Meryem GÖKOĞLU Giriş
Yaşam döngüsünün devamı için çalışan milyarlarca mantar, bakteri ve virüs avucumuza aldığımız her toprakta bulunur. Bilim insanlarının toprakta bulunan bu milyarlarca mikroorganizmanın karşılıklı olarak nasıl etkileşim halinde olduğunu anlamasına toprak sağlığının, karbonunun ve besin döngüsünün yanı sıra ölü böceklerin ayrışma yollarının bile incelemesi yardımcı olur.
Toprak virüsleri, bazı metabolik fonksiyonlara sahip gibi görünen ancak normal viral replikasyon için gerekli olmayan yardımcı metabolik genler (AMG’ler) olarak isimlendirilmiş genleri içerir. Bu genler bazıları metabolik olarak özelleşmiş görevleri olan proteinlerin üretilebilmesinin gereği olan genetik kod dizisini içerir. Günümüze gelene kadar, bilim adamları bazı AMG proteinlerinin karbon döngüsü gibi kritik toprak süreçlerinde görev alıp almadığını merak konusuydu. Araştırmacılar bu merak ile toprak AMG’leri hakkında daha fazla bilgi edinmek amacıyla belirli bir AMG’lerin ifadesi ile elde edilen bir proteinin atomik yapısını tanımladılar.
Araştırmacılar Enerji Bakanlığı’nın (DOE) SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı’ndaki Stanford Sinkrotron Radyasyon Işık Kaynağı’nın (SSRL) Işın Hattı 12-2 tarafından üretilen yüksek parlaklıklı X-ışınları ile kırılgan kristalize spesifik protein örneklerini ışınladılar. X-ışınları, kristal numunelerin içindeki proteinlere çarptı, moleküler yapılarını ve karakterlerinin arkasındaki gizemin bir kısmı açıklığa kavuştu.
AMG’ler, çoğu viral gen gibi, bir virüsün çoğalmasına yardımcı olmanın yerine her biri kendi özel fonksiyonunun olduğu öngörülen çeşitli proteinlerin kodlarını içerir. İfade edilen AMG, toprakların biyosferdeki karbonu nasıl döngüye katıldığı ve işlediği konusunda anahtar görevi olduğu kabul edilen bir enzimdi.
SSRL kıdemli araştırmacısı ve çalışmanın ortak yazarı Clyde Smith, viral proteindeki her atomun yerini gördüklerini, bunun da nasıl çalıştığını anlamalarına yardımcı olduğunu ifade etmiştir. Clyde Smith, proteinin, ilgili mantar ve bakteri enzim ailelerinin bilinen atomik yapılarına benzemesinden yanı sıra tamamen yeni parçalar içerdiğini görmenin kendisini şaşırttığını söylemiştir.
DOE’nin Pasifik Kuzeybatı Ulusal Laboratuvarı’nda (PNNL) tanımlanan ayrıntılı atomik yapı benzeri görülmemiş ve ilk kez toprak ekolojisinde önemli bir rol oynayabilecek bu yeni enzimin potansiyel mekanizmasını ortaya koyulması baş bilim adamı ve ortak yazar Janet K. Jansson ve ekibinin yapmış olduğu çalışmanın bulguları arasındadır.
Jansson, SLAC ile işbirliklerinin, toprak virüsleri tarafından daha önce gerçekleştirildiği bilinmeyen işlevlerin açıklığa kavuşturmasını sağladığını ifade etmiştir.
Kitinin Parçalanması
Çalışmayı yapan araştırmacılar, çalışmadaki viral AMG’nin, selülozdan sonra gezegendeki en bol ikinci karbon biyopolimer olan ve bir böceğin dış iskeletinin ve çoğu mantarın hücre duvarlarının bir parçası olan kitin üzerinde bir bozunma reaksiyonu gerçekleştiren bir enzimi kodladığı fikrindedir.
SSRL, PNNL ve DOE’nin Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı’ndaki Ortak Genom Enstitüsü’nden (JGI) araştırma ekibinin yaptıkları bu çalışmadaki viral AMG, bir kitosanaz proteini olarak bilinir ve sekans analizinden glikozil hidrolaz GH75 ailesinin bir üyesi olarak tanımlanmıştır. Kitosanaz proteini, toprakta sebzeler, ağaçlar, çiçekler ve diğer her türlü yaşam için toprak hazırlamaya yardımcı olan bir araç olarak tıpki bir bahçe çapası gibi davranıyor olabilir.
Kitosanaz proteininin atomik yapısını yakalamak, kristal örneklerden alınan 5.000’den fazla görüntü gerektiriyordu. Bu görüntüleri bir araya getirdiğimizde, proteinin yapısının bazı kısımlarının, glikozil hidrolaz GH45 ailesinden bilinen bir karbonhidrat metabolize edici enzim grubuna benzediği ortaya çıktı. Bununla birlikte, kitosanaz proteini, GH45’te veya bilinen diğer protein yapılarında bulunanlara benzemeyen diğer moleküler parçaları içeriyordu, bu da toprak döngüsündeki rolünün daha ileri çalışmalara açık olduğu anlamına geliyor.
Yapısal Biyoloji alanında biyolog olan Smith’e heyecan veren şey enzimde olan daha önce görülmeyen tamamen yeni olan bir kısmın olduğunu görmek ve bu yeni kısmın rolünün ne olabileceğini anlamaya çalışmaktı.
Smith, AMG’lerin bir virüsün çoğalmasına yardımcı olamamalarına rağmen neden ilk etapta var oldukları hakkında tespitlerinin gelecekteki araştırmalara bir fikir oluşturabileceğini düşünüyor. Araştırmacıların aynı zamanda toprak virüsleri tarafından taşınan diğer AMG’ler ve toprak ekosisteminde işlevsel bir görevlerinin olup olmadığını gelecekte yapılacak çalışmalarla aydınlanabileceğini düşünüyor.
Son olarak Smith, ekibiyle yaptıkları bu çalışmadan elde ettiği bulgudan ‘Kitin’de ki karbona toprağın ne ihtiyacı var?’ sorusunun akla gelen en büyük sorulardan birinin olduğunu ifade etti ve bunun gibi soruların cevaplarının, topraktaki çok sayıda mikroorganizmanın etkileşimi, besin maddelerinin ve temel moleküllerin hareketi ve toprağın genel sağlığı hakkında daha derin bir fikrin oluşacağını söyledi.
Kaynak: https://phys.org/news/2022-09-mysterious-soil-virus-gene.html
Görsel Kaynak: birpufnoktasi.com/wp-content/uploads/2018/08/toprak.jpg
Editör: Meryem Melisa KAR
