Yakın zamana kadar tek ve çok hücreli organizmaları ayırmada önemli bir fark çok hücrelilerde hücrelerarası iletişimin olmasıydı. Yüksek canlılarda hücreler arasında sinyallerin gelip gitmesi, karmaşık sinyal yollarının olması onları tek hücrelilerden ayıran bir özellikti. Şimdi ise aynı türden yada farklı türlerden bakterilerin kendi aralarında haberleşebildiğini biliyoruz. Üstelik bu özellik bakterilerin yaşamsal fonksiyonlarıyla yakından ilişkili. Bir tek hücreli, etraftaki kendine benzer hücreleri nasıl algılıyor? Bu haberleşme için bakteriler kendi ürettikleri sinyal moleküllerini kullanıyorlar. Bu sinyaller komşu bakterinin zarından geçer ve bu sinyallerin miktarı arttığında ortamdaki bakteri sayısıda artmış demektir. İşte bu şekilde bakteriler kendi sayılarını algılayabilmekte. Bu algılamaya Quorum sensing denir.

Quorum-sensing mekanizması, türe özgü davranışı hep birlikte sergilemeyi, bu davranışı ortaya koymada  zamanlamanın ayarlanmasını, çevresel şartlar sık sık değiştiğinde bu değişikliklere hızlı yanıt verebilme imkanını sağlar. Ki bu özellikler bakterinin adaptasyonunda ön sıradaki özellikler.

Bakteriler QS için hangi sinyal moleküllerini kullanır? Bilgimiz dahilinde olanlar  Açil Homoserin Lakton (AHL) türevleri, oligopeptitler ve bu sınıflara girmeyen bazı moleküller.

Gram negatif bakterilerde Açil homoserin laktonlar;

Gram pozitif bakterilerde ise oligopeptitler etkili.

Türe özgü davranışlar nelerdir?

Sporulasyon, toplu kaçış, konjugasyon, hücre bölünmesi, antibiyotik üretimi, biyolüminesans, lag fazından çıkma, biyofilm oluşumu, nodül sayısını sınırlama, virülans faktörlerinin salgılanması, ekstrasellüler proteaz üretimi, ekzoenzimlerin üretimi.

Quorum-sensing  mekanizması: aynı türe ait bakteriler arasında olabildiği gibi, farklı bakteri türleri arasında vede  Prokaryot canlı ile ökaryot konağı arasında da olabilmektedir.

Salgılanan  moleküler  ve kullanılan algılama düzeneğine göre 3 tip quorum-sensing mekanizması vardır: Gram (-)  bakterilerde   LuxI  homologları denilen  bazı enzimler   türe özgü AHL moleküllerini katalizler. Bu  AHL’lar   LuxR    tipi   transkripsiyonel düzenleyiciler       tarafından algılanır. Gram   (+)   bakterilerde ise  sinyal   iletimi   için oligopeptitlere  bağlı olarak  iki-bileşenli  fosforlama  zinciri kullanılır. (Örneğin Bacillus subtilis’de iyi araştırılmıştır). Üçüncü ve son mekanizma “Hibrit sistem”dir. Vibrio harveyi modelide denir. Burada hem oligopeptidleri görürüz hemde LuxI/LuxR tipi proteinler hücre içinde sinyal yolunda görev alır. İki tip sinyal üretilir: LuxLM tarafından  AI-1 ve  LuxS tarafından;   AI-2  sinyal  molekülleri. AI-1 molekülü tür içi sinyalleşmeyi sağlarken; AI-2 (LuxS) türler arası sinyalleşme de görev alır. Türler arası sinyalleşmeye “cross-talk” da denir.

 

Farklı  türler arası sinyalleşmede çeşitli kanıtlar vardır:

  1. AI-2 sinyalinin bir çok farklı türde bulunması
  2. Streptococcus gordonii ve Porphyromonas gingivalis türleri birarada diş plakları oluşturmakta ve bunun için AI-2 sinyalini kullanmaktadır.
  3. Pseudomonas aeroginasa LuxS geni taşımasa da AI-2 sinyaline yanıt vermekte ve patojenik özellikleri artmaktadır.
  4.  P. aeruginosa AHL sinyalleri ökaryotik hücrelere girebilmekte ve bu hücrelerde aktif olarak immün yanıtı değiştirebilmektedir. Özellikle 3-0-C12-HSL, kemokin interlökin 8 8IL-8) in üretimini stimüle etmektedir.

Staphylococcus

’larda  biyofilm oluşturma, Agrobacterium’da bitkilerin enfeksiyonu yada P. aeroginosa enfeksiyonları tümüyle bakteriler arası sinyalleşmeye bağlıdır. Bu nedenle QS önümüzdeki yıllarda bakterilerin girdiği her alanda öncelikli çalışma konularından birini oluşturacaktır. Sinyalleri kontrol ederek üretim ve enfeksiyonların önlenmesine kadar pek çok konuda yenilikler beklenmektedir.

 

(Ayrıntılı bilgi için : Henke,J.M., Bassler, B.L. (2004) Bacterial Social Engagement,   Trends in Cell  Bio. 14 (11): 648-656)

 

Advertisements