Labmedya - Laboratuvar ve Sağlık Gazetesi

 Bu aşırı çevresel şartlara volkanik alanlar, derin deniz, aşırı yüksek ve alçak sıcaklıklar (45°C’nin üstünde veya 15°C’nin altında), basınç, oksijen azlığı, yüksek asidik ortamlar ve radyasyonun varlığı örnek olarak verilebilir.

Modern çağda, ekstremofillerin keşfedilmesi yeni ve geleneksel olmayan ürünler geliştirmek için biyoteknoloji endüstrilerini harekete geçirmiştir. Ekstremofiller, büyüme özelliklerine bağlı olarak farklı kategorilerde saflaştırılır ve genellikle yüksek radyasyon seviyelerine dayanabilen ekstremofillere radyoya dirençli denir. Ekstremofil tipleri arasında yüksek metal konsantrasyonları varlığında yetişen metallofiller, yüksek radyasyon varlığında yetişen radyofiller ve oksijen yoksunluğu altında büyüyen mikro aerofiller de vardır. Bu tür ekstremofillerden elde edilen enzimler biyoteknolojik uygulamalar için her zaman ilgi odağı olmuştur.

Ekstremolitler; organizmaların normal büyümesi, gelişimi veya çoğalmasıyla doğrudan ilgili olmayan organik bileşiklerdir. Ancak bunların yokluğu organizmanın hayatta kalma, doğurganlık veya estetik durumunun bozulmasını etkileyebilir.

İnsan vücudunun en büyük organı olan deri, bir dizi çevresel faktör için birincil hedeftir. Güneşten gelen UV, moleküler yapılarda değişikliklere ve serbest radikallerin oluşmasına neden olabilecek iyonlaştırıcı radyasyon içerir. UV spektrumunda (UVA, UVB ve UVC), UVA radyasyonu, 315 ila 400 nm arasında değişen ve en düşük enerjili UVR’dir. Bu, Dünya yüzeyine ulaşan ve oksidatif stresi tetiklediği bilinen en çok bilinen radyasyon türleri arasındadır. İnsan vücudu melanin üretimi ile UVR tehdidine karşı savunmalar geliştirmiştir. Buna rağmen, UVR’ye çevresel olarak daha fazla maruz kalınması bu savunmaları azaltabilir. Doğal biyo-ürünler, UVR tarafından yapılan oksidatif hasarın önlenmesiyle bağlantılı yeni ve potansiyel ilaç moleküllerinin keşfi için en önemli kaynaklar olmaya devam etmektedir.

UVA insan derisine nüfuz edebilir ve DNA’daki hasarı, genomda kararsızlığa neden olabilir. DNA’da pirimidin dimerleri oluşturur. Bu da sonuçta mutasyonlara neden olur; bu tür mutasyonlar, p53 gibi bir hücre döngüsü düzenleyici gende meydana gelirse, normal hücrelerin kanserli hücrelere dönüşmesine neden olabilir.

Ekstremofillerin salgıladıkları metabolik ürünler, organizmaların yüksek radyasyon koşullarında hayatta kalmasına yardımcı olmak için optimize edilmiştir. UVR’den ciltte hasarı önleyen radyolojik koruyucu ilaçlar geliştirmek için bu bileşiklerin (proteinler, enzimler, antioksidanlar, anti-radyasyon ajanları ve pigmentler gibi) kullanılması mümkün olabilir. Çoğu mikroorganizma, insanlarda ki melanin gibi UVR’yi emebilen foto-koruyucu pigmentler üretir. Radyasyona duyarlı pigmentlerin ve DNA onarım enzimlerinin biyosentezi, diğer organizmaların radyasyon açısından zengin bir ortamda yaşamalarını sağlamak veya korumak için modern biyoteknolojik tekniklerle aktive edilebilir. 

Halofilik bakteriler, cilt bakım ürünlerinde hücre koruyucuları ve diğer biyolojik ürünlerdeki proteinlerin stabilizatörleri olarak ektoinler üretir. Ektoinlerin ayrıca insan keratinosit hücrelerini UVA hasarından koruduğu da bulunmuştur. Mikosporin benzeri amino asitlerin (MAA) ise UVR’yi absorbe ettiği bilinmektedir ve siyanobakteriler ile ökaryotik algler dâhil olmak üzere çok çeşitli mikroorganizmalarda bulunabilir. MAA’lar, DNA dimerlerinin oluşumunu engelleyerek DNA’yı UVR kaynaklı hasarlara karşı korur ve günümüzde halen kozmetik sektöründe güneş koruyucularda kullanılmaktadır. 

Radyasyona dirençli bir mikroorganizma olan Deinococcus radiodurans; çöllerde, okyanuslarda, göllerde ve deniz balıklarında yaşayabilir. Bu mikroorganizma bir insanı öldürebilecek radyasyon seviyesine kadar dayanabilir. Bu dozlar tıpkı bir insanda olduğu gibi mikroorganizmanın DNA’sını parçalar. Fakat mikroorganizma, parçalanmış DNA’sını onarabilir ve doza bağlı olarak saatler içinde hayata geri dönebilir. Scytoneminin ise UVA adiasyonunu bloke ederek bir güneş koruyucu olarak kullanıldığı bilinmektedir ve terapötik olarak antiproliferatif ve anti-enflamatuar özelliklere sahiptir. Scytonemin’in onkogenleri kontrol etmek için PLK1 genini inhibe ettiği de bilinmektedir. Bu nedenle, PLK1’in kanser hücrelerinde apoptozu indüklemesini engellemek için kullanılabileceği varsayılmaktadır. Scytonemin’e ek olarak, halofilik mikroorganizmalar cildi UV radyasyonunun zararlı etkilerinden koruduğu bilinen ektoini sentezler.

Ektoin; yoğun güneş ışıması, yüksek sıcaklıklar ve aşırı kuruluk gibi zor şartlar altında büyüyen, halofilik bakterilerde oluşan, düşük moleküler ağırlıklı organik bir moleküldür. Cildi UVA kaynaklı hücre hasarının etkilerinden çeşitli şekillerde korur ve Langerhans hücrelerinin hasar görmesini önler. Doğada, bu organizmalar ektoini sentezleyerek kendilerini bu streslere karşı korurlar.

Günümüzde biyoteknolojik yöntemler kullanılarak yüksek saflıkta ektoin endüstriyel ölçekte üretilmektedir. Kozmetik ürünlerinde, cildi UV ışınlarının, özellikle de UVA’nın ve kuru cildin neden olduğu hasarlara karşı korumak için kullanılır. Araştırmalar sonucu elde edilen veriler; ektoinin, UVA kaynaklı ve hızlandırılmış cilt yaşlanmasının etkilerini farklı hücre seviyelerin engellediğini göstermektedir.

UVA ile ışınlanmış insan keratinosit hücrelerinin ektoin ile ön işlemden geçirildiğinde hasara uğramadığı görüldü. Aynı çalışma; UVA ile indüklenen ikinci haberci salıverilmesinin, transkripsiyon faktörü AP-2 aktivasyonunun ve mitokondriyal DNA mutasyonunun ektoin tarafından önlenebileceğini gösterdi.

Radyasyona dirençli canlılar; uzay programlarında kullanım için büyük potansiyele sahip olan ve istenmeyen radyasyona maruz kalmayı önleyen, radyo koruyucu ilaçlar olarak kullanılabilecek bileşikler içerir. Bu mikroorganizmaların çok yönlülüğü nedeniyle mikrobiyal ekoloji ve taksonomi üzerine yapılan ileri çalışmalar, ekstremofillere ve ticari açıdan ilgi çeken metabolik ürünlere olan ilgiyi arttıracaktır.

İlaç geliştirme alanında şirketler, belirli bir ilacı geliştirmek için uzun yıllar süren araştırmalara katlanmak zorunda kalırlar. Ekstremofiller; biyoteknoloji, ilaç ve bazı toksik bileşiklerin imhası konusunda gelecekteki ilerlemeler için güçlü etkilere sahiptir. Gelecek yıllarda, bu canlıların daha fazla kullanılması, radyasyon aracılı kanser gibi hastalıklar için tedaviler bulma ve diğer endüstriyel talepleri karşılama konusunda şüphesiz etkin rol oynayacaktır.

Kaynaklar:

Asker D, Awad TS, Beppu T, Ueda K. Deinococcus misasensis and Deinococcus roseus, novel members of the genus Deinococcus, isolated from a radioactive site in Japan. Systematic And Applied Microbiology, 2008, 31(1), 43-49.

Buenger J, Driller H. Ectoin: An Effective Natural Substance to Prevent UVA-Induced Premature Photoaging. Skin Pharmacology and Physiology, 2004, 17(5), 232-237.

Singh OV, Gabani P. Extremophiles: Radiation Resistance Microbial Reserves and Therapeutic Implications. Journal of Applied Microbiology, 2011, 110(4), 851-861.

Copeland E, Choy N, Gabani P, Sing OV. Biosynthesis of Extremolytes: Radiation Resistance and Biotechnological Implications, 2012, Chapter 15.

Gabani P, Singh OV. Radiation-Resistant Extremophiles and Their Potential in Biotechnology and Therapeutics. Applied Microbiology and Biotechnology, 2013, 97(3), 993-1004.

www.scientificamerican.com/article/cheating-dna-death-how-an/?redirect=1 

www.microbiologysociety.org/publication/past-issues/real-superheroes/article/heroic-exertion-of-radiation-resistant-extremophiles.html

Zeynep Aleyna KAHRAMAN