Bakteriyel Mutasyonlar ve Seçilim
Mutasyonlar, DNA dizisindeki kalıtsal değişikliklerdir ve bakterilerde, değişikliğin faydalı olup olmadığından bağımsız olarak, büyüme sırasında kendiliğinden ortaya çıkmaktadır. Çevre, belirli bir varyantı taşıyan hücreleri desteklediğinde, seçilim popülasyondaki sıklığını artırmaktadır; bakteriler, antibiyotiklere direnç kazanması da dahil olmak üzere bu şekilde adapte olmaktadır.
Tanım
Bakteriyel mutasyon, bir bakterinin genom dizisindeki kalıtsal bir değişikliktir; seçilim ise, hücrelerin genotiplerinin belirli bir çevrede sağladığı özelliklere göre farklı hayatta kalması ve üremesidir.
Kapsam
Bu konu, bakteriyel mutasyonun kökenini ve tiplerini, mutasyonların yönlendirilmiş olmaktan ziyade önceden var olduğuna dair klasik kanıtları, seçilimin bakteri popülasyonları üzerinde nasıl etki ettiğini ve mutasyon hızını modüle eden mekanizmaları kapsamaktadır. Bu, popülasyon-genetik mekanizmalarına dair bir referans genel bakış olup klinik talimatlar sağlamamaktadır.
Temel sorular
- Bakteriyel mutasyonlar, seçici bir ajandan önce mi, yoksa ona yanıt olarak mı ortaya çıkmaktadır?
- Ne tür mutasyonlar meydana gelmekte ve bunları hangi mekanizmalar üretmektedir?
- Seçilim, bir bakteri popülasyonundaki bir varyantın sıklığını nasıl değiştirmektedir?
- Mutasyon hızı nasıl düzenlenmekte ve stres bunu artırabilmekte midir?
Anahtar kavramlar
- Kendiliğinden mutasyon
- Nokta mutasyonları, insersiyonlar ve delesyonlar
- Dalgalanma testi
- Önceden var olan mutasyon ile yönlendirilmiş mutasyon
- Pozitif ve negatif seçilim
- Mutasyon hızı ve mutator suşları
- Stres kaynaklı ve adaptif mutasyon
- Olasılık lokusları ve faz varyasyonu
Temel kuramlar
- Rastgele önceden var olan mutasyon (Luria-Delbruck)
- Dalgalanma analizi, dirençli hücre sayısının paralel kültürler arasında geniş ölçüde değiştiğini göstermiştir; bu durum, direnç mutasyonlarının seçici ajana yönlendirilmiş bir yanıt olarak değil, maruziyetten önce büyüme sırasında rastgele meydana gelmesi durumunda beklenmektedir.
Mekanizmalar
Mutasyonlar, replikasyon hatalarından, DNA'daki kendiliğinden kimyasal değişikliklerden ve hareketli elementlerin (mobile elements) etkisinden kaynaklanmakta; nokta sübstitüsyonları (point substitutions), insersiyonlar (insertions), delesyonlar (deletions) ve yeniden düzenlemeler (rearrangements) üretmektedir. Luria-Delbruck dalgalanma testi (fluctuation test), bu tür mutasyonların büyüme sırasında, seçici ajandan bağımsız olarak rastgele meydana geldiğini ortaya koymuştur; böylece seçilim, popülasyonda zaten var olan varyasyon üzerinde etki etmektedir. Seçilim daha sonra avantajlı varyantları zenginleştirmekte ve zararlı olanları ortadan kaldırmaktadır. Mutasyon arzı tekdüze değildir: kusurlu onarıma sahip mutator suşları genel hızı artırmakta, basit dizi tekrarları (simple sequence repeats) içeren belirli olasılık lokusları (contingency loci), Moxon ve arkadaşlarının tanımladığı gibi, geri dönüşümlü faz varyasyonuna (phase variation) izin vermek için yüksek sıklıkta mutasyona uğramakta ve stres yanıtları mutasyonu geçici olarak artırabilmektedir; Rosenberg'in adaptif mutasyon (adaptive mutation) başlığı altında incelediği bir fenomendir. Bu süreçler bir araya gelerek bakteri popülasyonlarının kalıtsal değişiklikleri üretmesine ve sabitlemesine olanak tanımaktadır.
Klinik önem
Kendiliğinden mutasyonun ardından seçilim, antimikrobiyal dirence giden temel bir yoldur ve mutasyon hızı varyasyonu ile faz varyasyonu, kalıcılığa ve immün kaçışa katkıda bulunmaktadır. Bu madde, varyasyonun nasıl üretildiğini ve seçildiğini açıklamakta olup bir tedavi rehberi değildir.
Tarihçe
1943 tarihli Luria-Delbruck deneyi, bakteriyel mutasyonların seçilim tarafından indüklenmekten ziyade kendiliğinden ve önceden var olduğunu göstererek uzun süredir devam eden bir soruyu çözmüştür; bu sonuç Nobel Ödülü'nün bir kısmıyla onurlandırılmış ve bakteriyel popülasyon genetiğinin temelini oluşturmuştur. Moxon ve Rosenberg tarafından incelenen mutator fenotipleri, olasılık lokusları ve stres kaynaklı mutasyon üzerine yapılan sonraki çalışmalar, mutasyon arzının kendisinin nasıl şekillendiğine dair anlayışı geliştirmiştir.
Tartışmalar
- Ayrı, düzenlenmiş bir 'adaptif' veya stres kaynaklı mutasyon mekanizması var mıdır?
- Bazı deneyler, stresin faydalı değişim olasılığını artıran şekillerde mutasyonu geçici olarak yükseltebileceğini öne sürmektedir; ancak bunun ne kadar yönlendirilmiş veya genel olduğu ve rastgele mutasyon çerçevesine nasıl uyduğu tartışılmaya devam etmektedir.
Öne çıkan isimler
- Salvador Luria
- Max Delbruck
- Susan Rosenberg
- Richard Moxon
İlgili konular
Temel eserler
- luria-delbruck-1943
- rosenberg-2001
- moxon-2006
Sıkça sorulan sorular
- Bakteriler antibiyotiklere yanıt olarak mı mutasyona uğramaktadır?
- Klasik kanıtlar, direnç mutasyonlarının antibiyotikle karşılaşmadan önce büyüme sırasında kendiliğinden ortaya çıktığını göstermektedir; antibiyotik daha sonra belirli mutasyona neden olmak yerine zaten dirençli olan hücreleri seçmektedir.
- Mutator suşu nedir?
- Bir mutator suşu, genellikle bir DNA onarım veya düzeltme okuma (proofreading) fonksiyonunun kusurlu olması nedeniyle normalden daha yüksek bir mutasyon hızına sahiptir; bu durum adaptasyonu hızlandırabilir ancak aynı zamanda zararlı mutasyonların birikmesine de neden olabilir.