Şeker Kahverengi Algleri Karbon Deposuna Dönüştürüyor! Seversiniz ya da sevmezsiniz ama neredeyse herkes onları tanır: Fucus vesiculosus gibi kahverengi algler, yaygın olarak bilinen adıyla mesane sodası, Almanya’nın tüm kıyıları boyunca yetişir. Macrocystis veya Sargassum gibi dev yosunlar kıyılar boyunca birbirine yakın bir şekilde büyür ama aynı zamanda Atlantik’i batıdan doğuya kaplayabilen yüzen kümeler de oluşturabilir. Bazı ekologlar bu çok verimli ekosistemi karadaki yağmur ormanlarının denizdeki karşılığı olarak görmektedir. Bu alg ormanlarında büyük miktarlarda karbondioksit depolanır ve bu da onları küresel karbon döngüsünün önemli bir parçası haline getirir.
Max Planck Deniz Mikrobiyolojisi Enstitüsü’nden Andreas Sichert doktora çalışmasını kahverengi alglerin nasıl bu kadar iyi bir karbon yutağı olabildiği sorusuna adamıştır: “Alg biyokütlesinin ana bileşenleri, proteinler ve uzun zincirli şekerlerden oluşan sıkı bir ağ olan hücre duvarlarıdır. Algler öldüğünde, okyanustaki alg biyokütlesinin akıbeti hakkında, örneğin hangi bileşiklerin hızlı ya da yavaş bozunduğu gibi, aslında çok az ipucuna sahibiz.”
Sağlam ve esnek
Atlantik kıyısı rahat bir yaşam alanı değildir. Gelgitler, rüzgar ve dalgalar bu zorlu ortamın sakinlerinden özel adaptasyonlar talep eder. Kahverengi algler özel bir hücre duvarı yapısı geliştirerek onları hem sağlam hem de esnek hale getirmiş ve bitkinin ağır akıntılara ve dalgalara başarıyla dayanmasını sağlamıştır. Hücre duvarlarının önemli bir bileşeni, alg kuru kütlesinin yaklaşık dörtte birini oluşturan uzun zincirli bir şeker olan polisakkarit fukoidandır. Muhtemelen, fukoidan hücre duvarının su içeriğini düzenleyerek kahverengi algleri gelgitte kurumaktan korur.
Bu şekerin kahverengi alglerin uzun bozunma sürecinde nasıl bir rol oynadığı, Max Planck Deniz Mikrobiyolojisi Enstitüsü Deniz Glikobiyolojisi araştırma grubundan ve Bremen Üniversitesi Deniz Çevre Bilimleri Merkezi MARUM’dan bilim insanları tarafından analiz edildi. Çalışmaları için Massachusetts Teknoloji Enstitüsü, Greifswald Üniversitesi ve Viyana Üniversitesi’nden meslektaşlarıyla işbirliği yaptılar. Mayıs 2020’de Nature Microbiology dergisinde yayınlanan çalışmanın ilk yazarı Max Planck Deniz Mikrobiyolojisi Enstitüsü’nden Andreas Sichert, “Mikrobiyal toplulukların fukoidanı diğer alg polisakkaritlerinden daha yavaş hidrolize ettiği ve bu nedenle fukoidanın karbon yutağı görevi görebileceği zaten biliniyordu” diyor. “Genellikle polisakkaritler bakteriler için favori bir enerji kaynağıdır, ancak fukoidanın neden zor sindirilebilir olması gerektiği belirsizliğini koruyor.”
Bu şekeri sadece uzmanlar bozar
Şimdiye kadar fukoidan parçalanma yolları sadece kısmen biliniyordu, ancak bunların ya bir mikrobiyal topluluk içinde dağılmış ya da bireysel, son derece uzmanlaşmış bakterilerde bulunan önemli sayıda enzim içerdiği açıktı. Bremenli bilim insanları ikinci teoriyi inceledi ve Verrucomicrobia filumuna ait Lentimonas cinsinden yeni izole edilmiş bakterileri analiz etti. Bu Lentimonas bakterilerinin izolasyonu bile zordu. Andreas Sichert ile birlikte çalışmanın ilk yazarı olan Massachusetts Teknoloji Enstitüsü’nden Christopher H. Corzett, “Başlangıçta binden fazla koloniden sadece bir tanesi fukoidanı parçalayabildi,” diye anlatıyor.
Deniz Glikobiyolojisi araştırma grubunun lideri Jan-Hendrik Hehemann, “Lentimonas’ın fukoidanın parçalanması için, fukoidanın bir parçası olan şeker fukozu serbest bırakmak için yaklaşık yüz enzim kullanan oldukça karmaşık bir mekanizma edindiğini gösterebildik” diyor. “Bu muhtemelen bildiğimiz doğal maddeler için en karmaşık biyokimyasal bozunma yollarından biri.” Fukoz daha sonra, hücreyi toksik ara ürün olan laktaldehitten koruyan proteinli bir kabuk olan bakteriyel bir mikro bölme aracılığıyla metabolize edilir. Hehemann, “Böylesine karmaşık bir katabolik yola duyulan ihtiyaç, çoğu deniz bakterisi için fukoidanların inatçılığının temelini oluşturuyor ve okyanusta yalnızca son derece uzmanlaşmış organizmaların bu alg şekerini parçalayabildiğini gösteriyor” diyor. “Bu, çevredeki alg biyokütlesinin daha yavaş dönüşümünü açıklayabilir ve fukoidanların okyanusta karbonu tuttuğunu düşündürür.”
Farmakoloji için potansiyel
Bilim insanları fukoidanın parçalanmasını sağlayan enzimlerle de ilgileniyor çünkü fukoidan kanın pıhtılaşmasında heparine benzer etkiler gösteren farmakolojik olarak aktif bir molekül olabilir. “Fukoidanı spesifik olarak parçalayan ve böylece yapısını karakterize etmeye yardımcı olan enzimler bilimsel açıdan büyük ilgi görüyor.
Daha fazla bilgi için: Andreas Sichert ve diğerleri, Verrucomicrobia alg polisakkaridi fukoidanı sindirmek için yüzlerce enzim kullanıyor, Nature Microbiology (2020). DOI: 10.1038/s41564-020-0720-2
Dergi bilgileri: Doğa Mikrobiyolojisi