---

Parazitler ve konakçıları arasındaki sürekli silahlanma yarışında, inovasyonun rekabeti geride bırakan başarılı bir saldırı veya savunmanın anahtarı olduğu düşünülüyordu. Ancak bazen, kurumsal dünyada olduğu gibi, düpedüz hırsızlık, hakimiyet elde etmenin daha hızlı bir yolu olabilir.

Meyve sinekleri genellikle parazitik eşek arılarına karşı oldukça hassastır, ancak bazıları bakterilerden onları dirençli kılan bir gen çalmıştır. Bu resimde görüntülenen yetişkin sinek, Drosophila melanogaster'ın karnında iki kist (melanin tarafından koyulaştırılmış) vardır. Kistler, sineğin başarılı bir şekilde bastırdığı eşek arısı yumurtalarının kalıntılarıdır.

Kaliforniya Üniversitesi, Berkeley'deki biyologlar, birkaç meyve sineği türünün parazitik eşek arılarının saldırısına karşı hayatta kalmak için bakterilerden başarılı bir savunma mekanizması çaldığını , bu savunma mekanizmasının bazı sineklerde sinek larvalarının yarısını bebek eşek arıları için yedek rahimlere dönüştürebildiğini gösterdi. Bu korkunç kader, 1979 yapımı "Alien" filmindeki yaratığa ilham kaynağı oldu.

Bakteriler ve diğer mikroplar, diğer mikroplardan veya virüslerden gen çalmalarıyla ünlüdür; bu sözde yatay gen transferi, hastalığa neden olan mikroplar arasında sorunlu antibiyotik direncinin kaynağıdır. Ancak böcekler ve insanlar gibi çok hücreli organizmalarda daha az yaygın olduğu düşünülmektedir. Hayvanlarda ne kadar yaygın olduğunu ve bu genlerin nasıl ele geçirildiğini ve paylaşıldığını anlamak, bilim insanlarının hayvan bağışıklık savunmalarının evrimini anlamalarına yardımcı olabilir ve parazitik veya bulaşıcı hastalıklarla veya kanserle (kendisi bir tür parazit) mücadele etmek için insan terapilerine giden yolu gösterebilir.

UC Berkeley'de moleküler ve hücre biyolojisi ve bütünleşik biyoloji profesörü ve kampüsün Essig Böcekbilim Müzesi müdürü Noah Whiteman, "Bu, yatay olarak aktarılmış genleri de içeren bağışıklık sistemimiz de dahil olmak üzere bağışıklık sistemlerinin nasıl evrimleştiğini anlamak için bir model" dedi.

Geçtiğimiz yıl, Macaristan'daki araştırmacılar ve meslektaşları, yaygın bir sinek türü olan Drosophila ananassae'deki savunmadan sorumlu geni devre dışı bırakmak için CRISPR genom düzenleme yöntemini kullandılar ve genetiği değiştirilmiş sineklerin neredeyse tamamının parazitik yaban arıları tarafından avlanarak öldüğünü buldular.

Current Biology dergisinde 20 Aralık'ta yayımlanan yeni bir çalışmada , biyologlar bu savunmanın (bir toksin kodlayan bir gen) yaygın laboratuvar meyve sineği Drosophila melanogaster'in genomuna düzenlenebileceğini ve böylece parazitoid yaban arılarına karşı da dirençli hale getirilebileceğini gösterdiler. Gen esasen sineğin bağışıklık sisteminin bir parçası haline geliyor ve parazitleri savuşturmak için kullandığı silahlardan biri oluyor.

Sonuçlar, çalınan savunmanın uçmada hayatta kalma açısından ne kadar önemli olduğunu ortaya koyuyor ve bilim insanlarının hayvanlarda daha yaygın olabileceğinden şüphelendiği bir stratejiyi vurguluyor.

"Bu, yatay gen aktarımının hayvanlarda hızlı evrimin gerçekleştiği yeterince takdir edilmeyen bir yol olduğunu gösteriyor ," diyor UC Berkeley doktora öğrencisi ve Current Biology makalesinin ilk yazarı Rebecca Tarnopol. "İnsanlar yatay gen aktarımını mikroplarda hızlı adaptasyonun başlıca itici güçlerinden biri olarak görüyorlar, ancak bu olayların hayvanlarda çok nadir olduğu düşünülüyordu. Ancak en azından böceklerde, oldukça sık görünüyorlar."

Makalenin kıdemli yazarı Whiteman'a göre, "Çalışma, konak savunmalarını aşmak için sürekli olarak yeni yollar geliştiren parazit saldırılarına ayak uydurabilmek için hayvanların daha hızlı evrimleşen virüs ve bakterilerden gen ödünç alması gerektiğini gösteriyor ve bu sineklerin yaptığı da tam olarak bu."

Virüsten bakteriye ve sineklere gen akışı

Whiteman böceklerin bitkilerin yenmekten kaçınmak için ürettiği toksinlere direnmek için nasıl evrimleştiğini inceliyor. 2023'te, insanların keyif aldığı kafein ve nikotin gibi bitki toksinleri hakkında "En Lezzetli Zehir" adlı bir kitap yayınladı.

Odaklandığı bitki-otçul etkileşimlerinden biri, yaygın meyve sineği Scaptomyza flava ile dünyanın dört bir yanındaki akarsularda yetişen tere gibi ekşi tadı olan hardal bitkileri arasındaki etkileşimdir.

Leptopilina boulardi adlı yaban arısı tarafından parazitlenen bir meyve sineği olan Drosophila melanogaster'den alınan iki erken evre yaban arısı larvası. Sinek, UC Berkeley araştırmacılarının eklediği ve yaban arısı için toksik bir enzim üreten füzyonB genini ifade etti. Toksin, yeşil floresan proteinle etiketlendi ve larvaları öldürmeden önce onlara tutunduğunu gösteriyor. Kaynak: Gyöngyi Cinege, HUN-REN Biyolojik Araştırma Merkezi, Macaristan

Ancak öğrendikleri, muhtemelen Dünya'nın en başarılı otçulları arasında yer alan diğer birçok böcek için de geçerlidir.

"Bunlar belirsiz küçük sinekler, ancak yaşayan böcek türlerinin yarısının otçul olduğu gerçeğini düşünürseniz, bu çok popüler bir yaşam öyküsüdür. Bunun evrimini anlamak, otçulların ne kadar başarılı olduğu açısından genel olarak evrimi anlamak için gerçekten önemlidir,"

Birkaç yıl önce, hardal toksinlerine direnmesini sağlayan genleri bulmak için sineğin genomunu diziledikten sonra, bakterilerde yaygın olduğunu öğrendiği alışılmadık bir gen keşfetti. Daha önce yayınlanmış genom dizilerinde yapılan bir arama, aynı geni ilgili bir sinek olan Drosophila ananassae'de ve bir yaprak bitinin içinde yaşayan bir bakteride buldu.

Yaprak bitini inceleyen araştırmacılar karmaşık bir hikaye ortaya çıkardı: Gen aslında yaprak bitinin içinde yaşayan bakterileri enfekte eden bir bakteri virüsünden veya bakteriyofajdan geliyor. Bakteri tarafından ifade edilen bakteriyofaj geni, yaprak bitini kendisine musallat olan parazitik bir yaban arısına karşı dirençli hale getiriyor.

Bu eşek arıları yumurtalarını larvaların veya kurtçukların içine bırakır ve larvalar hareketsiz pupalara dönüşene kadar orada kalırlar. Bu noktada eşek arısı yumurtaları, sinek pupasını tüketeneşek arısı larvalarına dönüşür ve sonunda yetişkin olarak ortaya çıkar.

Tarnopol, toksin genini D. melanogaster'in tüm hücrelerinde ifade etmek için gen düzenlemeyi ilk kullandığında, tüm sinekler öldü. Ancak Tarnopol geni yalnızca belirli bağışıklık hücrelerinde ifade ettiğinde, sinek kuzeni D. ananassae kadar parazitlere karşı dirençli hale geldi.

Whiteman, Tarnopol ve meslektaşları daha sonra D. ananassae genomunda bulunan genin, iki toksin geni olan sito-letal distansiyon toksini B (cdtB) ve apoptoz indükleyici protein olan 56kDa'lık (aip56) protein arasındaki füzyondan oluşan ve araştırmacıların fusionB adını verdiği genin, DNA'yı kesen bir enzimi kodladığını keşfettiler.

Bu nükleazın bir eşek arısı yumurtasını nasıl öldürebildiğini keşfetmek için UC Berkeley araştırmacıları, daha önce bu sineklerin eşek arısı yumurtalarına karşı hücresel bir savunmaya sahip olduğunu, yumurtaları sineğin vücudundan ayırıp öldürdüğünü gösteren Macaristan'ın Szeged kentindeki HUN-REN Biyolojik Araştırma Merkezi Genetik Enstitüsü'nden István Andó'ya ulaştı.

Andó ve laboratuvar arkadaşları, toksine karşı antikorlar oluşturarak onu sineğin vücudunda takip etmeyi başardılar ve nükleazın esasen sineğin vücudunu doldurarak yumurtayı çevreleyip öldürdüğünü buldular.

UC Berkeley araştırmacılarının incelediği toksin geni, bakterileri enfekte eden bir virüs olan bakteriyofajdan geliyor gibi görünüyor. Faj, bir yaprak bitinin içinde yaşayan bakterileri enfekte ettiğinde, parazitik bir yaban arısının yumurtalarının yetişkinlere dönüşmesini engeller (altta). Faj mevcut olmadığında (üstte), yaban arısı yumurtaları hayatta kalır, sonunda yaprak bitini içeriden dışarıya doğru tüketir ve yetişkin yaban arıları olarak ortaya çıkar.

Tarnopol, "Omurgasızların bağışıklık sisteminde rol oynayabilecek, henüz keşfedilmemiş, muazzam bir humoral bağışıklık faktörleri dünyası buluyoruz ," dedi. "Makalemiz, en azındanDrosophila'da, bu tür bağışıklık tepkisinin, yaban arıları ve nematodlar gibi doğal düşmanlarla başa çıkılan yaygın bir mekanizma olabileceğini gösteren ilk makalelerden biridir. Bunlar, çoğu insanın üzerinde çalıştığı mikrobiyal enfeksiyonlardan çok daha ölümcüldür."

Whiteman ve meslektaşları, sinek ve yaban arısı arasındaki bu etkileşimlerin karmaşıklıklarını ve sineklerin kendini öldürmeden toksin sentezlemesine olanak tanıyan hücresel ve genetik değişiklikleri hâlâ araştırıyorlar.

"Gen yanlış dokuda ifade edilirse, sinek ölecektir. Bu gen, doğal seçilim yoluyla popülasyonlar arasında asla yayılmayacaktır," dedi Whiteman. "Ancak, genomda, onu yağ vücut dokusunda biraz ifade eden bir güçlendirici veya düzenleyici bileşenin yakınındaki bir yere inerse, o zaman bunun nasıl çok hızlı bir şekilde öne çıkabileceğini görebilirsiniz, bu inanılmaz avantajı elde edersiniz." Herhangi bir organizmada yatay gen aktarımının benzer sorunlara yol açacağını söyleyen uzman, ancak avcı ile av arasındaki silahlanma yarışında buna değebileceğini belirtti.

"Zavallı küçük bir meyve sineği olduğunuzda, sizden faydalanmak için hızla evrimleşen bu patojenler ve parazitlerle nasıl başa çıkıyorsunuz?" dedi. "Bir yol, hızla evrimleştikleri için bakteri ve virüslerden gen ödünç almaktır. Bu zekice bir stratejidir - kendi genlerinizin size yardım etmesini beklemek yerine, kendilerinden daha hızlı evrimleşen diğer organizmalardan alın. Ve bu, böceklerde birçok kez bağımsız olarak gerçekleşmiş gibi görünüyor, çünkü bu geni birçok farklı tür almış.

"Bu bize, doğuştan bağışıklık sistemine sahip olan ve adaptif bağışıklığı olmayan hayvanlarda bile ortaya çıkan yeni bir tür dinamizmin resmini veriyor."

Rebecca L. Tarnopol ve diğerleri, Faj kaynaklı genlerin Drosophila'ya deneysel yatay aktarımı, parazitoitlere karşı doğuştan gelen bağışıklık sağlar, Current Biology (2024)

---