Oksijenli Solunum Yapmayan Tek Hayvan: Henneguya Salminicola

Bu zamana kadar biyoloji derslerimizde hep hayvanların oksijenli solunum yaptığını kabul ettik. Ancak 2020’de yapılan araştırmalarda bu parazitik hayvanın diğer hayvanlardan farklı olduğunu keşfettiler. Gelin biraz detaylara inelim:

Size öncelikle solunum sisteminden kısaca bahsetmek istiyorum. Solunum sistemi, kan ile atmosfer havası arasındaki gaz değişimini gerçekleştiren sistemdir. Hepimizin bildiği gibi havadaki oksijen kana geçer ve kandaki karbondioksit dışarı atılır. Ancak burada önemli olan bize yaşamamız için gerekli olan enerjiyi sağlamasıdır. Bu enerji hücresel solunum ile elde edilir. Besinler parçalanarak daha sonra hareket, sinirsel iletim gibi pek çok yaşamsal faaliyette kullanılmak üzere ATP üretilir. Besin moleküllerindeki kimyasal bağlar çeşitli enzimlerle yıkılır.

ATP üretimi 3 şekilde gerçekleşir:

1. Fermantasyon: Glikoz moleküllerinin etil alkol, laktik asit, asetik asit gibi organik moleküllere parçalanmasıdır. Fermentasyon ile oluşan ATP miktarı, solunum çeşitlerine göre daha azdır. Fermantasyon bir solunum çeşidi değil, enerji üretme mekanizmasıdır.
2. Oksijenli Solunum: Bazı prokaryot ve ökaryot canlılarda gerçekleşir. En fazla ATP bu solunum çeşidinde üretilir. Glikoliz, Krebs ve ETS evrelerinden oluşur.
3. Oksijensiz Solunum: Krebs ve ETS evrelerinden oluşur. Oksijenin bulunmadığı veya oksijen konsantrasyonunun az olduğu durumlarda yaygın görülür.

Şimdi konumuza geri dönelim.

Bu zamana kadar çok hücreli ökaryotların oksijenli solunum sayesinde hayatta kaldığını düşünüyorduk. Ancak çok hücreli bir ökaryot olan Henneguya Salminicola, bizi şaşırttı.

Henneguya Salminicola

Şimdi size Hennehuya Salminicola’dan bahsetmek istiyorum. Henneguya cinsi parazitler, miksosporan parazitlerdir yani çeşitli doku ve organlara psödokistler bırakarak enfeksiyona yol açarlar. İçlerinde binlerce spor barındırırlar. Hem tatlı su balıklarında hem de tuzlu su balıklarında çeşitli organ ve dokularda enfeksiyona sebep olabilirler.

H. Salminicola, histozoik bir parazittir yani dokuları tutar. Salmon balıklarında çizgili kaslarda psödokistler bırakır. Bu kistler küçük, beyazdır ve konak organizmanın bağ dokusu tarafından çevrelenmiş olarak gözlemlenir, içleri olgunlaşmamış sporlarla doludur.

Bazen herhangi bir şey üzerinde çalışırken amacımız dışına çıkıp rastlantılar sayesinde çok daha değerli bilgiler bulabiliriz. Henneguya Salminicola da aslında bu amaçla araştırılmamış.

Myxozoanlar; karmaşık ve parazit bir sölenterler grubudur ve biri bir balık, diğeri ise halkalı solucan olmak üzere iki tane konağa ihtiyaç duymaktadırlar. Yaholomi ve ekip arkadaşları da iki farklı Myxozoan türü olan Myxobolus Squamalis ve Henneguya Salminicola’nın DNA’larını karşılaştırmak istemişler. Transkriptomlar ve genomlarıyla yapılan filogenetik analizlerle bu iki parazitin yakın akraba olduklarını doğrulamışlar. Daha sonra mitokondri genomlarını incelemek istemişler. M. squamalis‘den elde ettikleri mitokondri genomlarının halkasal ve tek kromozomdan oluşmuş olduğunu, bu genomların tRNA’larının olmadığını ve evrimsel hızlarının yüksek olduğunu saptamışlar. Ancak bir bakmışlar ki H.Salminicola’nın mitokondriyal genomu yok. Bundan emin olmak için DAPI adı verilen floresan boya ile boyamışlar. M. squamalis’de mitokondriyal DNA işareti olan küçük mavi noktaları görürken H. Salminicola’da görememişler. Bunun üzerine bir de elektron mikroskobu ile bakmışlar ve iki membrana ve kristaya sahip bir mitokondrisi olduğunu görmüşler. Çok tuhaf değil mi sizce de?

İşte bu noktada size bir şeyi hatırlatmak istiyorum: Mitokondride, bildiğimiz üzere çeşitli görevleri olan proteinler bulunmaktadır. Ancak detay nokta şu ki; bu proteinler mitokondriyel DNA tarafından değil, hücrenin kendi DNA’sında bulunan genler tarafından üretilir. Bu yüzden bu parazitik hayvanda gördüğümüz üzere, bir mitokondri kendi DNA’sını kaybetse bile dışarıdan gelen proteinler işlevsel olabilmektedir.

Daha sonra araştırmacılar bu proteinleri kodlayan genlere bakmışlar ve mitokondriyel DNA polimerazın 3 kez mutasyona uğramış olduğunu fark etmişler. Bu üç mutasyon, normalden farklı bir şekilde olması gerekenden önce dur kodunu kodlayarak bu geni yalancı gen haline getirmekle görevli. Yani bu hayvanımız sadece mitokondriyel DNA’sını kaybetmemiş aynı zamanda onun replikasyonu için gerekli olan proteinleri de kaybetmiş.

Mitokondri iç zarı üzerinde bulunan ve ETS için önemli rollere sahip olan komplekslerden I, III ve IV ’ü kodlayan genlerin, Henneguya Salminicola genomunda bulunmadığı ya da psödogenler olarak bulunduğu tespit edilmiş ve Kompleks IV, oksijenle reaksiyona giren kompleks olduğu için H. Salminicola’nın oksijenli solunum yapamayacağı sonucuna varılmış.

Ve son olarak bu olayın yakın zamanda gerçekleşen evrimsel bir olaya işaret ettiğini ve sebebinin ise konak organizmalarda bulunan düşük oksijen konsantrasyonu olabileceğini saptamışlar.

Kaynakça:

• Yahalomi, D.& Atkinson S.D. & Neuhof, (2020). A cnidarian parasite of salmon (Myxozoa: Henneguya) lacks a mitochondrial genome. Proc Natl Acad Sci USA, 117(10).
• Clouthier, S.C. & Gunning, D.J.& Olafson, R.W.& Kay W.W.(1997). Antigenic characterization of Henneguya salminicola. Mol Biochem Parasitol, 90(2).
• McClelland, R.S. & Murphy, D.M.& Cone, D.K.(1997). Report of spores of Henneguya salminicola (Myxozoa) in human stool specimens: Possible source of confusion with human spermatozoa. J Clin Microbiol, 35(11).
• Fish, F.F.(1939). Observations on Henneguya salminicola Ward, a Myxosporidian Parasitic in Pacific Salmon. J Parasitol, 25(2).
• Löfmark, S. & Edlund, C.& Nord, C. E. (2010). ‘Metronidazole is still the drug of choice for treatment of anaerobic infections’, Clin. Infect. Dis., 50, 16–23.
• Lynch, M. & Marinov, G. K. (2015). The bioenergetic costs of a gene. Proc. Natl. Acad. Sci., 112, 15690–15695.