TR
1956 yılında Oregon Tarımsal Deney Merkezi’nde, A.W. Anderson ve ekibi tarafından, konserve etlerin dayanma süresi üzerine bir takım deneyler yapılıyordu. Amaç; yüksek dozlarda gama ışını ile ışınlanan etlerin bozulup bozulmadığını görmekti. Bu deneylerden birisinde beklenmeyen bir durum ortaya çıktı. Gama ışını yollanan konserve etlerden biri, bilinmeyen bakteriler nedeniyle bir süre sonra bozuldu.
A.W. Anderson ve ekibi bu bakteriye, korkunç tanecik anlamına gelen deino ve kokkos sözcükleri ile, radyasyondan kurtulan anlamına gelen radius ve durare sözcüklerini kullanarak Deinococcus Radiodurans adını verdiler ve dünyaya bildirdiler.
Radyasyondan kurtulmayı başaran Deinococcus Radiodurans, bilim insanlarının ilgisini üzerine topladı. Onu; iyonlaştırıcı radyasyona, yüksek ultraviyoleye maruz kalan susuz çöl sıcaklarına, aşırı soğuklara, kuvvetli asitlere, hidrojen peroksit (H2O2) gibi kuvvetli oksidanlara, elektrik deşarjlarına, vakum şartlarındaki ortamlara maruz bıraktılar. Ama Deinococcus Radiodurans, uç noktalardaki doğa koşullarına yani ekstrem şartlara uyum sağlayarak her durumdan başarıyla çıktı. Bu yüzden bilim insanları onu ekstremofilden daha öte poliekstremofil olarak kabul etmektedir. Ayrıca “Conan The Barbarian” filminden esinlenerek “Conan The Bacterium” olarak adlandırılmaktadır.
Bakteri Conan kolaylıkla kültür edilebilir olduğundan herhangi bir hastalığa yol açmaz. Çapı 1,5 µm ile 3,5 µm arasında değişir ve küresel görünümlüdür. Normalde dört hücre (tetrat) birbirine yapışık olarak yaşamaktadır. Kolonileri pembe veya kırmızı renkli, düzgün, dışbükey görünümlüdür. Hücre duvarları gram negatif iken hücreler gram pozitif özellik taşımaktadırlar.
Araştırmalar Bakteri Conan’ın; fil dışkısında, lama dışkısında ve Antarktika’daki granit yataklarında doğal olarak bulunduğunu ve toprak, dışkı, et gibi organik olarak zengin yerleri tercih etiğini ortaya çıkarmıştır. Ancak bunların dışındaki birçok ortamda da kolaylıkla yaşayabilmektedir.
1971 yılında N.F. Lewis’de A.W. Anderson gibi ancak bu kez ördek etlerini yüksek dozda gama ışınlarına maruz bırakarak Deinococcus Radiodurans’ın yaşamına devam ettiğini gördü. Bakteri Conan, 15.000 Gy yani 1.500.000 rad gibi inanılmaz bir değere rağmen pes etmiyordu.
Radyoterapiye giren insanlar maksimum 2 - 3 Gy radyasyona maruz kalırlar ki bu bile onları oldukça zorlar. Normal şartlar altında ortalama 5 - 10 Gy akut radyasyon bir insanın ölümüne neden olur. 60 Gy bir Escherichia Coli kültürünü sterilize edebilir. 4000 Gy ise radyasyona dayanıklı bir tardigradı (su ayısı) öldürür.
Deinococcus Radiodurans ise 5000 Gy iyonize edici radyasyonda hiçbir yaşamsal faaliyeti etkilenmeden kolaylıkla yaşayabilmektedir. Değer 15.000 Gy’ye yükseltildiğinde Bakteri Conan yaşamsal faaliyetlerini %37’e düşürerek yaşamına devam eder.
"Deinococcus Radiodurans'ın sadece varlığı bile, neredeyse her şeyin mümkün olduğunu göstermektedir."
E.coli ve benzeri bakterilerin haploid genom kopyaları bir iki tane iken, Deinococcus Radiodurans 8 - 10 kopyaya sahiptir. Birçok bilim insanına göre; Bakteri Conan’ın sahip olduğu fazla sayıdaki kopya, yüksek doz radyasyonlar sonucu kopan DNA parçalarını tekrar bir araya getirme aşamasında ona büyük avantaj sağlamaktadır.
Temel olarak radyasyondan kurtulmak istiyorsanız proteinlerinizi korumak zorundasınız. Bakteri Conan işte bu temeli dikkate alarak kendini poliekstrem koşullarda koruyabilmektedir.
Kromozomlar yüksek radyasyon ile karşılaştığında kırılmaya uğrarlar. Bu kırılmalar her seferinde farklı yerlerden gerçekleşir. Ancak farklı yerlerden kırılmış olsalar bile ortak nükleotid dizilimlerine sahiptirler. Bilim insanları çoğalttıkları genleri, bu ortak dizileri kullanıp tekrar bir araya getirerek, dizi analizi yaparlar.
İşte Deinococcus Radiodurans hayatta kalabilmek için bu işlemleri doğal olarak gerçekleştirmektedir. Birbirlerini tanıyarak eşleşen uçların sağ ve sol boşlukları, dizileri örnek olarak kullanan DNA polimeraz tarafından örülür. Bu eşleştirme işlemi hızla uzayarak, eski DNA’yı yeniden inşa edene kadar devam etmektedir. Zahradka ve arkadaşları bu tamir mekanizmasına; ESDSA: Extended Synthesis-Dependent Strand Annealing demektedir ve “DNA ipliklerinin birleşip uzayarak sentezi” anlamına gelmektedir.
Bakteri Conan, genomunu parçalayan yüksek dozlardaki radyasyona inat, 12 - 24 saat içinde genomunu birleştirir.
"Organizma genomunu mutlak sadakatle bir araya getirmektedir." Claire M. Fraser
Michael M. Cox ve ekibi, zor koşullara uyum sağlayan Deinococcus Radiodurans’ın RecA proteinini karakterize ettiğini ve saflaştırdığını ortaya çıkardılar. Bu araştırmaya göre RecA proteinleri, parçalanan fragmanları bulup onları eşleştirmede rol oynayabilirler.
Bakteri Conan’ın olağanüstü yetenekleri, bilim insanlarının bu yetenekleri sömürme yolları aramasına zemin hazırlamaktadır. Genetik mühendisliğinde farklı amaçlar için kullanılmaya başlanmıştır.
Amerikalı biyolog John Craig Venter ve ekibi de Deinococcus Radiodurans'dan ilham almıştır. Craig Venter Enstitüsü; Deinococcus Radiodurans'ın onarım mekanizmasından esinlenerek, önce küçük gen parçalarından homolog bir kombinasyon sistem oluşturdular, sonra bu sistem küçük parçaları birleştirerek kromozomlar elde etti. Burada amaç Mycoplasma Laboratium adı verilen yapay bir organizmayı oluşturmaktı.
ABD Enerji Bakanlığı, zehirli atıkları temizlemede Deinococcus Radiodurans’ın faydalı olacağını düşünen bilim insanlarını finanse etmektedir. Amaç; Bakteri Conan’ı 3000’den fazla radyoaktif atık sahasında görevlendirmektir. Bu sahalar ayrıca cıva gibi ağır metaller ve zehirli kimyasal çözücüler içermektedir.
Civa Redüktaz sentez koduna sahip gen, Deinococcus Radiodurans’a aktarılarak atık civa iyonları zehirden arındırılmaktadır. Benzer şekilde oluşturulan Deinococcus Radiodurans, radyoaktif atık alanlarında bulunan organik bileşik tolueni parçalayabilmektedir.
Pak Chung Wong, nükleer bir felaket durumunda, değerli bilgilerin korunamamasının büyük bir endişe olduğundan bahsetmektedir. Wong’a göre bakteriler ucuz ve istikrarlı bir şekilde, uzun vadeli veri depolama aracı olarak kullanılabilirler. Bu amaçla bilim insanları "It's a Small World" şarkısını DNA’nın dört harfine dayanan bir kod haline getirdiler. Şarkının farklı kısımlarını kaydeden yapay DNA iplikleri oluşturdular. Wong’a göre bu gözlemin büyüsü, yüzlerce kuşak sonra bile bakterinin verilen bilgiyi korumasıdır. DNA mesajı, bakteri içindeyken korunup saklanabiliyor. Bir mililitre sıvıda milyarlarca bakteri olduğu düşünülürse bu tür bir bellek sisteminin olağanüstü bir kapasitesi vardır. Şimdilik bu sistemin çok başlarında olsakta, gelecekte neler gerçekleştirilebileceğimiz konusunda bilim insanlarına önemli fikirler vermektedir.
Deinococcus Radiodurans yani popüler deyişle Bakteri Conan; poliekstrem koşullara karşı direnci ve uyumu nedeniyle uzay araştırmaları yürüten bilim insanlarının da ilgisini çekmiştir. Eğer Conan dünyadaki en zorlu koşullara dayanabiliyorsa, uzayda karşısına çıkacak her koşula da dayanabilecektir. Zira uzay boşluğu bir vakum ortamıdır, yüksek kozmik radyasyon içerir ve ısı mutlak sıfıra yaklaşır (0° Kelvin, -273 °C).
Bakteri Conan’ın dayanabildiği zorlukları öğrendikçe, sanki uzayın zorlu şartlarında yaşamak amacıyla yaratıldığı düşüncesi ortaya çıkıyor. The Planetary Society’de böyle düşündüğü için LIFE yani “gezegenler arası yaşam uçuş denemesi” programına Deinococcus Radiodurans’ı da dahil etmiştir. Bu deneyin amacı, biyomodüle yerleştirilen çeşitli özelliklerdeki organizmaların, Mars’ın uydusu Phobos’a gidiş geliş süresi olan 3 yıl boyunca neler yaşayacaklarını gözlemlemektir. Dolayısıyla bu yolcu organizmalar; eğer ki uzayın ekstrem koşullarında hayatta kalabiliyorlarsa, gelecekte Dünya’ya benzeyen başka bir gezegende daha az zorlu koşullarda da hayatlarını devam ettirebileceklerdir.
Kapsül tüm testleri geçmiş olmasına rağmen, bir programlama hatası sonucu Dünya yörüngesini terk edemeden Pasifik Okyanusu’na düştü. Biyomodül kurtarılamadı. Ekip şu anda gelecekte yapacakları bir keşif fırsatını arıyor.
Deinococcus Radiodurans ya da popüler ismiyle Bakteri Conan, gelecekte bizi daha hangi özellikleri ile şaşırtacak bunu şimdilik bilemiyoruz. Kim bilir belki de insanoğlu için çok önemli görevler üstlenecek…
EN
Immortal Conan The Bacterium : Deinococcus Radiodurans
Anderson and his team were experimenting with the working life of canned meat in 1956 at the Oregon Agricultural Experiment Center. The purpose was; seeing that the meat irradiated with gamma rays at high doses is not deteriorated. In one of these experiments an unexpected situation occured. One of the canned meats that gamma ray was sent to, spoiled after a while due to an unknown bacteria.
A. W. Anderson and his team named this bacteria Deinococcus Radiodurans by using the words deino and kokkos which means terrible particle and by using the words radius and durare which means escaper from radiation. So they announced it to the world using the name Deinococcus Radiodurans.
Deinococcus Radiodurans, which is an escaper from radiation aroused the interest of scientists. They exposed it to different environments such as ionizing radiation, dehydrated desert high temperatures which are exposed to high ultraviolet, extreme colds, strong acids, strong oxidants such as hydrogen peroxide (H2O2), electric discharges and environments under vacuum conditions. But Deinococcus Radiodurans has succeeded in all circumstances by adapting to the extreme nature of extreme conditions. That is why scientists accept it as polyextremophile, not an extremophile. It is also commonly referred to as "Conan The Bacterium" inspired by the film "Conan The Barbarian".
Conan the Bacterium can be easily cultured and will not cause any disease. The diameter varies between 1.5 μm and 3.5 μm and is spherical. Normally four cells (tetrat) live together as adherent. The colonies have a smooth convex appearance in pink or red color. Cell walls are gram negative while cells are gram positive.
Researches shows that Conan the Bacterium can be naturally found in the droppings of elephants, in the droppings of llamas and on the granite deposits of Antarctica and it prefers organically-rich sites such as soil, dropping and meat. However, it can easily live in many environments other than these too.
In 1971, this time N.F. Lewis exposed duck meat to high doses of gamma rays, like A.W. Anderson. It was seen that Deinococcus Radiodurans continued to it life. Conan the Bacterium did not give up, despite the incredible value of 15,000 Gy or 1,500,000 rad.
People entering radiotherapy are exposed to a maximum of 2-3 Gy radiation which is quite difficult for them. Under normal circumstances, an average of 5 - 10 Gy of acute radiation causes a person’s death. 60 Gy can sterilize an Escherichia coli culture. 4000 Gy kills a radiation-resistant tardigrade.
UV-C radiation (100 to 295 nm) (C), and mitomycin C (D) in comparison with E. coli. source
Deinococcus Radiodurans can easily live at 5000 Gy ionizing radiations without any vital activity of it is being affected. When the value is raised to 15,000 Gy, Conan the Bacterium continues it’s life by reducing it’s vital activities to 37%.
The existence of Deinococcus Radiodurans suggests that almost anything is possible.
While the haploid genome copies of E.coli and similar bacterias are one or two, Deinococcus Radiodurans has 8-10 copies. According to many scientists; A large number of copies of Conan the Bacterium gives it a great advantage. Thus it can recombine DNA fragments that broke up due to high dose radiation.
Basically, if you want to get rid of radiation, you have to protect your proteins. Conan the Bacterium is able to protect itself under polyextreme conditions by considering this situation.
Chromosomes break when exposed to high radiation. These can happen at different places each time. However, they have common nucleotide sequences even if they are broken at different places. Scientists make sequence analysis by using the genes that they multiply and re-combining them.
Here, Deinococcus Radiodurans naturally accomplishes these processes in order to survive. The right and left gaps which are match by recognizing each other are knitted by DNA polymerase which uses sequences as an example. This match up process continues until it has rapidly rebuilt the old DNA. Zahradka and his colleagues call this repairing mechanism ESDSA (Extended Synthesis-Dependent Strand Annealing).
radiodurans: Cellular Cleansing, Antioxidant Defenses, and DNA Repair. source
Conan the Bacterium combines the genome within a few hours, despite high doses of radiation destroying the genome.
” It combines the organism genome with absolute loyalty. “Claire M. Fraser
Michael M. Cox and his team have researched RecA protein. Deinococcus Radiodurans which adapts to difficult conditions, characterizes and purifies the RecA protein. According to this research, RecA proteins can play a role in finding and matching up splited fragments.
Bacteria Conan's extraordinary talents lay the groundwork for scientists to search for ways to exploit these talents. It has begun to be used for different purposes in genetic engineering.
The American biologist John Craig Venter and his team were inspired by Deinococcus Radiodurans. Craig Venter Institute; Inspired by the repair mechanism of Deinococcus Radiodurans, they first created a homologous combination system from small gene fragments, which then combined the small fragments to obtain chromosomes. The aim here was to create an artificial organism called Mycoplasma Laboratorum.
The US Department of Energy is financing scientists who think Deinococcus Radiodurans is beneficial in cleaning up toxic wastes.The purpose is tasking Conan the Bacterium at more than 3000 radioactive waste sites. These also contain heavy metals such as mercury and toxic chemical solvents.
The gene with the mercury reductase synthesis code is transferred to Deinococcus Radiodurans and the waste mercury ions are purified from the poison. Deinococcus Radiodurans, formed in a similar way, can decompose toluene from the organic compound found in radioactive waste areas.
Pak Chung Wong mentions in an event of a nuclear disaster that, there is a great concern about the inability to protect valuable information. According to Wong, bacteria can be used cheaply and consistently as a long-term data storage medium. To this end, scientists have turned "It's a Small World" into a code which is based on the four letters of DNA. They recorded different parts of the song and formed artificial DNA strands. According to Wong, the importance of this observation is that even after hundreds of generations, the bacterium protects the given information. The DNA message can be preserved and stored in the bacteria. If it is thought that one milliliter of liquid contains billions of bacterias, that kind of a memory system has an extraordinary capacity. For now, even that we are in the very beginning of this system, it gives scientists important ideas about what we can accomplish in the future.
Deinococcus Radiodurans, the popular phrase Conan the Bacterium; has also aroused the interest of scientists which are conducting space research because of it’s resistance and adaptability to polyextreme conditions. If Conan can withstand the toughest conditions in the world, it will be able to withstand every condition it will face in the space. The space cavity is a vacuum environment, it contains high cosmic radiation, and the heat approaches to zero (0° Kelvin, -273 °C).
As we learn the difficulties that Conan the Bacterium can withstand, it appears that it’s created to survive in the thoughes conditions of space. For this reason, the Planetary Society has incorporated Deinococcus Radiodurans into the Living Planetary Flight Experiment (LIFE) program. The purpose of this experiment is to observe what will the orgaisms with various characteristics that are placed to biomodule face with during the way to Mars's satellite Phobos and back which will take three years. So in the future these passenger organisms will be able to continue their lives on less challenging conditions on another planet that resembles the Earth.
Although the capsule had passed all the tests, it could not leave the Earth's orbit because of a programming error, it fell to the Pacific Ocean. Unfortunately the biomodule could not be recovered. The crew is looking for a reconnaissance opportunity in the future.
We don’t know how the Deinococcus Radiodurans or Conan the Bacterium as commonly referred will surprise us with different features in the future. Who knows, perhaps it will take on crucial tasks for the humankind...
Kaynakça (Source):