Moleküler Zaman Yolculuğu: 3 Milyar Yıllık Canlılık Sırrı Laboratuvarda Diriltildi
Bilim insanları, eski azot işleme enzimlerini yeniden yapılandırarak, erken yaşamın çok farklı bir Dünya’da nasıl hayatta kaldığına dair yeni ipuçları ortaya çıkarıyorlar.
Azot, Dünya’daki yaşam için hayati öneme sahip, ancak çoğu organizma onu doğrudan atmosferden kullanamıyor. Bilim insanları artık bu elementin, gezegenimizde yaşamın ilk nasıl geliştiği ve evrenin başka yerlerinde nasıl ortaya çıkabileceği hakkında da önemli ipuçları sağlayabileceğine inanıyor.
Utah Eyalet Üniversitesi biyokimyacısı Lance Seefeldt, “Tüm canlı organizmaların hayatta kalmak için azota ihtiyacı var ve etrafımızda olmasına rağmen, ona doğrudan erişemiyoruz” diyor. “Nitrojenaz adı verilen enzimler, azotu bitkilerin, hayvanların, insanların ve diğer yaşam formlarının erişebileceği bir forma dönüştüren azot fiksasyonunu mümkün kılıyor. Ve Dünya’nın dört milyar yıllık tarihi boyunca bu nitrojenazların ne ölçüde evrimleştiğini anlamaya yeni başlıyoruz.”
Seefeldt, USU kıdemli bilim insanı Derek Harris ve Wisconsin-Madison Üniversitesi’ndeki NASA tarafından finanse edilen Metal Kullanımı ve Seçimi Çağlar Boyunca (MUSE) projesinde yer alan diğer araştırmacılarla birlikte çalıştı. Araştırmalarında, modern nitrojenazları analiz etmek ve eski atalarına benzeyen versiyonlarını yeniden oluşturmak için sentetik biyoloji teknikleri kullandılar. Ekip, bulgularını Nature Communications dergisinde yayınladı.
Harris, “Çalışmadaki rolümüz, sentetik olarak yeniden oluşturulmuş atalara ait nitrojenaz genlerinin bir kütüphanesini karakterize etmekti,” diyor. “Kontrollü laboratuvar koşulları altında, mühendislik ürünü suşların hücre biyokütlesindeki nitrojen izotop fraksiyonlamasını ölçtük.”
Erken Dünya’yı İncelemenin Yeni Bir Yolu
USU Kimya ve Biyokimya Bölümü Başkanı ve Profesörü Seefeldt, nitrojenaz enzimlerinin nasıl yapılandırıldığını ve nasıl işlev gördüğünü incelemek için 30 yılı aşkın bir süre harcadı. Bu enzimlerin eski versiyonlarını yeniden yaratmanın, Dünya’daki yaşamın kökenlerini keşfetmek ve diğer dünyalarda yaşamın nasıl ortaya çıkabileceğini araştırmak için güçlü bir yeni yaklaşım sağladığını söylüyor.
Utah Eyalet Üniversitesi biyokimyacıları Derek Harris (solda) ve Lance Seefeldt ile Wisconsin-Madison Üniversitesi’ndeki NASA tarafından finanse edilen Metal Kullanımı ve Seçimi (MUSE) projesindeki meslektaşları, Dünya’daki yaşamdan sorumlu eski enzimler üzerine çığır açan bir araştırmayı anlatan 22 Ocak tarihli ‘Nature Communications’ makalesinin yazarlarıdır. (Fotoğraf: M. Muffoletto, USU)
Seefeldt, “Şimdiye kadar bilim, erken yaşamı incelemek için eski kaya ve fosillere güveniyordu,” diyor. “Gezegenimiz milyarlarca yıl önce çok farklıydı. Modern mikroplar, nitrojenazlar aracılığıyla atmosferik nitrojen kaynaklarına erişir; nitrojenazlar sadece bir enzim ailesidir. Fosilleşmiş enzimlerin incelenmesi, eski enzimlerin modern enzimlerle aynı izotopik imzaları ürettiğini varsayar.”
Bu enzimleri laboratuvarda yeniden canlandırarak, bilim insanları uzun zaman önce nasıl davrandıklarını araştırabilirler. Seefeldt’e göre, bu yeniden yapılandırılmış nitrojenazlar, araştırmacılara Dünya atmosferinin bileşimi ve uzak geçmişteki çevresel koşullar hakkında yeni bilgiler sağlıyor.
Tarım ve Uzay Araştırmaları İçin Çıkarımlar
“Hem eski hem de modern nitrojenazları anlamak, kuraklık ve ticari gübrelere erişim eksikliği nedeniyle kıtlık riski altında olan bölgeler de dahil olmak üzere, değişen iklimde mevcut tarımsal zorlukların üstesinden gelmemize yardımcı olmak için kritik öneme sahiptir,” diyor.
Seefeldt ayrıca, araştırmanın Dünya dışında gıda üretme çabalarını destekleyebileceğini de belirtiyor. Daha önce NASA tarafından finanse edilen ve uzayda ve potansiyel olarak Mars’ta ürün yetiştirmeye odaklanan çeşitli projelerde işbirliği yapmıştı.
Wisconsin-Madison Üniversitesi’nde bakteriyoloji profesörü, MUSE projesinin direktörü ve çalışmanın baş yazarı Betül Kaçar, sonuçların, oksijene bağımlı organizmalar gezegeni önemli ölçüde değiştirmeye başlamadan önce yaşamın nasıl hayatta kaldığı ve evrimleştiği konusundaki bilim insanlarının anlayışını geliştirdiğini söylüyor.
“Yaşam arayışı burada, evimizde başlıyor ve evimiz dört milyar yaşında,” diyor. “Bu yüzden kendi geçmişimizi anlamamız gerekiyor. Önümüzdeki yaşamı ve başka yerlerdeki yaşamı anlamak istiyorsak, bizden önceki yaşamı anlamamız gerekiyor.”
Kaynak: https://scitechdaily.com