‘Oligotyping’ ile bakterilere yeni bir bakış

ABD’nin Massachusetts eyaletindeki Marine Biological Laboratory’de bilim insanı olarak faaliyet gösteren ve Türkçe İnternet alemlerinde Meren olarak bilinen Dr. A. Murat Eren, geçtiğimiz hafta ABD Ulusal Bilimler Akademisi’nin bilim dergisi’nde (PNAS) ses getiren bir yayın yaptı. Yola bilgisayar bilimleri ile çıkıp mikrobiyal ekoloji ile devam eden Dr. Eren ile yaptığı yayın üzerine konuştuk.

Dr. Eren, üzerinde çalıştığı problemlerin genel tanımını şöyle aktardı: “Dünya üzerindeki yaşamın çok büyük bir kısmını gözle görülemeyecek kadar küçük ve tek hürcreli canlılar olan bakteriler teşkil ediyor. Hemen her ekolojik niş gibi insan vücudunu da mesken etmiş olan yaşamın bu sessiz muzafferlerinin muazzam çeşitliliğini, hastalık ve sağlık durumlarındaki rollerini anlamak, son yıllarda teknoloji ve analiz tekniklerinde yaşanan atılımlar sayesinde çok daha mümkün hale geldi. Fakat tüm bu teknolojik atılımlara rağmen bakteriler hakkında bilgi sahibi olmak çok kolay değil. Söz konusu “gözle görülebilen” canlılar olunca, canlı çeşitliliğini anlamak isteyen ekologların işi nispeten kolay. Misal, bir zebrayı bir zürafaadan ayırmak çok ciddi bir çaba gerektirmiyor. Bununla beraber çoğu bakteri türü neredeyse aynı fiziksel karakteristiklere sahip olduğu için, mikroskop altında nasıl göründüklerine bakarak bakterileri birbirinden ayırmak çok güç. Bu durum, birbirinden bir zürafa ile zebra kadar farklı olan iki bakteriye mikroskop altında bakınca tek görebildiğimiz şeyin iki adet ‘z’ harfi olmasına benziyor.”

Peki, fiziksel özellikleri işe yaramıyorsa bakterileri birbirinden nasıl ayırıyoruz?

Bunun için bakteri hücrelerinin genomlarından elde ettiğimiz genetik imzalardan yararlanıyoruz. 16S olarak bilinen ve hücrenin çok önemli bir yapıtaşı olan ribozomu oluşturan gen, bu iş için biçilmiş kaftan vazifesi görüyor. 16S genlerinden elde ettiğimiz bilgi bakteriyel çeşitlilik hakkında fikir sahibi olmak için epey etkin. Fakat genetik imzayı elde etmek ile bitmiyor iş. Herhangi bir ortamdan elde edilen örnek içerisinde tespit edilen milyonlarca genetik imzayı doğru şekilde tasnif edip gruplamak çok ciddi bir hesapsal problem.

Hesapsal problem derken bu işi bilgisayarla çözmenin zorluğuna işaret ediyorsunuz sanırım. Bu problemi herkesin anlayabileceği bir şekilde ifade etmeniz mümkün mü?

Kendinizi her biri farklı renklere boyanmış bir çuval princin içindeki her bir prinç tanesini rengine göre gruplara ayırmaya çalıştığınızı hayal edin. Ne kadar meşakkatli olursa olsun, eğer prinç taneleri ya mavi ya da kırmızı ile renklendirilmiş olsa bir çuval princi iki gruba bölmek mümkün olabilirdi. Fakat renk sayısının binlere vardığı bir renk paleti kullanıldığı durumda, renk tonları arasındaki küçük farkları doğru şekilde tespit etmek, çok üstün bir efor harcandığı durumda bile mümkün olmayabilirdi. Ortaya çıkan sonuç ise bir rengin birçok farklı tonunun o rengi ifade eden tek bir gruba tasnif edildiği düşük çözünürlüklü bir sınıflama olurdu. Şu ana kadar yaygın bir biçimde kullanılan hesapsal yöntemlerin yaptığı tam olarak bu. Bakteriyel çeşitliliği açıklamaya çalışırken gece mavisini, laciverti ve deniz mavisini aynı gruba koyuyorlar. Fakat, misal, lacivert olanı bir hastalığa sebep olurken deniz mavisi faydalı bir bakteriyi ifade edebiliyor, ve her ikisini de aynı gruba koyduğumuzda bakterilerin dünyasını ve bizimle olan ilişkilerini anlamamız güçleşiyor.

PNAS’teki yayınınız bu probleme bir çözüm getiriyor, değil mi?

Evet, bir anlamda öyle. Doktora eğitimim esnasında geliştirdiğim ve ‘oligotyping’ olarak anılan teknik sayesinde araştırmacılar kendi örnekleri içinde birbirine genetik imzaları bağlamında çok benzeyen, fakat aslında farklı olan bakterileri birbirinden ayırabiliyor (yani deniz mavisi ile laciverti aynı gruba koymak yerine farklı gruplara koyabiliyorlar). Hem de oligotyping bunu yaparken çok az kaynak tüketiyor ve milyarlarca genetik imzayı birkaç saat içerisinde analiz etmeyi mümkün kılıyor. Geçtiğimiz hafta PNAS’te yayınlanan çalışmamız bu yöntemin gücünü sağlıklı insanların ağzında yaşayan bakterileri analiz ederek gösterdiğimiz bir çalışma idi.

Peki, ne buldunuz?

İnsan ağzı içinde birçok farklı ekolojik niş barındıran çok enteresan bir ortam. Örneğin dilinizin üzerindeki bakteriler ile diş etlerindeki ya da dişler üzerindeki bakteri toplulukları arasında çok ciddi farklar var. Bulduğumuz en enteresan sonuçlardan birisi genetik imzaları neredeyse birbirinin aynısı olan bakterilerin bir tanesine ağzın sadece bir bölgesinde, diğerine ise sadece bir diğer bölgesinde rastlanıyor oluşu, ve bu örüntülerin 200’ü aşkın katılımcıdan topladığımız hemen her örnekte benzer şekilde karşımıza çıkıyor olması idi. Bu insan ağzındaki bakteriyel çeşitliliğin tahmin edilenden çok daha fazla olduğu, ve bakterilerin ağız içindeki dağılımlarının çok daha net tercihlere dayalı olduğunu gösteriyor. Bir diğer ilginç sonuç ise bademciklerden gelen örnekler arasından çıktı. Tüm katılımcılar sağlıklı olmasına rağmen, bademciklerde çok fazla patojene rastladık, bu daha önce de gözlemlenmiş bir bulgu olsa da, oligotyping’in sağladığı çözünürlük ve elimizdeki DNA dizilerinin çokluğu daha net bir gözlem yapmamıza olanak sağladı. Bizim hipotezimize göre bademcikler zararlı bakterilerin barınabileceği oksijensiz bir “karantina” ortamı yaratarak bağışıklık sisteminin bu bakterileri tanıyıp kendisini eğitmesini sağlama vazifesini görüyor. Elbette bu hipotezin doğruluğu ya da yanlışlığı üzerine sağlıklı bir tartışma çok daha fazla deney ve araştırma gerektiriyor.

Çalışma ne tür tepkiler aldı?

Yaptığımız yayın birçok olumlu tepki aldı. Fakat PNAS genel bilim okuruna hitap eden yüksek profilli bir dergi olduğu için olumlu tepkilerin sebebinin oligotyping’in gerçekten önemli bir metot olmasına bağlamak bence aceleci bir çıkarım olur. Bununla beraber meşhur bilim yazarı Carl Zimmer’ın çalışmamızı Darwin’den bugüne, canlı türlerinin tespiti ile ilgili sıkıntıları kaleme aldığı bir giriş ile National Geographic altındaki günlüğüne taşıdı. Bu bizim bile beklemediğimiz bir geri dönüş idi, ve özellikle benim için epey gurur verici oldu (gurur tabii sadece birkaç saat sürdü, ve sonra her yaptığından şüphe eden ve hiçbir çalışmasını beğenmeyen gerçekçi bilim insanı mizacıma üzülerek geri döndüm).

Eren AM, Borisy GG, Huse SM, Mark Welch JL (2014) “Oligotyping analysis of the human oral microbiome”, PNAS doi:10.1073/pnas.1409644111 (link: Oligotyping analysis of the human oral microbiome)

Carl Zimmer’ın yazısı: The Zoo In the Mouth

Dr. A. Murat Eren’in araştırma sayfası da burada: meren.org

(T24)