Dünyanın dört bir yanındaki yosun ve likenlerin arasında, yaşam koşullarının hızla değiştiği yerlerde yaşayan minik bir hayvan, olağanüstü bir hayatta kalma becerisine sahip.
Bu canlının tardigradlar olmadığını belirtmekte fayda var. Onların çok daha ilginç bir komşusu olan bdelloid rotiferler söz konusu.
Tardigradlar gibi, bdelloid rotiferler de neredeyse tamamen kuruyup su geldiğinde tekrar canlanabilirler. İnsanları öldürecek radyasyonun yüzlerce katına maruz kalsalar da, kromozomları parçalanmış olsa bile hayatta kalabilirler.
Bilim insanları şimdi, bir tür olan Adineta vaga'nın, tardigradlar dahil başka hiçbir canlıda daha önce belgelenmemiş bir şey yapabildiğini keşfetti: Radyasyon hasarından sonra kromozomlarını birleştirmeden üreyebilirler ve yavruları nesiller boyunca hasarı onarmaya devam eder.
Evrimsel biyolog Karine Van Doninck, konuyla ilgili olarak şunları söyledi: "Bu keşifte gerçekten olağanüstü olan, kromozomların uçlarını bir şekilde stabilize etmeleri, bu DNA parçalarını stabilize etmeleri ve sonra bunu bir sonraki nesle aktarabilmeleri ve onarımı sürdürebilmeleridir." Van Doninck, bunun nesiller arası bir onarımın ilk kez gösterildiğini vurguladı.
Keşif, daha önceki bir deneyle başladı ve araştırmacılar bir hata olduğunu düşündürecek kadar beklenmedik bir sinyalle ilerledi.
Ekip, A. vaga'yı güçlü radyasyona maruz bıraktı, canlılardan birinin bıraktığı bir yumurta topladı ve o yumurtadan klonal bir popülasyon oluşturdu.
Tüm bu klonlar aynı yumurtadan köken aldığı için, araştırmacılar genomlarında aynı radyasyon hasarının yansıtılmasını bekliyorlardı.
Bunun yerine, tuhaf bir şey buldular. Kromozomlardaki büyük delesyonlar bireyler arasında farklılık gösteriyordu ve dizileme verileri eksik DNA'nın giderek restore edildiğini gösteriyor gibiydi.
Van Doninck, "Bu ilerleyici bir onarım öneriyordu ve bunun imkansız olduğunu düşündük" dedi.
Başlangıçta araştırmacılar, sorunun dizilemede olabileceğinden şüphelendiler. Ancak analizlerini tekrarladıklarında, tuhaf örüntü inatla devam etti.
Delesyonların pürüzlü kenarları önemli bir ipucu sağladı: Bireyler arasında aynı değillerdi, bu da kromozomlar koptuktan sonra, maruz kalan DNA'nın onarım süreci başlamadan önce farklı derecelerde bozulmaya devam ettiğini gösteriyordu.
Takip eden aylarda, araştırmacılar DNA dizileme ve kromozom sayımlarını kullanarak ilerleyen nesiller boyunca hasarlı genomları izlemeye devam ettiler.
Yavaş yavaş ekip ne olduğunu anlamaya başladı. Rotiferler üremeden önce kromozom hasarının büyük bir kısmını onarmıyorlardı. Kırık kromozom parçaları bir sonraki nesle hayatta kalıyordu ve burada onarım süreci devam edebiliyordu.
Moleküler biyolog Bernard Hallet, şunları söyledi: "Gerçekten de bu tamamen beklenmedikti ve ne olduğunu anlamamız biraz zaman aldı, buna inanmak için kendimizi çimdiklememiz gerekti." Verilen hasar da hiç de azımsanacak cinsten değildi.
Araştırmacılar, A. vaga'yı 100, 250 ve 500 gray dozlarında proton radyasyonuna maruz bıraktılar. Bu dozların, genom boyunca sırasıyla yaklaşık 88, 220 ve 440 çift zincirli DNA kırığına neden olduğu tahmin ediliyor.
En yüksek dozda, bireysel bir kromozom 30 ila 50 parçaya kadar parçalanabiliyordu.
Normalde bu, oldukça büyük bir sorun teşkil eder. Hücre bölünmesi sırasında, üreme hücrelerini üreten mayoz dahil, kromozomlar gerekli genetik materyali yeni hücreye sürüklemek için sentromer adı verilen bir bölgeye güvenir. Sentromer olmadan, yavru hücre o parçayı alamaz.
Ancak A. vaga bir boşluk bulmuş gibi görünüyor.
Hallet, "Sonuçlarımız, bunun aksine, Bdelloid rotifer kromozomlarının, sentromerin anahtar yapısal bileşenlerinin kromozom boyunca ayrı bölgelere yayılmış olduğu 'holosentrik' bir yapıya sahip olduğunu ve bu bileşenleri içeren kromozom parçalarının düzgün bir şekilde ayrılabilmesini sağladığını göstermektedir" diye açıkladı.
Bu, bir kromozom parçalandığında, parçalarının bir yavru hücreye çekilmesi için gerekenleri hala taşıyabileceği anlamına gelir; bu da kırık parçaların hücre bölünmeleri ve nihayetinde nesiller boyunca kalmasına olanak tanır.
Ama bu, olağanüstü numarasının sadece yarısı. Diğer yarısı ise onarımın kendisidir.
A. vaga'nın diploid bir genomu vardır, bu da kromozomlarının çiftler halinde geldiği anlamına gelir. Her çiftteki iki kromozom homologdur; yani aynı genleri aynı konumlarda taşırlar, ancak o genlerin kesin versiyonları farklı olabilir.
Bu, hasarlı bir kromozoma inanılmaz derecede faydalı bir şey verir: onarım şablonu olarak kullanabileceği nispeten sağlam bir 'ikiz'.
Rotifer eşeysiz üremesine rağmen, bu homolog kromozomların eşleştiği alışılmadık bir mayoz formunu korumuştur. Bu nedenle, kırık bir DNA ucu, sağlam homologundaki eşleşen bölgeyi bulabilir ve kaybedileni yeniden oluşturmak için bu diziyi kullanabilir.
Araştırmacılar bu mekanizmaya kırık kaynaklı homolog uzantı onarımı veya BIHER adını veriyorlar.
Hasar yeterince ciddiyse, bu onarım birden fazla tur sürer; yani ardışık rotifer nesilleri sorunu çözmek için çalışır. Ancak gerçekten olağanüstü olan şu: Bulgular, tekrarlayan BIHER'in sonunda kırık bir kromozomun orijinal yapısını geri getirebileceğini ve bazı delesyonların belirli sayıda nesilden sonra tamamen ortadan kaldırılabileceğini göstermektedir.
Hallet, "Diğer bir deyişle, yeterli zaman verildiğinde, eksik dizi giderek restore edilebilir" dedi.
Bu noktada, muhtemelen A. vaga'nın boş zamanlarında iyonlaştırıcı radyasyona karşı bu kadar güçlü bir savunmaya neden ihtiyaç duyduğunu merak ediyor olabilirsiniz.
Bunun cevabı ise yosunlu habitatıyla ilgilidir.
Yosunlar ve likenler uzun süreler boyunca kuruyabilir ve tekrar ıslanabilir ve minik sakinleri bu aşırı koşullardan kurtulmak için yollar geliştirmek zorunda kalmıştır. Bdelloid rotiferler (ve aslında tardigradlar da) bunu neredeyse tam bir kurumaya girerek yaparlar.
Ancak kurumak, DNA üzerinde olağanüstü derecede zordur. Kromozomları parçalayabilen çift zincirli kırıklar dahil olmak üzere, iyonlaştırıcı radyasyona benzer türde fiziksel hasara neden olabilir.
Bu nedenle A. vaga muhtemelen olağanüstü onarım yeteneklerini radyasyona yanıt olarak geliştirmemiştir. Radyasyon direnci, tekrarlanan kuruma dönemlerine uyum sağlamanın şans eseri bir yan etkisi gibi görünüyor.
Van Doninck, "Kurumadan kaynaklanan fiziksel hasar tesadüfen radyasyonla aynıdır, bu yüzden radyasyona dirençli hale geldiler. Doğanın güzelliği budur" diye açıkladı.
Ve genomu tamamen karmakarışık durumdayken hayatta kalma yeteneği, kromozomların felaket düzeyinde hasar gördüğü diğer durumları anlamak için A. vaga'yı faydalı kılabilir.
Örneğin, Mars'ta insan kaşifler muhtemelen insanlar için tehlikeli kabul edilen radyasyon dozlarına maruz kalacaklar. Ve kanser hücreleri, kromozomların parçalandığı ve dramatik bir şekilde yeniden düzenlenmiş biçimlerde tekrar birleştirildiği kromotripsis adı verilen bir olgu yaşayabilir.
Van Doninck, "Bazen rotiferi canlı bir kanser gibi tanımlıyorum, bu yüzden tüm bu araştırmalar için çok ilginç bir model sistem" dedi.
Hala cevaplanması gereken sorular var. Araştırmacılar şimdi A. vaga'nın bu olağanüstü onarımları yapmasını sağlayan moleküler mekanizmayı daha iyi anlamak istiyorlar ve doğada benzer stratejilerin başka yerlerde gizlenip gizlenmediğini araştırıyorlar.
Van Doninck ayrıca, ekibin şimdi her iki homolog kromozomun da aynı konumda kırıldığı ve rotiferi BIHER'in normalde dayandığı sağlam şablon olmadan bıraktığı durumlarda ne olduğunu araştırdığını belirtti ve biz de bunu öğrenmek için sabırsızlanıyoruz.
Bu, muhtemelen arka bahçenizde yaşayan minik bir mikroskobik canlıdır ve buna rağmen bize en zorlu koşullarda hayatta kalma hakkında bir şeyler öğretebilecek dikkate değer bir kendi kendine onarım süper gücüne sahiptir. Bu olağanüstü.
Hallet, "Kırık kromozomların nesiller arası aktarımı ve onarımı kavramı tamamen beklenmedikti. Bunu kariyerimin en güzel keşiflerinden biri olarak görüyorum" dedi.
Bulgular Science Advances dergisinde yayınlandı.
