Işığın Değişmesi İle Algler
Yeşil algler, ışık vasıtasıyla yüzeylere yapışma ve yapışmama özelliklerini değiştirebilir. Kredi: Oliver Bäumchen, MPIDS, Göttingen / Thomas Braun, Heidelber
İnce ince tüylerine ‘flagella’ denir, karanlıkta olan algler suda kurbağalama hareketi ile yüzerler.
Güneş ışığı, yeşil yosunların sadece fotosentez yapmaktan daha fazlasını yapmasına izin verir. Bazı tek hücreli algler, aslında, gövde flagellarının yüzeylere yapışıp yapışmamasını sağlamak için ışığı kullanırlar - ilk olarak Göttingen Max Planck Dinamik ve Öz-Organizasyon Enstitüsündeki fizikçiler tarafından keşfedilen bir bulgudur. Bu bulgular özellikle yosunların biyoyakıt üretmek için yenilenebilir bir hammadde olarak görev yaptığı biyo-reaktörlerin geliştirilmesi ile ilgilidir.
Günlük hayatta, yeşil yosunlar kötü haber eğilimindedir. Nemli havalarda, mikroskopik tek hücreli algler bahçe mobilyaları ve ev duvarlarında süngerimsi bir tabaka oluşturur; sıcak yazlar sırasında, bahçe havuzları ve su arıtma tanklarının yüzeyinde bir pislik oluştururlar. Fakat yeşil algler de yararlı olabilir. Yıllarca yosunlar biyolojik reaktörlerde, cam borulardan oluşan büyük tesislerde biyoyakıt üretmek için yetiştirildi. Bununla birlikte, yeşil yosunların bu işlemi zorlaştıran bir özelliği vardır: flagella olarak bilinen küçük kıllarını kullanarak, yüzeylere yapışırlar. Biyoreaktörlerde, cam tüplerin duvarlarında yeşil biyofilm oluşturur. Sonuç olarak, reaktöre daha az ışık geçer. Biyofilm, reaktördeki diğer yosunların fotosentez yapabilme kabiliyetini azaltır, böylece biyoreaktörü daha az verimli hale getirir.
Chlamydomonas kırmızı ışığa yapışmaz
Göttingen'deki Max Planck Dinamik ve Öz-Organizasyon Enstitüsünde fizikçi olan Oliver Bäumchen liderliğindeki bir araştırma ekibi biyoreaktörlerin verimliliğini artıracak bir keşif yaptı. Oliver Bäumchen "Yeşil alglerle yapılan deneylerde alglerin yapışkan ve yüzeylere yalnızca belirli ışık koşullarında yapışabildiklerini bulduk", dedi.
Bilim adamı, mikroorganizmaların yapışkan özelliklerine uzun yıllar odaklanmış durumda. Temel olarak flagella ve bu küçük tüy benzeri yapıların şaşırtıcı derecede kuvvetli yapışkan kuvvetler uygulayabileceği mekanizmalara ilgi duyuyor. O ve ekibi, ilgili kuvvetleri ölçmek için hassas bir sensör geliştirdiler: tek bir yeşil alg hücresine talip gelen ultra-ince bir cam mikropipet. Mikroipeti kullanarak, bir canlı hücrenin bir yüzeyden ayrılması için gerekli gücü ölçerler.
Chlamydomonas, ışığı algılamak için çeşitli proteinleri kullanır
Bäumchen'in doktora öğrencisi Christian Kreis, yosunların yüzeylere yapışmasının ışıkla kontrol edilebileceğini buldu. Yeşil alga Chlamydomonas'la deneme yaparak, beyaz ışığın altında sadece güçlü bir yapışma gücü sergilediğini keşfetti. Kırmızı ışık altında hücreler yüzeylere hiç yapışmadılar. Birçok mikroorganizmanın kendi kendine ışık tutması ve örneğin ışık kaynağına doğru yüzdüğü bilinmektedir. Bununla birlikte, daha önce yeşil alg yapışma mekanizmasının ışıkla harekete geçeceği bilinmemektedir.
Kreis ışık tepkisini daha yakından inceledi ve Chlamydomonas'ın mavi ışığa maruz kaldığında yalnızca yüzeylere yapıştığını keşfetti. Alga, ışığı algılamak için ışığa duyarlı birkaç protein kullanır. Christian Kreis, "Işıkla değiştirilebilir yapışkanlığın evrimin bir ürünü olabileceğine inanıyoruz" diyor. Deniz fıtoplanktonundan farklı olarak, bu ilgili mikroorganizmalar genellikle nemli topraklarda yaşarlar. Araştırmacılar, "Bu yüzeyler güneş ışığına maruz kalırsa, bu akıllı mekanizma alglerin onlara takılmasını ve fotosentez yapmaya başlamasını sağlıyor" diye açıklıyor.
Değiştirilmiş mavi ışık fotoreseptörlü algler biyofilmler oluşturmayabilirm.
Bu bulgu, biyolojik reaktörlerin cam duvarlarında algal birikimlerinin oluşmasını engellemek için tek başına bir yol sağlamaz. Yeşil alg de fotosentez için mavi ışık gerektirdiğinden biyoreaktörleri kırmızı ışığa sadece yapışmaması için işe yaramaz. Oliver Bäumchen ve Christian Kreis bu nedenle farklı bir yaklaşım sergiliyorlar. Bäumchen, "Şimdi yeşil yosunlarla çok fazla deneyime sahip mikrobiyologlarla birlikte çalıştık" diyor. "Çeşitli mavi ışık fotoreseptörlerinin bloke edildiği hücreleri incelemeyi planlıyoruz ve bu fotoreseptörlerin hangisinin aslında yapışkan özelliklerin tetiklenmesinden sorumlu olduğunu öğrenmek istiyoruz." Modifiye edilmiş mavi ışık fotoreseptörlü yosunlar büyük hacimler halinde büyüyebilirlerse, yüzeylerde biyofilm oluşumuna neden olan rahatsızlığı olmadan biyoreaktörlerde bunları kullanabiliriz.
Oliver Bäumchen'in araştırma ekibi çeşitli nedenlerle yeşil alglerin değiştirilebilir yapışmasına odaklandı: "Yüzeye yapışma olgusunu anlamak genel olarak ilginç, sonuçta yapışma kuvvetleri hücrelerin büyüklüğüyle bağlantılı olarak muazzam" diyor Bäumchen. Ayrıca, flagella, insan vücudundaki siliyerlere (örneğin akciğerlerde kullanılanlara benzer) sahip olduğu için bayrak üzerinde çalışıyor.
Christian Kreis, algal biyofilmlerin oluşumunu önleme yollarıyla da ilgilidir. Halen, yapışmanın ışığın dışındaki tetikleyiciler tarafından, örneğin zayıf elektrik yükleri taşıyan yüzeyler tarafından açılıp kapatılabildiğini araştırıyor. Araştırmacı, "Biyofilmler pek çok uygulamada zahmetlidir" diyor. "Yüzeyleri, mikroorganizmaların kendilerine yapışmasını önleyecek şekilde tasarlayabilirsek, tıp, biyoteknoloji ve kimya mühendisliğindeki birçok uygulama için bir nimet olur"
Hikaye Kaynağı:
Max-Planck-Gesellschaft tarafından sağlanan malzemeler. Not: İçerik stil ve uzunluk için düzenlenebilir.
Journal Reference:
Christian Titus Kreis, Deniz Le Blay, Christine Linne, Marcin Michal Makowski, Oliver Bäumchen. Chlamydomonas mikroalglerinin yüzeylere yapışması ışıkla değiştirilebilir. Nature Physics, 2017; DOI: 10.1038 / nphys4258
Kaynak:
https://www.sciencedaily.com/releases/2017/09/170929112957.htm
Çeviren ve Derleyen: Batuhan Ünal
Moleküler Biyoloji ve Genetik email@example.com