1943 yılında Salvador Luria ve Max Delbrück, yaptıkları deneylerle bakterilerin amaçsızca mutasyon geçirebileceğini ortaya koydu. Bu araştırmacıların uyguladığı testin aynısını kullanan diğer araştırmacılar, bakterilerin daha önce karşılaşmadıkları antibiyotiklere dahi direnç geliştirebileceğini ortaya koydu.
Luria-Delbrück deneyinin bilim üzerinde önemli bir etkisi oldu. Çalışmaları, Luria ve Delbruck'un 1969 yılında fizyoloji/tıp alanında Nobel Ödülü kazanmasını sağladı. Günümüzde öğrenciler biyoloji derslerinde bu deneyi halen öğreniyor.
İlk kez uygulanmasından on yıllar sonra dahi bu deney, halen geçerliliğini koruyor.
Bakteriler, zamanla direnç kazanıyor
Besin içeren bir su içinde yaşayan bakterilerin olduğu bir test tüpü hayal edin. İçindeki yüksek bakteri konsantrasyonu nedeniyle su bulanıktır. Tüpe faj olarak da bilinen ve bakterileri enfekte eden bir virüs eklendiğinde bakterilerin çoğu ölür ve su berraklaşır. Ancak, test tüpünün bakteri üremesine elverişli koşullar altında tutulması, suyu zamanla tekrar bulanıklaştıracaktır. Bu, bakterilerin fajlara karşı direnç geliştirdiğini ve tekrar çoğalabildiğini gösterir.
Fajlar bu değişimde nasıl bir rol oynadı?
Bazı bilim insanları fajların bakterileri hayatta kalmak için mutasyona teşvik ettiğini düşünüyor. Diğerleri ise bakterilerin rutin olarak rastgele mutasyona uğradığını ve fajlara dirençli varyantların gelişiminin sadece şanslı bir sonuç olduğunu öne sürüyor. Luria ve Delbrück bu muammayı çözmek için uzun süredir birlikte çalışıyordu, ama deneylerinin hiçbiri başarılı olmamıştı.
Bir gün Luria'nın aklına bir fikir geldi. Yaptığı deney birkaç tüp ve kaptan oluşuyordu. Her tüpte E. coli bakterisinin çoğalmasına yardımcı olacak besin suyu, her tabakta ise fajlarla kaplanmış malzeme bulunuyordu. Her tüpe birkaç bakteri yerleştirildi ve faja dirençli varyantlar üretmeleri için iki fırsat verildi. Ya fajların olmadığı tüplerde mutasyona uğrayacaklar ya da fajların bulunduğu tabaklarda mutasyona uğrayacaklardı.
Luria’nın aklına harika bir fikir geldi
Ertesi gün Luria, her bir tüpteki bakterileri fajlarla dolu bir kaba aktardı. Ertesi gün, her bir kaptaki dirençli bakteri kolonilerinin sayısını saydı.
Eğer bakteriler fajlarla etkileşime girerek onlara karşı direnç geliştiriyorsa, tüplerdeki bakterilerin hiçbirinde mutasyon olmaması gerekirdi. Öte yandan, bakterilerin sadece birkaçı (örneğin, 10 milyon bakteriden 1'i) faj içeren bir kaba aktarıldıklarında dirençli varyantlar ortaya çıkarmalıydı. Her bir faja dirençli varyant bir koloni halinde büyüyecek, ancak geri kalan bakteriler enfeksiyondan ölecekti.
Bakteriler fajlarla etkileşimden bağımsız olarak direnç geliştirirse, tüplerdeki bazı bakteriler mutasyona uğrayacaktı. Bunun nedeni, bir bakteri bir tüpte her bölündüğünde, dirençli bir varyant ortaya çıkarma olasılığının düşük olmasıydı.
Bakterilerin başlangıç nesli mutasyona uğrayan ilk nesil ise, sonraki nesillerde bakterilerin en az yarısı dirençli olacaktı. Eğer ikinci nesildeki bir bakteri mutasyona uğrayan ilk bakteri ise, sonraki nesillerde bakterilerin en az sekizde biri dirençli olacaktı.
Geç nesil mutasyonlar daha sık meydana gelir ancak daha az dirençli varyant verir. Erken nesil mutasyonlar ise nadiren meydana gelir, ancak çok sayıda varyant verir. Erken nesil mutasyonlar nadirdir, çünkü başlangıçta mutasyona uğratılabilecek az sayıda bakteri vardır.
Luria'nın deneylerindeki dirençli koloni sayısı, erken nesil mutasyonlara benzer bir model ortaya koydu. Çoğu kapta ya hiç mutant koloni yoktu ya da az sayıda mutant koloni vardı. Ancak birkaç tanesinde Luria'nın büyük ikramiye olarak değerlendirdiği çok sayıda mutant koloni vardı. Bu, bakterilerin kaplardaki fajlarla etkileşime girmeden önce dirençli varyantlar geliştirdikleri anlamına geliyordu.
Bir deneyin mirası
Luria, deneyi tamamlandıktan sonra Delbrück'e bir not göndererek çalışmasını kontrol etmesini istedi. İki bilim insanı daha sonra birlikte çalışarak deneysel protokolü ve bakteriyel mutasyon oranlarını ölçmek için teorik bir çerçeveyi açıklayan klasik bir makale yazdı.
Diğer bilim insanları da fajları penisilin ve tüberküloz ilaçlarıyla değiştirerek benzer deneyler yaptı. Benzer şekilde, bakterilerin direnç kazanmak için bir antibiyotikle karşılaşmasının şart olmadığını buldu.
Bakteriler milyonlarca yıldır sert ve sürekli değişen ortamlarla başa çıkabilmek için rastgele mutasyonlara bel bağlıyor. Ardı arkası kesilmeyen rastgele mutasyonları ise kaçınılmaz olarak geleceğin antibiyotiklerine dirençli varyantlar geliştirmelerine yol açacak.
İnsanlığın kendini böyle bir geleceğe şimdiden hazırlaması gerekiyor…
Bu makalenin orijinali, Creative Commons lisansı altında The Conversation’da yayınlandı. Orijinal makaleyi okumak için buraya tıklayabilirsiniz.