Bilim İnsanları Ahtapotların ‘Süper Güçlerinin’ Arkasındaki Nadir Pigmenti Yeniden Üretti

UC San Diego liderliğindeki bir ekip, birçok kafadanbacaklının psikedelik derisinde bulunan önemli bir pigment olan ksantomatin'i seri olarak üretmeyi başardı. Şimdiye kadar, ksantomatin hayvanlardan toplanması veya laboratuvarda üretilmesi pratik olarak imkansızdı.

Araştırmacılar teknik olarak pigmenti üretmediler. Biyomühendislikle bakterileri bu pigmenti üretmeleri için tasarladılar ve mikropları sadece bu nadir maddeyi üretmeye değil, aynı zamanda bunu benzeri görülmemiş bir verimlilikle yapmaya ikna ettiler, böylece önceki yöntemlere göre 1.000 kat daha fazla ksantomatin elde ettiler.

Ksantomatin'e daha kolay erişim, kafadanbacaklıların kamuflajını inceleme çabalarına yardımcı olabilir, bu doğa harikasına yeni bir ışık tutabilir ve onu taklit etmemize yardımcı olacak ipuçları sunabilir.

Yeni çalışma, insanlığın ahtapot güçlerini keşfetme arayışını desteklemenin ötesinde, mikrobiyal üretim konusundaki artan anlayışımız için de önemli sonuçlar doğuruyor. Bakteriler benzer şekilde diğer kimyasalları üretmeye ikna edilebilirse, bu durum mevcut endüstriyel uygulamalarda önemli gelişmelere yol açabilir.

Scripps Oceanography ve California Üniversitesi San Diego'da deniz kimyası uzmanı olan kıdemli yazar Bradley Moore, “Bir malzemeyi, bu durumda ksantomatin'i, ilk kez bir bakteride üretme yeteneklerimizi hızlandıran yeni bir teknik geliştirdik” diyor.

Moore, “Bu doğal pigment, ahtapot veya mürekkep balığına kamuflaj yeteneği veren şeydir – fantastik bir süper güç – ve bu malzemenin üretimini ilerletme konusundaki başarımız buzdağının sadece görünen kısmıdır” diyor.

İsteksiz bakterilerden yüksek verim elde etmek için, “büyüme ile bağlantılı biyosentez” adını verdikleri yeni bir yöntem kullandılar. Bu yöntem, bakterilerin hayatta kalmalarını pigment üretimine bağlayarak çok miktarda ksantomatin üretmelerini teşvik etti.

Scripps Oşinografi'deki Moore Laboratuvarı'nda araştırmayı yöneten baş yazar Leah Bushin, “Bu sorunu çözmek için yepyeni bir yaklaşıma ihtiyacımız vardı” diyor.

“Esasen, bakterileri kandırarak ihtiyacımız olan malzemeyi daha fazla üretmelerini sağlayacak bir yol bulduk.”

Bakteriler pratik organizmalardır ve hayatta kalmak için kesinlikle gerekli olmayan ürünler üretmek için kısıtlı kaynaklarını boşa harcamayı sevmezler.

Bu nedenle Bushin ve meslektaşları, bakterilere reddedemeyecekleri bir teklifte bulundular. Genetik olarak “hasta” hücreler ürettiler; bu hücreler, ksantomat ve formik asit olmak üzere iki bileşiği üretmeye devam ettikleri sürece büyüyebiliyorlardı.

Formik asit yakıt görevi görüyordu ve bakteriler her yeni pigment molekülü için bir formik asit molekülü ürettikleri için, pigment ürettikleri sürece büyümek için yeterli yakıta sahip oluyorlardı. Bu geri besleme döngüsü, yoğun pigment üretimini sürdürdü.

Bushin, “Bu yol üzerinden, ilgilenilen bileşiği üretme faaliyetinin yaşam için kesinlikle gerekli olmasını sağladık” diyor. “Organizma ksantomatin üretmezse, büyümez.”

Bu teknik, ortamın litresi başına 3 grama kadar pigment üretti. Bu çok fazla gibi görünmeyebilir, ancak ekip, diğer yöntemlerle elde edilebilen litre başına 5 miligramdan çok daha yüksek bir miktar olduğunu söylüyor.

Koşullar hazır olduğunda, ekip sonuçları uzun süre beklemek zorunda kalmadı.

Bushin, “Laboratuvarda geçirdiğim en güzel günlerden biriydi” diyor. “Deneyi hazırladım ve bir gecede bıraktım. Ertesi sabah geldiğimde, denemenin işe yaradığını ve çok fazla pigment ürettiğini fark ettiğimde çok heyecanlandım. Böyle anlar, bilimle uğraşmamın nedenidir.”

Bu stratejiyi yönlendiren geri bildirim döngüsünün yanı sıra, araştırmacılar adaptif laboratuvar evrimi ile yaratımlarını optimize ettiler ve biyoinformatik araçları kullanarak verimliliği artırdılar ve mikropların glikoz gibi tek bir besin kaynağından pigment sentezlemesini sağladılar.

UC San Diego'da biyomühendis olan ortak yazar Adam Feist, sonuçların bu konseptin dramatik potansiyeline işaret ettiğini söylüyor.

Feist, “Bu proje, biyolojinin gelişmiş otomasyon, veri entegrasyonu ve hesaplamaya dayalı tasarım yoluyla değerli bileşiklerin ve malzemelerin sürdürülebilir üretimini mümkün kıldığı bir geleceğe ışık tutuyor” diyor.

“Burada, mühendisleri, biyologları ve kimyagerleri bir araya getirerek, en gelişmiş suş mühendisliği tekniklerinden bazılarını kullanarak nispeten kısa sürede yeni bir ürün geliştirmek ve optimize etmek suretiyle biyolojik üretimde inovasyonu nasıl hızlandırabileceğimizi gösteriyoruz.”

Bu yazı SCIENCEALERT’ de yayınlanmıştır.