayan bazı virüslerin, yavruları arasında hızla genetik çeşitlilik oluşturabildiği ve böylece bakteriler karşı saldırıya geçtiğinde en azından bir kısmının hayatta kalma şansını artırdığı görüldü; bulgular perşembe günü Nature Microbiology dergisinde yayımlanan çalışmada (kaynak İngilizce) yer alıyor.
Bu bulgu, ilaçlara dirençli enfeksiyonların tedavisinin zorlaştığı bir dönemde, antibiyotiklere alternatif arayışında yeni bir yol açabilir.
Michigan Eyalet Üniversitesi'nden araştırmacılar, bakteriyofaj genomlarında genetik “sıcak noktalar” gibi davranan ve daha önce pek önemsenmemiş bölgeler tespit etti; bu bölgeler, virüslerin çoğalırken kilit genleri defalarca değiştirmesine olanak tanıyor.
Bu da söz konusu bölgelerin, fajların bakteriyel savunmalara karşı evrimsel risklerini dağıtmasına yardımcı olduğunu düşündürüyor. Genetik olarak birbirinin tıpatıp aynı kopyaları yerine, farklı özelliklere sahip, çeşitli yavrulardan oluşan bir popülasyon üretiyorlar; böylece bazılarının bakteri konakçılarını enfekte etmeye ve öldürmeye devam edebilme olasılığı artıyor.
“Bu, fajların nasıl evrimleştiğine dair anlayışımızı değiştiriyor,” diye konuştu Michigan Eyalet Üniversitesi Ekoloji, Evrim ve Davranış programından araştırmacı ve çalışmanın ortak yazarı Chris Waters ve ekledi: “Kendilerinin bire bir kopyalarını seri üretmek için konakçılarını ele geçirmek yerine, aslında bu mutasyon sıcak noktalarını kullanarak adeta bir hayvanat bahçesi oluşturuyorlar.” Waters, fajların “özünde ihtiyat payı bıraktığını” da söyledi.
Genetik bir kaçış yolu
Araştırmacılar, faj DNA'sını tanıyıp yok edebilen bir bakteriyel savunma sistemini inceledikten sonra, E. coli'yi enfekte eden T2 bakteriyofajını çalıştı.
Ekip, savunma sistemini laboratuvarda E. coli'ye aktardı ve bakterileri fajlara maruz bıraktı.
However this protection did not last.
Saatler içinde fajlar bakteriyel savunmaları aşmaya başladı.
“Birkaç saat içinde fajlar daima kazanmaya başladı,” dedi Waters. “Nedenini bir türlü anlayamıyorduk,” diye ekledi.
Dirençli virüslerin dizilimini çıkaran araştırmacılar, özellikle tekrarlayan DNA'dan oluşan bir bölümde, agt adlı gende yinelenen mutasyonlar buldu. “Verileri gördüğümde, ‘aman Tanrım’ dedim,” diye anlattı Waters.
Bu dizinin, bilim insanlarının ‘contingency locus’ adını verdiği, yani DNA kopyalama mekanizmasının tekrar eden dizileri çoğaltırken kayabildiği, yüksek oranda değişken bir bölge olduğu ortaya çıktı.
Ortaya çıkan şey, genin talimatlarının okunma biçimini değiştirebilen, geri döndürülebilir bir okuma çerçevesi kayması mutasyonu.
Bazı fajlar fazladan bir tekrar kazanıyor, bazılarıysa bir tanesini kaybediyor. Böylece, bakteriyel savunmalardan kaçınma yeteneği potansiyel olarak farklı olan çeşitli virüslerden oluşan bir popülasyon ortaya çıkıyor.
Araştırmacılar, bu tekrarlayan bölgelerin, faj genomunun geri kalanına kıyasla binlerce kat daha hızlı mutasyon biriktirdiğini tespit etti.
Ve bu mekanizma tek bir virüsle sınırlı değil.
Deneysel evrim ve genom dizileme yöntemleriyle çalışan ekip, E. coli fajı T4'te de benzer contingency locus bölgeleri buldu. Ayrıca, basit dizi tekrarlarının farklı işlevlere sahip genler arasında, farklı yoğunluklarda da olsa, çok çeşitli E. coli fajları boyunca yaygın olduğunu gösterdiler.
Süper mikropların tedavisinde işe yarayabilir mi?
Bu araştırma, bilim insanları ve politika yapıcıların antibiyotiklere alternatifler aradığı bir dönemde geldi.
Faj tedavisi yeni bir fikir değil. Fajlar, bakteriyel enfeksiyonları tedavi etmek için 1920'ler kadar erken bir tarihte terapötik amaçla kullanıldı, ancak penisilin gibi antibiyotiklerin yaygınlaşmasıyla bu yaklaşıma ilgi azaldı.
Şimdi ise antimikrobiyal direncin yükselişi, bu alandaki ilgiyi yeniden canlandırdı.
Fajların cazibesi kısmen özgüllüklerinden kaynaklanıyor. Birçok antibiyotik hedefledikleri patojenle birlikte yararlı bakterileri de öldürebilirken, tek tek fajlar belirli bakteri türlerine ya da suşlarına son derece seçici biçimde saldırabiliyor.
Ancak bu özgüllük aynı zamanda bir zayıflık: Bakteriler bir faja karşı direnç geliştirebilir ve bu da tedaviyi etkisiz hale getirebilir.
Michigan Eyalet Üniversitesi'nin bulguları, bilim insanlarının bir gün virüslerin kendi evrimsel stratejilerinden yararlanarak faj tedavilerini daha dayanıklı hale getirebileceği ihtimalini gündeme getiriyor.
“Bu tür evrimsel oyunları kullanabilecek olursak, antibiyotik direnci krizine karşı daha etkili faj terapileri geliştirebiliriz,” dedi Waters.
“Direnci tamamen ortadan kaldırmamız hiçbir zaman mümkün olmayacak,” diye ekledi. “Ama bakterilerin kendilerini faj enfeksiyonuna karşı nasıl koruduğunu ve fajların buna nasıl karşılık verdiğini daha iyi anlayabilirsek, direnci en aza indirebiliriz.”