Çoğumuz ağır metallerin birçok canlı için zehirli olduğunu duymuştur. Ancak Cupriavidus metallidurans adlı bakteri türü için bu durum söz konusu değil! Bu bakteri kendi için yaşamsal değeri olan eser elementleri ağır metallerce zengin alaşımlardan zehirlenmeden elde etmenin bir yolunu bulmuş. Ve bunun oldukça ilginç bir yan etkisi de mevcut: bakteri etrafında biriken minicik altın külçeleri! Almanya’daki Martin Luther Halle-Wittenberg (MLU) ve Münih Teknik Üniversitesi’nden (TUM) araştırmacılar Avustralya’daki Adeilade Üniversitesi’ndeki meslektaşlarıyla birlikte çalışarak bu moleküler sürecin bakteri hücresi içinde nasıl gerçekleştiğini araştırmışlar. “Simyacı” bakteri üzerine bulgularını bu senenin başında Metallomics adlı bilimsel dergide yayınlayarak dünyaya duyurdular.

Çubuk şekilli bir bakteri türü olan C. metallidurans genelde ağır metallerce zengin topraklarda yaşar. Bu zehirli ağır metaller topraktaki minerallerin zamanla bozunması sonucu çevreye salınmaktadır. Aslında ağır metalleri hesaba katmazsak bu topraktaki yaşam koşulları hiç de kötü değildir! Bakterinin enerji gereksinimi karşılamak için ihtiyaç duyduğu hidrojen iyonları yeterince mevcuttur ve bakteriyle bu yaşam alanını paylaşmak isteyen rekabetçi canlılar neredeyse hiç bulunmamaktadır. MLU’da mikrobiyoloji profesörlüğü yapan Dietrich H. Nies durumu “Eğer bir canlı türü bu şartlarda hayatta kalacaksa kendini bu zehirli ağır metallerden koruyacak bir yol bulmalıdır” diyerek açıklamaktadır

C. metallidurans bakterisinin biyolojik olarak altın çökeltileri oluşturduğu aynı araştırma grubunca ilk olarak 2009’da gösterilmişti. Ancak bakterinin bunu neden yaptığı ve bunu yaparken gereken hücre içindeki moleküler mekanizmaların tam olarak neler olduğu bilinmemekteydi. Ta ki son araştırmayla bu gizemin sırrı çözülene kadar!

C. metallidurans türü bakteri hücre etrafında ufak altın külçeleri oluşturabilmektedir. Fotoğraf American Society for Microbiology’den alınmıştır.

Bakır, C. metallidurans için yaşamsal öneme sahip bir eser elementtir ancak fazla miktarlarda bakteri için zehirlidir. Normal şartlarda toprakta hücre içine alınması güç bir formda bulunan bakır, bakteri tarafından kimyasal olarak görece daha kolay taşınabilen bir forma dönüştürülür ve böylece bakır hücrenin iç kısımlarına kadar ulaşabilir. Ortamda altın bulunduğunda, bakır için işleyen bu mekanizma altınının da hücre içine girmesine neden olur.

Normal şartlarda bakteri hücresinde zehirli seviyede bakır birikmeye başladığında CupA adlı enzim devreye girer ve fazla bakır dışarı atılır. Ancak altın parçacıkları ortamda bulunduğunda bu enzimin görev yapmasını engeller ve zehirli altın ve bakır molekülleri hücre içinde birikmeye başlar. Bu sorunu çözmek için bakteri başka bir enzimi devreye sokar: CopA. Bu enzim, bakır ve altın parçacıklarını çözünmesi ve hücre içine alınması zor olan orijinal formlarına geri dönüştürmektedir. Böylece daha az altın ve bakır parçacığı hücre içinde birikir. Sonuç olarak zehirli seviyede bulunan bakırı hücreden atmakla görevli CupA enzimi, görevini engelsiz bir şekilde gerçekleştirebilir. Bu süreç gerçekleşirken ortaya ilginç başka bir yan etki de ortaya çıkar: CopA enzimi ile hücre içine alınması zor hale getirilen ve dışarı atılan altın parçacıkları hücrenin etrafında birikerek birkaç nanometre boyunda zararsız altın külçeleri oluşturur.

C. metallidurans tarafından üretilen ufak altın külçelerinin diğer bir görüntüsü. Fotoğraf Münih Teknik Üniversitesi’nden alınmıştır.

Alman ve Avustralyalı araştırmacılar tarafından ortaklaşa gerçekleştirilen bu çalışmada bio-jeokimyasal altın döngüsü olarak bilinen, toprakta jeolojik etkinlikler sonucunda ortaya çıkan altının canlılarca farklı altın formlarına dönüştürüldüğü mekanizma hakkında önemli bulgular elde edilmiştir. Tüm döngü tamamen anlaşıldığında, düşük altın içerikli cevherlerden altın çıkarmak için kullanılan zehirli cıvaya gerek kalmadan bu değerli madenin üretilmesi bu “simyacı” bakteri sayesinde mümkün olabilecektir.

Hazırlayan: Baran Koç

Düzenleyen: Tuba Bucak

Kaynaklar:

  • Orijinal Çalışma: Bütof, L., N. Wiesemann, M. Herzberg, M. Altzschner, A. Holleitner, F. Reith and D. H. Nies (2018). “Synergetic gold-copper detoxification at the core of gold biomineralisation in Cupriavidus metallidurans.” Metallomics: 2018,10, 278-286, doi:1039/c7mt00312a
  • Martin Luther Halle-Wittenberg Üniversitesi (MLU) basın bildirisi: https://pressemitteilungen.pr.uni-halle.de/index.php?modus=pmanzeige&pm_id=2830
  • Ana görsel: https://pixabay.com/en/gold-nugget-gold-nugget-2269846/