Deinococcus radiodurans

İsim ve sınıflandırma

Deinococcus radiodurans adı Yunanca "korkunç tanecik" anlamına gelen deino ile kokkos sözcükleri ve Latince "radyasyondan kurtulan" anlamına gelen radius ve durare sözcüklerinden türetilmiştir. Bakteri türünün ilk adı Micrococcus radiodurans şeklindeydi. Dayanıklılığı sebebiyle bu canlı türü, "Conan the Barbarian" oyunundan esinlenilerek "Conan the Bacterium" (Türkçe: Bakteri Conan) olarak adlandırılmaktadır.
Başta Micrococcus cinsi içinde gösterilen bakteri, RNA zincirleri değerlendirildikten ve diğer deliller belirlendirkten sonra 'Deinococcus adı verilen kendine ait bir cinse dahil edildi. Bu cins, içinde sıcağa dayanıklı bakteri türlerini barındıran Thermus ile yakın akrabadır. Bu iki cins tek bir ad altında toplandığında Deinococcus-Thermus şeklinde yazılıp gösterilir.
Deinococcus cinsi, Deinococcales takımının içinde yer alan tek cinstir.  D. radiodurans ise bu cinsin tiptürü olup en çok incelenen üyesidir. Bilinen tüm radyasyona dayanıklı cinsler D. proteolyticus, D. radiopugnans, D. radiophilus, D. grandis, D. indicus, D. frigens, D. saxicola, D. marmoris, D. deserti,, D. geothermalis ve D. murrayi şeklinde sıralanır. Bu cinslerden son ikisi ayrıca termofilik veya başka bir deyişle ısıya dayanıklıdır.

Tarih

D. radiodurans, 1956 yılında Corvallis, Oregon'da yer alan Oregon Tarımsal Deney Merkezi'nde A.W. Anderson tarafından keşfedildi. Konserve yiyeceklerin yüksek dozda gama ışını uygulandığında bir daha bozulup bozulmayacağını araştıran bir deney sırasında bir miktar konserve ete de gama ışını yollandı. Ancak beklenenin aksine et bir süre sonra bozuldu ve D. radiodurans keşfedildi.
D. radiodurans türünün DNA zinciri 1999 yılında tümüyle Genom Araştırma Enstitüsü (TIGR) tarafıdan yayımlandı. Genomların açıklamalarının ve analizlerinin yer aldığı bir başka sürüm de 2001 yılında yayımlandı.

Açıklama

D. radiodurans, büyük ve küresel bir bakteri türüdür. Bireylerin çapları 1,5 ilâ 3,5 µm arasında değişir. Normal zamanlarda dört hücre birbirine yapışık halde bir tetrat biçiminde bulunurlar. Bakteri kolaylıkla kültür edilebildiğinden hastalığa yol açmaz. Bu bakterilerin bulunduğu koloniler düz bir dışbükey şeklinde ve pembe ilâ kırmızı arası renklerde bulunurlar. Her ne kadar hücrelerin dış kısımları ve zarı şaşırtıcı bir şekilde gram negatif özellikleri taşısa da hücreler aslında gram pozitiftir.
D. radiodurans, endospor oluşturamadığı gibi, nonmotil veya bir başka deyişle hareketsizdir. Bireyler ayrıca oksijenli solunum yapar ve bu bağlamda oksijene bağımlıdırlar. Genellikle toprak, dışkı, et ve lağım gibi organik madde bakımından zengin yerlerde bulunurlar. Ancak kuru gıdalarda, oda tozunda, tıbbi malzemelerde ve kumaşlarda da rahatlıkla yaşayabilirler.
Tür, iyonlaştırıcı radyasyona, morötesi ışınlara, susuzluğa, asidik ve elektrikli ortama karşı dayanıklıdır.
Genomu iki dairesel kromozom içerir. Bunlardan biri 2,65 milyon baz çifti barındırırken, diğeri 412.000 baz çifti ve ayrıca 177.000 baz çiftinden bir megaplazmid ve 46.000 baz çiftinden bir plazmid içerir. Bir hüncerede yaklaşık 3.195 kadar gen bulunur. Hücre sabit fazdayken her bir bakteri hücresi genomundan dört kopya barındırır. Hızlıca çoğalma esnasında her bakteride 8-10 kopya genom bulunur.

İyonlaştırıcı radyasyon dayanıklılığı

D. radiodurans, anlık olarak uygulanan 5.000 Gy'lik bir iyonlaştırıcı radyasyona hiçbir yaşamsal etkinliği aksamadan karşı koyma özelliğine sahiptir. Doz 15.000 Gy civarına kadar yükseltilirse, yaşamsal etkinlikler %37'ye kadar iner. Ancak birkaç doz 5.000 Gy'lik ışıma verildiğinde canlının DNA zincirinde birkaç yüz adet kırılma gözlenmektedir. Karşılaştırma yapılacak olunursa, Apollo görevi 1 miligray'lik radyasyon içerir; 10 Gy bir insanı, 60 Gy bir E. coliyi ve 4000 Gy radyasyona dayanıklı bir tardigradı öldürebilir.
Son yıllarda benzer bir radyasyona dayanıklılık özelliği sergileyen bazı türler keşfedildi. Chroococcidiopsis (phylum siyanobakterisi) ve Rubrobacter (phylum aktinobakterisi) cinsinden bazı türler bu sınıfta yer almaktadır. Yine arkealar arasında yer alan Thermococcus gammatolerans adlı bir tür de kayda değer radyasyona dayanıklılık özelliği sergilemektedir. . Deinococcus, radyasyona karşı sağladığı bu denli dayanıklılığı, genomundan birden fazla kopyayı barındırmasına ve hızlı çalışan bir DNA onarım mekanizmasına borçludur. Hücreler, 12 ilâ 24 saat içinde iki adımlık bir işlemle beraber kromozomlarında yer alan bozulmaları onarabilmektedir.

Kullanım

Deinococcus, genetik mühendisliğinde çeşitli alanlarda kullanılmaktadır. Özellikle radyoaktif ortamlardaki çeşitli çözücüleri ve ağır metalleri sindirmesi sağlanmaktadır. Örneğin civa redüktaz sentez kodunu barındıran bir genin, Escherichia coli'den  Deinococcus'a aktarılmasıyla, nükleer silah fabrikalarından artan atıklarda yer alan civa iyonlarının zehirden arındırılması için kullanılmaktadır. Bazı araştırmacılar, bu bakteri için yeni bir kod geliştirerek, bu canlıların hem tolüeni, hem de civayı zehirden arındırması için kullanılmasını amaçlanmaktadır.
Craig Venter Enstitüsü, bu canlıların sahip olduğu hızlı DNA onarım mekanizmasından esinlenerek yeni bir sistem kullanarak yapay DNA parçalarını kromozomlara eklemeyi denedi. Bu denemenin amacı, Mycoplasma laboratorium adı verilen yeni bir sentetik organizma oluşturmaktı.
2003 yılında Amerikalı bilim adamları, bu bakterilerin nükleer bir felaket sonrası, barındırdıkları bilgileri saklayarak hayatta kalabildiklerini kanıtladı. Ardından It's a Small World adlı şarkıyı DNA zincirine dökerek 150 baz çifti oluşturdular. Daha sonra bu geni D. radiodurans'a enjekte ettiler. Sonuç olarak 100 bakteri nesli sonra bile bu DNA zincirine eksiksiz olarak ulaşılabilindi.