Bakterilerde Otomasyon

Canlılar âlemi sistematik olarak incelendiğinde hayret verici ve kompleks otomasyon sistemleriyle donatılmış bir dünya çıkar karşımıza. Bilhassa çok hücreli canlılardaki bu mükemmel organize, tefekkür buudlu bir atmosfere taşır bizleri.

Milyonlarca hücreden ibaret kompleks bir organizmaya sahip yaratıklara göre tek hücreli varlıkların çok basit bir yapıya sahip olduklarını zannederiz. Ancak bu canlıları yakından incelersek, ne kadar yanıldığımızı anlamak, herhalde çok güç olmayacaktır.

Tek hücreli canlılar âleminden bakteriler, şaşırtıcı hareket mekanizmalarına sahiptirler. Bakterilerde gözlenen “Kemotaksis” (bakterilerin çevrelerindeki bazı kimyevi maddelere doğru yaklaşması veya uzaklaşması) hareketi, onun çevresindeki şartlara göre kendini yönlendirmesi, acaba bir tesadüf eseri midir?

Bakterilerin sıvı ortamda, kendilerine uygun besin bulabilecekleri, sağlıklı yaşayabilecekleri yerlere yönelmesi ve kendilerine zarar verecek antibiyotik ortamlardan kaçması ne ile izah edilebilir? Suni zekâ (Artificial Intelligent) ile otomasyon ve kontrolör tasarımcılarının en temel problemlerinden biri olan “Doğru ve kısa sürede karar verme.” prensibini en mükemmel de uygulayan, üstelik bırakın gözle görebilmeyi, normal mikroskoplarla bile kolay kolay seçilemeyen bu iptidai zannedilen yaratıklar, bu özelliği acaba nasıl kazandılar?

Hareketlerine en güzel misal olarak Escherichia coli bakterisinde görülen kamçı (flagellum) şeklindeki ince uzun yapıları verebiliriz. Bu kamçılardan bakteride çok sayıda bulunur ve her kamçı, hücre zar içinde gömülü bir protein diskine bağlı olarak hareket eder. Bu disk, dönme hareketi yapan ve çok küçük olan motorun bir parçasıdır. Hücre zarının dışı ile içi arasında bulunan proton (H⁺) yoğunluğu farkı, bir elektrik alanı meydana getirir. Motor, bu elektrik alan farkından meydana gelen enerjiyi kullanarak hızlı bir dönme hareketi yapar (Şekil-1). Bu motora bağlı kamçının döndürülmesiyle, bakterinin hareket etmesi sağlanır. Her bakteride bulunan kamçılar, o bakteri türüne has özel bir desene göre yerleştirilerek dizilmiştir. Bazen asimetrik bir yapıda da olabilen kamçıların özel dizilişleri, motorun dönüş yönüne göre hareket özelliğini de değiştirir. Mesela, belli bir yöne doğru düzgün yüzme hareketi: kamçıların saat ibresi yönünün tersi bir yönde dönmesi ile ortaya çıkarken, motorun saat ibresi yönünde dönmesi de kamçıların asimetrik dağılış desenine bağlı olarak belli bir yönde ilerleme meydana getirmeyen titreşim hareketlerine sebep olmaktadır (Şekil- 2 a, b).

Diskin dönüş yönü dış tesir olmadığı hallerde birkaç saniyede bir değişmektedir. Dolayısıyla bazen tek yönde düzgün hareket yaparak bazen de âni ve belirsiz yön değişiklikleri yaparak hareket etmektedir. Kimyevi olarak bakteriyi cezbeden veya iten maddeler; bir nevi geri besleme mekanizması ile bakterinin alışılmış hareketlerine de tesir eder. Eğer bakterinin hareket yönündeki cezbedici madde yoğunluğu artıyorsa (veya itici madde yoğunluğu azalıyorsa) titreşim şeklindeki salınma hareketi yavaşlar. Böylece bakteri bir süre sonra kendini çeken maddeye yaklaşmış olur. Bakterinin aktivitesini, bulunduğu ortamdaki itici ya da çekici kimyevi moleküller belirler. Bakterinin zarı üzerindeki hassas alıcıların faaliyeti ile çekici veya itici kimyevi maddeler arasındaki işaret-haberleşme sistemi kontrol edilir. Bu kontrol sayesinde, ortamda mevcut kimyevi maddelerin çeşidi ve yoğunluğuna göre, diskin dönme hız ve yönü düzenlenir. E. coli bakterisi, mükemmel bir şekilde yaratılan bu otomasyon sistemi ve kendisi ne bahşedilen program sayesinde, yaklaşacağı ve ya uzaklaşacağı kimyevi ortamları tespit edebilir. Bakterilerin hücre zarı üzerinde bulunan bu kemotaksis reseptör proteinleri (veya alıcılar), harici çevreden gelen itici veya cezbedici moleküllere karşı çok hassastır, Meselâ cezbedici bir molekül, bu alıcılara bağlanırsa, onları kimyevi değişikliğe uğratarak bakterinin aktivitesini azaltır, bu otomatik kontrol de negatif geri beslemedir.

Bilim adamları, bugün çok kompleks bilgisayar programlarını ve uzmanlık isteyen sistemleri otomasyonda kullanmaya çalışırken, bu faaliyetleri kendine göre çok basit bir işletim mantığı ile gerçekleştiren gözle görülemeyecek kadar küçük bakteriler, düşünen mikrobiyologları hayrete sevketmekte, Sızıntı dergisinin geçen sayısında yayınlanan “Küçüklük Basitlik Değildir” makalesinin haklılığı da bir kere daha tasdiklenmiş olmaktadır.

Kaynaklar

— Molecular Biology of the Cell,

— Bruce Aberts, Dennis Bray, Julian Lewis,

— Martin Raff, Keith Roberts, Jamis D. Watson.

— Garland Publishing. Inc.

— New York&London