Proto-hücrelerden sentetik amipsi hücrelere

Yaşamın nasıl ortaya çıktığı sorusu antik dönemden bugüne sorulan ve cevabı aranan en önemli sorulardan bir tanesi. Bildiğimiz kadarıyla bu soruya ilk olarak cevap arayanlardan biri de bundan yaklaşık 2 bin 600 yıl kadar önce Milet’te yaşamış olan Thales. Thales, dünyanın büyük oranda sudan oluştuğu ve bitki ile hayvanların suya ihtiyaç duyduğu gözleminden yola çıkarak, yaşamın sularda ortaya çıktığını savunur[i].  Ancak Thales’in bu savunusu yine de doğaüstü nitelikler taşımakta. Daha sonra Thales’in öğrencilerinden Miletli Anaximander, suların yanına yeryüzünü de katarak yaşamın ortaya çıkışına doğaüstülükten uzak, daha nedensel bir açıklama getirdi. Anaximander yaşamın yeryüzünde çamur ve buğunun içerisinde, güneşin ısısıyla su buharlaşırken kendiliğinden ortaya çıktığını öne sürdü. Su ve yeryüzünün yanında yaşamı ortaya çıkaran henüz bilmediği bu doğa gücünü “apherion” olarak tanımladı. Anaximander’in öğrencisi Klazomenai’li (İzmir-Urla yakınları)  Anaxagoras, ise bu açıklamalara havayı da ekledi. Bugün yaşamın ortaya çıkışı üzerine olan bilimsel çalışmalar, proto-hücreler ile RNA dünyasının yaşamın temelinde olduğunu gösteriyor. Proto-hücreler (ya da protobiyont) yaşamın kökenine doğru bir sıçrama tahtası olarak önerilen, kendi kendini organize edebilen, küre şeklinde bir araya gelebilen ve lipitlerden oluşan bir yapıdır. Hücre zarının ilksel yapısının bu proto-hücrelerden evrimleştiği düşünülmekte. Bugün farklı lipitlerden laboratuvar ortamında oluşturulan bu tip kürecikler ve onların nanoparçacıkları, içerilerine farklı ilaçlar hapsedilerek, yararlı özellikleri nedeniyle ilaç formülasyonlarında kullanılmakta. Proto-hücrelere dair geçtiğimiz haftalarda Nature dergisinde yayımlanan yeni bir çalışma[ii] bakteri parçacıklarından oluşturulan proto-hücrelerin enerji molekülü olan ATP, RNA ve çeşitli proteinlerin vitro (test-tüpünde) koşullarda sentezleyebildiğini gösterdi. Bu çalışmanın önceki çalışmalardan en önemli farkı proto-hücrelerin günümüz hücresinin daha karmaşık yapısına daha fazla yakınsaması. Bundan önceki çalışmalarda oluşturulan proto-hücreler hem işlevsel hem de yapısal olarak biraz daha uzaktı.

Bunun için araştırmacılar, yoğun mikro-damlacıkları (poly dially) (dimethylammonium chloride [PDDA]-ATP içeren pozitif yüklü koaservat damlacıkları) iki farklı tür bakteri ile bir araya getirdiler, deneylerde kullanılan Escherichia coli türü bakteri damlacıkların içine hapsolurken, Pseudomonas aeroginosa (PAO1 suşu) damlacıkların yüzeyinde kaldı. Araştırmacılar daha sonra bu bakterileri hücre duvarını parçalayan lizozim enzimi ve membranda gözenekler/delikler açma kapasitesine sahip mellitin antimikrobiyal peptiti ile muamele edip bakterileri parçalayarak proto-hücreleri oluşturdular. Araştırmacılar, bakterilerden artakalan yapılardan oluşan bu proto-hücrelerin oksijensiz solunum mekanizmalarının çalıştığını ve ATP ürettiğini, RNA ve protein sentezi yapabildiğini gösterdi. Dahası, araştırmacılar salınan bakteri DNA’sının tek bir çekirdeksi yapıya yoğunlaştığını, damlacığın içine ise sito-iskelete benzer biçimde protein iplikçiklerinin dolduğunu, yine su dolu zar ile çevrili koful yapılarının oluştuğunu gözlemlediler[iii].

Tüm bunların sonrasında bu proto-hücrelere canlı bakteriler (E. coli) eklenerek, daha uzun süreli metabolik süreçleri gerçekleştirip gerçekleştiremeyecekleri test edildi. Bu daha karmaşık yapıların metabolizmalarını sürdürebildikleri, bunun yanı sıra 24 ila 48 saat sonrasında amipe benzer bir hücre şekli aldıkları gözlemlendi. Böylece, daha karmaşık proto-hücresel yapılar başarı ile sentezlendi. Bu çalışma hem ilksel hücresel yapıların oluşumlarının ön aşamalarının nasıl ilerlediğini göstermek, hem de bu tip sentetik yapıların gelecekte kullanılarak yeni malzemelerin üretilebilmesi potansiyeli bakımından oldukça önemli. 

[i] https://bit.ly/3DQpHxJ

[ii] Can Xu, Nicolas Martin, Mei Li, Stephen Mann. Living material assembly of bacteriogenic protocells. Nature, 2022; DOI: 10.1038/s41586-022-05223-w

[iii] University of Bristol. "Pioneering research using bacteria brings scientists a step closer to creating artificial cells with lifelike functionality." ScienceDaily. ScienceDaily, 14 September 2022.

https://bit.ly/3SayC1j