Herkes bakterilerin basit ve ilkel canlılar olduğunu düşünür. Ancak unuttuğumuz bir şey var ki, bakteriler beş yüz milyon yıldır Dünya’da, bizler ise en iyi ihtimalle iki yüz bin yıldır. Son 15-20 yıldır yapılan araştırmalarla bakterilerin hiç de “asosyal” ve “bencil” canlılar olmadığı, birbirleriyle birkaç dilde birden konuştukları, kendi içlerinde bir demokrasilerinin olduğu, hatta birbirlerinin konuşmalarını “dinleyip” birbirlerine komplolar kurdukları anlaşılmış. Bakteri hücreleri arasındaki bu iletişim mekanizması “Yeterli Çoğunluğu Algılama” (Quorum Sensing, QS) olarak biliniyor. Bu sayede bakteriler birbirleriyle iletişim kuruyor, hücre sayılarını kontrol edebiliyor, fizyolojik ve patojenik (hastalık yapma) özelliklerini değiştirebiliyorlar.

Gr(-) Bakterilerde İletişim Mekanizması
Gr(-) bakterilerde yeterli çoğunluğu algılama mekanizması AHL’ye bağlı olarak gerçekleşiyor, ayrıca LuxI ve LuxR adlı iki gen bölgesi de mekanizmadan sorumlu. Luxbox bölgesi, LuxI genini kontrol eden DNA dizisi; herhangi bir protein sentezi yok. LuxI geninin sentezlediği (1) LuxI proteini “otoindükleyici” görevi gören AHL’yi üretir (3). Ortamda yeterince bakteri varsa her biri AHL ürettiğinden ortamdaki AHL konsantrasyonu da haliyle fazla olur. Bu arada LuxR gen bölgesi de almaç görevi gören LuxR proteinini üretir (2). AHL’ler hücre zarını herhangi bir taşıyıcı protein olmadan yalnızca difüzyon yoluyla aşabilen moleküller olarak biliniyor. Bu yüzden hücre içine girebilmelerinin tek şartı hücre dışında yüksek konsantrasyonda olmaları. İçeri giren AHL’ler hücre içinde LuxR proteiniyle birleşir (4). LuxR/AHL kompleksi DNA’da Luxbox bölgesine oturur (5) ve LuxI geninin sentezini artırır (6). Zaten bu yüzden bu moleküllere kendi kendini uyaran anlamında “otoindükleyici”ler deniyor. Son olarak da LuxR/AHL kompleksi asıl amaç olan ve senkronize yapılması gereken işlevin genlerini etkinleştirir (7). Etkileşen bu genlerin işlevleri organizmaya göre farklılıklar gösterir. Örneğin söz konusu olan bakteri V. fischeri ise ışık, P. aeuroginosa ise biyofilm, V. cholerea ise hastalık oluşur (8).

Gr(+) Bakterilerde İletişim Mekanizması
Gr(+) bakterilerde yeterli çoğunluğu algılama mekanizması temelde işlevleri aynı olsa da işleyiş açısından farklı gerçekleşir. AIP otoindükleyici proteindir. AIP geni tarafından sentezlendikten sonra (1) birtakım işlemlerden geçerek (2) daha küçük parçalara bölünür. AIP, AHL’den farklı olarak hücre zarından rahatça geçemez, bu yüzden onu zarın dış tarafına atan taşıyıcı proteinlere ihtiyaç duyar (3). Ortamdaki bakteri sayısı fazla olduğunda, ortamdaki AIP yoğunluğu da artar. Böylece AIP zarın iç tarafıyla dış tarafını birbirine bağlayan kinaz proteinine bağlanır (4). Bu protein, düzenleyici proteine bir fosfat bağlar (5). Böylece etkinleşen düzenleyici protein, senkronize yapılacak olan işlem neyse ona ait genleri açar (6). Örneğin Staphylococcus aeurus’ta toksin üretimini sağlar (7). Böylece normalde vücudumuza zararı olmayan S. aeurus bakterisi ancak belli bir yoğunlukta ortamda bulununca bizi hasta yapabilecek hale gelir.

Vibrio harveyi’de İletişim Mekanizması

V. harveyi’deki başka türlerle iletişim kurma imkânı sağlayan hibrit sistem, henüz başka bir bakteride detaylı bir şekilde gösterilmemiş. Ancak V. cholerea, E. coli, Salmonella typhimurium, Haemophilus influenzae, Helicobacter pylori, Bacillus subtilis, Neisseria meningitidis, Yersinia pestis, Mycobacterium tuberculosis, S. aureus, Streptococcus pneumoniae gibi çok önemli hastalıklara sebeb olan patojen bakterilerde AI-2 üreten LuxS genine rastlanmış. Mekanizmayı açıklayacak olursak, LuxS geni AI2 üretir (1), bu başka bir bakteri türünden gelen AI-2 de olabilir. AI-2, AI-2 ortamda azken fosfat bağlayan (kinaz), ortamda fazlayken fosfat alan (fosfataz) LuxQ adında bir proteine bağlanır (2). Fosfatlanmış LuxQ, LuxU’yu uyarır (3). LuxU, LuxO’yu uyarır (4). LuxO arada LuxR’ın serbest kalmasını sağlar, LuxR da ışık üreten gen olan luxCDABE’yi açar (5). Böylece ışık oluşur (6). Ya da klasik AHL molekülleri bu sefer LuxN proteinini uyararak aynı yola girer. Böylece bakteriler türler arasında iletişim sağlarken AI-2 molekülünü, kendi aralarında konuşurken AHL’yi ya da oligopeptit yolunu kullanır.

Uluslararası Bakteri Dili (Hibrit Sistem)
V. fischeri’nin yakın akrabalarından V. harveyi de okyanuslarda serbest olarak yaşayan ama yine de ışık üreten bir bakteri. Serbest olarak yaşadığından laboratuvar çalışmaları için elde edilmesi daha kolay olan bir bakteri. 1993’te yeterli çoğunluğu algılama mekanizması denince akla gelen ilk isim olan Princeton Üniversitesi’nden Bonnie Basler, V. harveyi’de iki tür otoindükleyici sistem olduğunu keşfeder. Hibrit sistem de denilen bu sistemde moleküllerden biri Gr(-) bakterilerden zaten alışık olduğumuz AHL iken diğeri ise daha önce bilinmeyen bir moleküldür, bu yüzden buna AI-2 (otoindükleyici-2) adı verilir. İki otoindükleyicinin farklı iki bilgi taşıdığını düşünen Bassler ve ekibi, AI-2’yi farklı bakteri türleri üzerinde dener ve bu bakterilerin AI-2’ye cevap verdiğini görür. Böylece farklı bakteri türleri arasında konuşulan ortak diller olduğuna dair ilk fikirler ortaya atılır. Gerçekten de V. harveyi’nin ürettiği AI-2 molekülünün Salmonella typhimurium bakterisini uyardığı ve virulans yani hastalık yapıcı faktörler üretmesine yol açtığı görülür. Ama bakteriler arası ortak dille ilgili çalışmalar henüz çok fazla değil, zaten o yüzden günümüzde araştırılan yeterli çoğunluğu algılama mekanizması konularından biri de bu.

Her Bakterinin Dili Kendine Özgü Gr(-)
Bakteriler yeterli çoğunluğu algılama mekanizması için AHL kullanırken, Gr(+) bakteriler oligopeptit dizileri kullanır. Yani Gr(-) ve Gr(+) bakterilerin konuştuğu diller birbirinden farklı. Ama Gr(-) bakterilerin ve Gr(+) bakterilerin de kendi içlerinde konuştukları diller birbirinden farklı. Örneğin her Gr(-) bakteri türünün kullandığı AHL molekülü birbirinden farklı. Bu yüzden bu iletişim sistemi türlerin kendi içlerinde anlaşmasını ve diğer türlerin onları anlamasını sağlayan bir sistem. Ama işte bu noktada V. fischeri’nin yakın akrabalarından V. harveyi’de bulunan bir sistem bizi farklı bir noktaya getirdi.

Bir önceki yazımız olan Resim teknikleri ve boya çeşitleri başlıklı makalemizde boya çeşitleri, guaj boya ve patates baskı hakkında bilgiler verilmektedir.