24 Aralık 2010 Quorum Sensing

Tarihçe

Quorum Sensing mekanizması ilk kez bir deniz bakterisi olan V. fischeri ile ilgili araştırmalarda keşfedilmiştir. Bir ilk olması nedeniyle QS mekanizması açısından “V. fischeri” mekanizmayla ilgili model organizma olarak kullanılmıştır. Zamanla farklı türlerin de aynı mekanizmayı kullandığı fark edilince araştırmalar diğer türlere de yönelmiştir.

1960_ QS mekanizmasına bağlı olarak Açil-homoserin Lakton’larla (AHL) ile ilgili araştırmalar 1960’lı yılların sonlarında başlamıştır. İlgili araştırmalarda, bir deniz biyolüminesans bakterisi olan Vibrio fischeri sıvı kültürlerde yetiştirilmekteydi. Üretildikleri besi ortamında Vibrio fischeri bakterileri bir çeşit ışıma olan biyolimünesans olayına neden oluyorlardı. Bu kültürlerde ışık oluşumunun yalnızca ortamdaki bakteri sayısının çok fazla olduğu yoğunluklarda meydana geldiği gözlenmiştir [Greenberg, 1997].

1968 _Bu olayla ilgili ilk açıklamalar, “kültür ortamının bir biyolüminesans inhibitörü içerdiği ve bakterilerin ancak ortamdaki sayılarını (popülasyon yoğunluğunu) çok fazla sayıya arttırarak bu inhibitörü ortamdan uzaklaştırabildikleri” şeklindeydi [Kempner & Hanson, 1968]. Ortamdaki  bakterilerin başlangıçta ilgili maddelere maruz bırakılarak yetiştirildiğinde, yani düşük hücre yoğunluğunda bile biyolüminesans olayının indüklenmesi nedeniyle bu açıklama ileri sürülmüştür.

1970_ Fakat daha sonra limünesans olayının bir inhibitör maddenin ortamdan uzaklaştırılması yoluyla değil de bir aktivatör molekülün (= otoinducer) birikerek artması sonucu meydana geldiği görülmüştür (Nealson ve ark., 1970; Eberhard, 1972). Bu molekül bakteriler tarafından üretilmektedir ve yeterli konsantrasyon düzeyine ulaştığında lüminesansı aktive etmektedir. İlgili bakteriler otoinducer maddelerin konsantrasyonunu izleyerek hücre yoğunluğunu algılayabilmektedirler. Bu şekilde hücre yoğunluğunu algılama mekanizmasına “quorum-sensin (QS)” denilmektedir.

1981_ V. fischeri tarafından üretilen molekül ilk kez 1981’de Eberhard ve ark. tarafından izole edilmiş, özellikleri belirlenmiş ve N-(3-oxohexanoil)- homoserin lakton (3-oxo-C6-HSL) olarak tanımlanmıştır.

1983_ V. fischeri’ye ait QS mekanizması için gerekli olan genlerin analizi ilk kez 1983’de Engebrech ve ark. tarafından yapılmıştır. Bu çalışma, bugün diğer QS sistemlerime örnek teşkil eden, V. fischeri’deki QS mekanizmasının esas modelini ortaya çıkarmıştır.

Bunu takip eden yıllarda, AHL’ye bağlı çalışan QS mekanizmalarının sadece V. fischeri ve V. harvei gibi deniz bakterileriyle sınırlı olduğu düşünülmüştür. Ancak Nottingham ve Warwick’te yürütülen antibiyotik senteziyle ilgili araştırmalar, QS mekanizmasının düşünüldüğünden çok daha fazla geniş alana yayıldığını ortaya çıkarmıştır.

1990_ 1990’ların başlarında Nottingham’dan Barrie Bycroft ve Paul Williams, Warwick’ten George Salmond carbapenem antibiyotiklerini üretemeyen Erwinia carotovora mutantlarıyla çalışmaktaydılar.  Amaçları farklı mutantlarda hangi genlerin eksik olduğunu tespit etmek ve biyosentez yolunda gerekli olan bütün genlerin modelini çıkartmaktı.

Bir mutant grubunun sahip oldukları antibiyotiği üretemezken, ikinci bir mutant grubuyla birlikte besi ortamına bırakıldıklarında  bu antibiyotiği üretebildikleri gözlendi.

Araştırmalar sonucunda ikinci gruptaki mutantların birinci grupta antibiyotik sentezini tetikleyen bir “sinyal molekülü” nü sentezlediği anlaşılmıştır. Burada asıl keşfedilen şey söz konusu sinyal molekülünün, Erwinia ile tamamen alakasız bir bakteri olan V. fischeri’de  ışık oluşumunu tetiklemek için kullanılan sinyal molekülü ile aynı olmasıdır (Bainton ve ark., 1992).

Bu konuyla ilgili araştırmacılar, biyolimünesans bakterilerinde kullanılan sinyal molekülüyle ilgili bir hayli deneyime sahip olan, Nottingham’dan Gordon Stewart ile aynı görüşleri paylaşmıştır.

1991_ Aynı demlerde, Gambello ve Iglewski (1991) (REF-69) insan patojeni Pseudomonas aeruginosa’nın da V. fischeri benzeri QS mekanizmasını kullandığını keşfettiler.  Ancak burada mekanizma ışık oluşumu için değil önemli bir virülans faktör olan “elastaz”ın üretimini düzenlemek için kullanılmaktadır. Elastazın indüksiyonundan sorumlu AHL,  3-oxo-C12-HSL olarak belirlendi.

1993_ Deniz bakterisi Vibrio’ların haricindeki diğer bakterilerin de AHL bağımlı QS sistemlerini kulladıklarının keşfedilmesi, farklı bakteriler tarafından üretilen AHL’lerin tespit edilmesini sağlayabilen “biyosensör”lerin gelişimine yol açmıştır (Swift ve ark., 1993; Winson ve ark., 1998).  Bu sensörler Enterobakter, Hafnia, Ranella ve Serratia cinslerindeki QS sistemlerini ortaya çıkarmak için kullanılmaktaydı. O zamandan beri, bu ve benzeri metodlar çok fazla sayıdaki QS türlerini tanımlamak  için kullanılmaktadır.

1995_ Rhamnolipid, haemolisin ve diğer önemli virülans faktörlerinin sentezini    düzenleyen ikinci bir QS mekanizması da Latifi ve ark. (1995) tarafından bulunmuştur. Winson ve ark. (1995) bu sistemin C4-HSL üretiminden sorumlu olduğunu gösterdiler. Bu sistem Ochsner ve ark. (1994) tarafından da bağımsız olarak keşfedilmiştir.

Kaynak : http://www.nottingham.ac.uk/quorum/history.htm