Gıda üretiminde kullanılan bakteri ve mantarların genomları, ekinlerde ve çiftlik hayvanlarında da görülen evcilleştirme belirtileri taşıyor!
Yazın ilk tatlı mısırından gelen lezzet patlaması ve bir gösteri köpeğinin gururlu duruşu, evcilleştirmenin gücüne tanıklık ediyor. Ancak sütü peynire, tahılı ekmeğe ve soyayı misoya dönüştüren mikrobiyal simya da öyle.
Mısır ve köpeğin ataları gibi, bu dönüşümleri sağlayan mantarlar ve bakteriler de insan kullanımı için değişti. Araştırmacıların bildirdiğine göre, bunların genomları, evcilleştirmenin klasik imzalarının çoğunu taşıyor!
Normal anlamda mikroplar “yetiştirilemez”, çünkü bezelye veya domuzların aksine, istenen özelliklere sahip tek tek mikroplar seçilemez ve çiftleştirilemez. Ancak insanlar mikrop üretebilir ve amaçlarımıza en iyi hizmet eden çeşitleri seçebilir. Araştırmalar, binlerce yıl boyunca tekrarlanan sürecin, evcilleştirilmiş bitki ve hayvanlardakine benzer genetik işaretler bıraktığını gösteriyor: Mikroplar genlerini kaybetti, yeni türlere veya suşlara evrildi ve vahşi doğada gelişemez hale geldi.
Tufts Üniversitesi’nden bir mikrobiyolog olan Benjamin Wolfe, çalışmaların, mikrobiyal evcilleştirmenin nasıl çalıştığının “mekanizmalarına ulaştığını” söylüyor. Çalışma, hangi genlerin mikropların değerli özelliklerinin anahtarı olduğunu ve hangilerinin kaybedilebileceğini ortaya çıkararak, özellikle fermente gıdalara artan ilgiyle birlikte, yiyecek ve içeceğimizin çoğunu oluşturan organizmaların daha da iyileştirilmesine yardımcı olabilir.
Ekmek yapımında kullanılan mayalar, genetik çeşitliliğini kaybettikleri ve vahşi ortamda yaşayamadıkları için uzun zamandır evcilleştirilmiş olarak görülüyor. Ancak Lozan Üniversitesi’nden yüksek lisans öğrencisi Vincent Somerville, diğer mikroplar için bilim insanlarının “kısmen mikrobiyal topluluklarını incelemek zor olabileceğinden… evcilleştirmeye dair net kanıtlardan yoksun olduklarını” söylüyor.
Amherst’teki Massachusetts Üniversitesi’nden bir genom uzmanı olan Somerville ve John Gibbons, bağımsız olarak gıda fermantasyonuna odaklandı. Bu fermantasyon işlemi, ilk çiftçilerin ve çobanların taze ürünleri ve sütü aylar veya yıllar sürebilen ürünlere dönüştürmelerine yardımcı olmuştu. Gibbons, pirinç ve soya sosundan sake (Bir Japon içkisi) ve soya fasulyesinden miso üretimini hızla başlatan mantar olan Aspergillus oryzae’nin genomuna yakından baktı.
Çiftçiler Aspergillus oryzae’yi yetiştirdiklerinde, mantar (DNA’sı bir çekirdeğe alınmış bir ökaryot) kendi kendine çoğalır. Ancak insanlar biraz bitmiş sake alıp, yeniden fermantasyona başlamak için bir pirinç püresine aktardıklarında, aynı zamanda, ilk fermantasyon turu sırasında evrimleşen ve en iyi şekilde hayatta kalan mantar türlerinin hücrelerini de aktarırlar.
Gibbons, A. oryzae suşlarının genomlarını vahşi ataları A. flavus’unkilerle karşılaştırdı. Zamanla, insanlar tarafından yapılan seleksiyonun A. oryzae’nin nişastaları parçalama ve fermantasyon tarafından üretilen alkolü tolere etme yeteneğini artırdığını buldu. Gibbons, Amerikan Mikrobiyoloji Derneği’nin yıllık toplantısı olan Microbe 2022’de, “Metabolizmanın yeniden yapılandırılması, mantarlarda evcilleştirmenin bir özelliği gibi görünüyor” dedi. Örneğin, evcilleştirilmiş Aspergillus suşları, ataları olarak nişastaları metabolize eden bir genin beş kata kadar daha fazla kopyasına sahip olabilir; bu, bu enzimi ortaya çıkarmak için evrim için mükemmel bir yoldur.
Evcilleştirilmiş A. oryzae’nin genleri de çok az çeşitlilik gösterir ve genom, fermantasyonu tamamlamak için gerekli mayayı öldürecek ve insanları hasta edebilecek toksinler de dahil olmak üzere bazı anahtar genleri kaybetti. Evcilleştirme görünüşe göre A.oryzae’yi daha insan dostu yaptı, tıpkı pek çok gıda bitkisinden acı tatlar üretmesi gibi.
Somerville toplantıda, prokaryotlarda veya peynir yapımında kullanılan bakteriler de dahil olmak üzere çekirdeksiz organizmalarda hemen hemen aynı modeli gördüğünü bildirdi. İlk peynir üreticileri, İsviçre’deki insanların Gruyère ve diğer peynirleri yapmak için kullandıkları “başlangıç” bakteri kültürlerini kurdular. 1970’lerden beri peynir üreticileri, peynirlerini değerlendirmek ve kaliteyi yüksek tutmak için başlangıç kültürlerinin örneklerini biriktirdiler. Somerville, 100’den fazla örneğin genomlarını diziledi.
Wolfe, “Bu çalışmanın heyecan verici yanı, zamana yayılan örneklere sahip olmaktı. Son 50 yılda meydana gelen değişikliklerin, geçmiş yüzyıllardaki değişimin yörüngesini işaret ettiğini ve çeşitliliğin şekillendiğini görebilirsiniz.” diyor.
Somerville, tüm örneklerin düşük genetik çeşitliliğe sahip olduğunu ve iki baskın türün sadece birkaç suşu olduğunu bildirdi. Gibbons, bu birkaç kalıcı suşun muhtemelen peynir kalitesi için önemli olduğunu söyledi. Kültürler ayrıca 1970’lerden bu yana, proteinleri birleştirmek için gerekli olan bazı amino asitleri yapmak için gerekli olan genleri de kaybetmişti. Ancak amino asitlerin yapımı maliyetli ve bu mikroplar protein açısından zengin sütte yaşar. Wolfe, “İhtiyaç duymadıkları bir grup geni bırakabildiler” diyor. Somerville ayrıca mikroplar arasında kapsamlı gen alışverişi buldu, bu da yeni genler edinmenin bir yoluydu.
Çalışmaları bir araya getiren Gibbons, “evcil prokaryotlar ve mikrobiyal ökaryotların genomlarının birbirine ve çok hücreli evcilleştirilmiş organizmalara çok benzer olduğu” sonucuna varıyor. Peralta, bunları ekinlere ve hayvanlara benzetmenin mükemmel bir karşılaştırma olmadığı konusunda uyarıyor. Mikroplar çok daha hızlı evrimleşebilir ve bu nedenle daha kolay “yeniden yabanileşebilir”.
Science. 29 Haziran 2022.