Bağırsak Bakterileri Beyni Gizlice Yeniden Düzenliyor
Karbonhidratların proteinleri nasıl değiştirdiğini incelemek için yeni bir teknik kullanan bilim insanları, bağırsak bakterilerinin beyindeki moleküler imzaları etkileyebileceğini keşfetti.
Bağırsaklarımız, sağlığımız ve hastalıklarımızda çok önemli bir rol oynayan trilyonlarca bakteriye ev sahipliği yapıyor. EMBL Heidelberg’deki araştırmacılar tarafından yapılan yeni bir çalışma, bu bağırsak bakterilerinin en hayati organlarımızdan biri olan beyinde önemli moleküler değişiklikleri tetikleyebileceğini ortaya koyuyor.
Nature Structural & Molecular Biology dergisinde yayınlanan çalışma, bağırsak bakterilerinin beyindeki proteinlerin, karbonhidratların proteinleri modifiye ettiği bir süreç olan glikozilasyona nasıl uğradığını etkileyebileceğini gösteren ilk çalışmadır. Bu atılım, araştırmacıların glikozilasyonu daha önce hiç olmadığı kadar büyük ölçekte ve hassasiyetle analiz etmelerini sağlayan DQGlyco adlı yeni geliştirilen bir yöntemle mümkün oldu.
Glikozilasyonu ölçmenin yeni bir yolu
Proteinler hücrelerimizin beygirleri ve ana yapı taşlarıdır. Öte yandan şekerler ya da karbonhidratlar vücudun ana enerji kaynakları arasında yer alır. Bununla birlikte, hücre aynı zamanda proteinleri kimyasal olarak modifiye etmek ve işlevlerini değiştirmek için şekerleri kullanır. Buna glikozilasyon denir.
Çalışmanın ilk yazarı ve Savitski Ekibi Araştırma Bilimcisi Clément Potel, “Glikozilasyon, hücrelerin birbirlerine nasıl bağlandıklarını (yapışma), nasıl hareket ettiklerini (hareketlilik) ve hatta birbirleriyle nasıl konuştuklarını (iletişim) etkileyebilir” dedi. “Kanser ve nöronal bozukluklar da dahil olmak üzere çeşitli hastalıkların patogenezinde rol oynar.”
Bununla birlikte, glikosilasyonun incelenmesi geleneksel olarak zor olmuştur. Hücredeki proteinlerin yalnızca küçük bir kısmı glikozillenmiştir ve bunların bir örnekte çalışılacak kadar yoğunlaştırılması (‘zenginleştirme’ adı verilen bir işlem) zahmetli, pahalı ve zaman alıcı olma eğilimindedir.
Ekip Lideri, Kıdemli Bilim İnsanı ve EMBL Heidelberg Proteomik Çekirdek Tesisi Başkanı Mikhail Savitski, “Şimdiye kadar bu tür çalışmaları sistematik bir ölçekte, nicel bir şekilde ve yüksek tekrarlanabilirlikle yapmak mümkün olmadı” dedi. “Yeni yöntemle üstesinden gelmeyi başardığımız zorluklar bunlar.”
DQGlyco, biyolojik örneklerden glikozillenmiş proteinleri seçici olarak zenginleştirmek için işlevselleştirilmiş silika boncuklar gibi kolayca bulunabilen ve düşük maliyetli laboratuvar malzemeleri kullanıyor ve bunlar daha sonra hassas bir şekilde tanımlanıp ölçülebiliyor. Yöntemi farelerden alınan beyin dokusu örneklerine uygulayan araştırmacılar, önceki çalışmalara kıyasla 25 kattan fazla bir artışla 150.000’den fazla glikozillenmiş protein formunu (‘proteoform’) tanımlayabilmiştir.
Yeni yöntemin kantitatif yapısı, araştırmacıların farklı dokulardan, hücre hatlarından, türlerden vb. örnekler arasındaki farklılıkları karşılaştırabileceği ve ölçebileceği anlamına geliyor. Bu aynı zamanda, bir proteinin aynı kısmının birçok (bazen yüzlerce) farklı şeker grubu tarafından değiştirilebileceği olgusu olan ‘mikroheterojenlik’ modelini incelemelerine de olanak tanıyor.
Mikroheterojenitenin en yaygın örneklerinden biri, kırmızı kan hücrelerindeki proteinler üzerinde farklı şeker gruplarının varlığının kan grubunu (A, B, O ve AB) belirlediği insan kan gruplarıdır. Bu, bir bireyden diğerine kan naklinin başarısına karar vermede önemli bir rol oynar.
Yeni yöntem, ekibin yüzlerce protein bölgesinde bu tür mikroheterojenliği tanımlamasını sağladı. Çalışmanın bir diğer ilk yazarı ve Savitski Ekibi doktora öğrencisi Mira Burtscher, “Bence mikroheterojenliğin yaygınlığı insanların her zaman varsaydığı bir şeydi, ancak bu hiçbir zaman açıkça gösterilmemişti, çünkü açıklama yapabilmek için glikozillenmiş proteinlerin yeterli kapsamına sahip olmanız gerekiyor” dedi.
Bağırsaktan beyne
Yöntemin hassasiyeti ve gücü göz önüne alındığında, araştırmacılar bunu olağanüstü bir biyolojik soruyu ele almak için kullanmaya karar verdiler. EMBL’deki Michael Zimmermann’ın grubuyla işbirliği yaparak, bağırsak mikrobiyomunun beyinde gözlemledikleri glikozilasyon imzaları üzerinde herhangi bir etkisi olup olmadığını test ettiler. Hem Zimmermann hem de Savitski, 2022-26 EMBL programı ‘Moleküllerden Ekosistemlere’ tarafından tanıtılan EMBL’deki Mikrobiyal Ekosistemler Çapraz Temasının bir parçasıdır.
Potel, “Bağırsak mikrobiyomlarının sinirsel işlevleri etkileyebileceği biliniyor, ancak moleküler ayrıntılar büyük ölçüde bilinmiyor” dedi. “Glikozilasyon, nörotransmisyon ve akson rehberliği gibi birçok süreçte yer almaktadır, bu nedenle bunun bağırsak bakterilerinin beyindeki moleküler yolları etkilediği bir mekanizma olup olmadığını test etmek istedik.”
İlginç bir şekilde ekip, ‘mikropsuz farelerle’, yani vücutlarında ve üzerlerinde herhangi bir mikrop bulunmayacak şekilde steril bir ortamda yetiştirilen farelerle karşılaştırıldığında, farklı bağırsak bakterileriyle kolonize edilen farelerin beyinde farklı glikozilasyon modellerine sahip olduğunu buldu. Değişen kalıplar özellikle bilişsel işleme ve akson büyümesi gibi sinirsel işlevlerde önemli olduğu bilinen proteinlerde belirgindi.
Çalışmanın veri setleri, diğer araştırmacılar için yeni bir özel uygulama aracılığıyla açık bir şekilde kullanılabilir. Ayrıca ekip, verilerin özellikle farklı türlerdeki glikozilasyon bölgeleri hakkında tahminlerde bulunmak için kullanılıp kullanılamayacağını da merak ediyor. Bunun için, 2024 Nobel Kimya Ödülü ile tanınan protein yapılarını tahmin etmek için yapay zeka tabanlı bir araç olan AlphaFold gibi makine öğrenimi yaklaşımlarını kullanıyorlar.
EMBL’deki Savitski ve Saez-Rodriguez gruplarında doktora sonrası araştırmacı ve çalışmanın bir diğer ilk yazarı olan Martin Garrido, “Modelleri fare verileri üzerinde eğiterek, örneğin insanlarda glikozilasyon bölgelerinin değişkenliğinin ne olabileceğini tahmin etmeye başlayabiliriz” dedi. “Diğer organizmaları inceleyen insanlar için, ilgilendikleri proteinlerdeki glikozilasyon bölgelerini belirlemelerine yardımcı olması açısından çok faydalı olabilir.”
Araştırmacılar ayrıca daha temel biyolojik soruları yanıtlamak ve glikozilasyonun hücrelerde oynadığı işlevsel rolü anlamak için yeni yöntemi uygulamak için çalışıyorlar.
Kaynak: https://scitechdaily.com
Bilim İnsanları Antik Bakterilerde Radyo Benzeri İletişim Keşfetti