Yaşamın tanımını sarsan en minimal hücre

• Genomu aşırı derecede küçülmüş tek hücreli bir organizma keşfedildi; bu durum, yaşamın tanımını yeniden düşündüren bir örnek olarak dikkat çekiyor
• Bu mikroorganizma, metabolizmayla ilgili genlerinin büyük kısmını kaybetmiş durumda; besinleri kendi başına işleyemiyor ya da büyüyemiyor ve tamamen konak hücreye bağımlı
• Araştırmacılar bu arkeyi Candidatus Sukunaarchaeum mirabile olarak adlandırdı; organizma 238 bin baz çifti uzunluğunda dairesel bir genoma sahip
• Bu canlı, kendi kendini kopyalamak için gereken en az sayıdaki geni koruyor; ribozom gibi temel ifade düzenekleri bulunsa da metabolik işlevleri neredeyse yok
• Bu keşif, hücresel yaşamın asgari sınırlarını ve çeşitliliğini genişletiyor; yaşam ile cansızlık arasındaki sınırın yeniden değerlendirilmesi gerektiğine işaret ediyor

---

Yaşamın temel yapısı ve yeni keşif

• Hücre, yaşamın temel birimi olarak kabul edilir; metabolizma, büyüme ve genetik materyalin kopyalanması temel işlevler sayılır
  • Ancak bu kez keşfedilen hücrede bu işlevlerin çoğu eksik
• Bu organizmanın genomu son derece küçük ve metabolizmayla ilgili genleri neredeyse tamamen kaybolmuş durumda
  • Besinleri kendi başına işleyemiyor ya da büyüyemiyor; konağa veya bir hücre topluluğuna bağımlı olmak zorunda
• Araştırma ekibi, bu canlının yerleşik yaşam tanımlarını sarsan bir örnek olduğunu değerlendiriyor
  • Bunun, “metabolizması olmayan bir hücre de var olabilir” fikrini gösterdiğini belirtiyorlar

Aşırı küçük genomun doğrulanma süreci

• Araştırma ekibi, Pasifik Okyanusu suyundan Citharistes regius adlı bir dinoflagellatı toplayıp analiz etti
  • Bu alg, içinde ortakyaşar siyanobakteriler barındırıyor
• Genom analizi sırasında yeni bir arkeye ait DNA dizileri bulundu
  • Uzunluğu 238.000 baz çifti; bu, daha önce bilinen en küçük arke genomu olan Nanoarchaeum equitans’ın yaklaşık yarısı düzeyinde
• Farklı teknikler ve yazılımlarla yapılan yeniden doğrulama sonucunda bunun tam bir dairesel genom olduğu teyit edildi
• Yeni organizma Candidatus Sukunaarchaeum mirabile adıyla tanımlandı
  • İsim, Japon mitolojisindeki cüce tanrı “Sukunabikona” ile Latince “tuhaf” anlamındaki sözcüğün birleşiminden geliyor

Yarı-canlı varlıkların spektrumu

• Sukunaarchaeum, yalnızca kopyalanmayla ilişkili proteinleri en asgari düzeyde barındırıyor
  • Metabolizma ile ilgili genler ise neredeyse hiç yok
• DPANN arkeleri grubuna ait; bu grup genel olarak konak hücre yüzeyine tutunan ortakyaşarlar olarak biliniyor
  • Ancak Sukunaarchaeum, bunlar arasında en uç düzeyde küçülmüş genoma sahip
• Bazı araştırmacılar, bu canlının parazitik özellikler taşıdığını düşünüyor
  • Metabolik ürün sağlayamıyor ve kaynakları konaktan tek taraflı olarak alıyor
• Başka bazı ultra küçük bakteriler, örneğin Carsonella ruddii, daha küçük genomlara sahip olsa da konak için gerekli metabolik işlevleri koruyor
  • Sukunaarchaeum ise tersine, yalnızca kopyalanma işlevlerini koruyup metabolik işlevlerini kaybetmiş durumda
• Virüslerden farklı olarak ribozom gibi gen ifadesi düzeneklerine kendisi sahip
  • Bu nedenle virüslerden temelden ayrılıyor

Yaşamın tanımına dair tartışma

• Araştırmacılar, Sukunaarchaeum’un bağımsız olarak yaşayamayacağını değerlendiriyor
  • Ancak hücre organelleri de (örneğin mitokondriler) bağımsız yaşayamadığı için yaşam tanımının sınırı belirsizleşiyor
• Bu keşif, “Bir şeye ne zamandan itibaren yaşam denebilir?” sorusunu gündeme getiren felsefi ve biyolojik bir tartışma açıyor

Bilinmeyen minimal yaşam biçimleri

• Sukunaarchaeum genomunun önemli bir bölümü bilinen dizilerle eşleşmiyor
  • Bunların büyük proteinleri kodladığı ve konakla etkileşimde rol oynayabileceği düşünülüyor
• Asıl konağın C. regius mu yoksa başka bir arke mi olduğu henüz doğrulanmış değil
  • Dış yüzeye tutunan bir yapı mı yoksa iç ortakyaşam biçimi mi olduğu da bilinmiyor
• Bazı araştırmacılar, hızlı evrim nedeniyle metabolizma genlerinin tanınamayacak hâle gelmiş olabileceğini öne sürüyor
• Mevcut analiz yöntemleri, bu tür aşırı küçük genomları eksik veri sayıp dışlıyor olabilir
  • Bu nedenle benzer organizmaların zaten var olup gözden kaçmış olması mümkün
• Dünya çapındaki deniz veri tabanlarında yapılan taramada aynı diziye rastlanmadı; ancak çok sayıda benzer dizi bulundu
  • Sukunaarchaeum, devasa mikrobiyal çeşitliliğin yalnızca bir parçası olabilir
  • Mikroorganizmalar birbirlerine parazitlik ederek karmaşık ekolojik ilişki ağları kuruyor olabilir

[GN⁺]

Hacker News yorumları

• Bu keşif gerçekten etkileyici. Ancak bu, genel olarak en küçük bakteri değil, en küçük arkea (archaeal) genomu
  Makalede C. ruddii'den (159k baz çifti) söz ediliyor, ancak Nasuia deltocephalinicola 112k baz çiftiyle bilinen en küçük bakteri genomu gibi görünüyor

  • İlginç olan şu ki diğer ultra küçük organizmalar konakları için metabolik ürünler üretse de bağımsız olarak çoğalamıyor
    Buna karşılık bu kez keşfedilen Sukunaarchaeum yalnızca kendi kopyalanması için gereken proteinleri üretiyor ve konak için neredeyse hiçbir işlevi yok
    Yani 238kbp'lik genom, çoğalma için gerekli en az sayıdaki proteini kodluyor ve metabolizmayla ilgili genler neredeyse yok
    Buna karşılık 159kbp'lik bakteriler konak için amino asit ve vitamin sentezi genleri taşıyor
  • Ayrıntıya bakıldığında arkeler bakterilere benziyor, ancak tamamen farklı bir canlı domenine aitler
  • 112k baz çiftinin tesadüfen anlamlı bir kombinasyon olarak ortaya çıkma olasılığı neredeyse sıfıra yakın
    Yaşamın kökenine dair çeşitli hipotezler var, ancak modern yaşamın o ortamı çoktan 'tüketmiş' olabileceği de mümkün
    Ya da panspermia gibi daha temel senaryolar da düşünülebilir

• Kopyalanmanın canlıların en önemli metabolik eylemi olup olmadığı sorusu akla geliyor
  Sukunaarchaeum kendi başına besin sentezleyemiyor ya da büyüyemiyor, ama kopyalanma için gerekli genleri koruyor
  Yani enerji ve malzemeyi konaktan alıp kendi kendini kopyalama montajını gerçekleştirebiliyor
  Konağın sağladığı hammaddelerin ne kadar 'tamamlanmış' halde olduğu ve bu arkeanın bunları kopyalanmak için nasıl kullandığı temel merak konusu

  • Birçok parazit organizma da benzer bir bağımlılık gösterir. Yine de onları 'cansız' saymıyoruz
    Sonuçta mesele, ne kadarına 'bağımsız' deneceği
  • Bir açıdan bu hücre bakteri ile virüs arasında bir ara form gibi hissettiriyor
    Virüsler konağın hücresel düzeneklerini nasıl 'hijack' ediyorsa, bu arkea da konağın metabolizmasına derinden bağımlı

• “Bu bir virüs değil mi?” sorusuna karşılık, makalenin kendisi gerçekten de tRNA ve rRNA kodlayan genlerin bulunduğunu açıkça belirtiyor
  Bu, onu virüslerden net biçimde ayıran biyolojik bir özellik
  Asıl metne bioRxiv makalesi üzerinden bakılabilir

• Carsonella ruddii genomu yaklaşık 159.000 baz çifti (yaklaşık 40KB) büyüklüğünde ve bu bir tür 'hücresel firmware için asgari boyut' gibi hissettiriyor
  Bu kadar basit bir hücre söz konusuysa, tüm baz çiftlerinin işlevini tamamen çözümleyip çözemeyeceğimizi merak ediyorum
  Bunu görselleştiren bir etkileşimli web sitesi yapmak ilginç olabilir

  • Genetikçilerin epigenetik metilasyonu da genetik bilginin bir parçası olarak hesaba katıp katmadığını merak ediyorum
  • Böyle ultra küçük genomlar adeta sectorlisp'in biyolojik bir sürümü gibi

• Makaleye göre Candidatus Sukunaarchaeum mirabile, 238kbp'lik ultra küçük bir genom taşıyan yeni bir arkea
  Bu, şimdiye kadar bilinen en küçük arkea genomunun yarısından da küçük

  • Karşılaştırmak gerekirse, en küçük bakteri genomu olan Nasuia deltocephalinicola yaklaşık 139kbp düzeyinde

• Yazıdaki “şoke olan araştırmacılar” ifadesi biraz fazla abartılı görünüyor
  Adeta bir 'Biohacker Lab' YouTube senaryosu gibi duruyor

  • Yine de gerçekten son derece şaşırtıcı bir keşif

• Yaşamın iki temel özelliği homeostasis ve üreme ise, bunları kaybetmiş bu hücreyi cansız saymak da mümkün olabilir

  • Ama böyle bir tanım fazla katı bir bakış açısı
    Yaşamın tanımı üzerinde uzlaşılmış bir ölçüt yok; daha çok kendi varlığını sürdürme ve güçlendirme özelliklerinin bir kümesi olarak açıklanıyor
  • Ayrıca bu ökaryot merkezli bir bakış açısı
    Tek hücreli organizmaların çoğalması çok daha basit ve bu durumda 'zorunlu ortak yaşam (Obligate commensalism)' ifadesi daha uygun
  • O halde virüslerin çoğalmasını nasıl sınıflandırmalıyız? Konakla iki aşamalı bir sistem olsa da onları yaşam olarak görmüyoruz
  • Gerçekte pek çok canlı, homeostasis'i çevre sayesinde bir anlamda 'dış kaynak kullanımıyla' sağlar. İnsan da tek başına hayatta kalamaz

• Bu arkeanın ATP'yi nereden aldığı merak uyandırıyor
  Metabolik işlev neredeyse yoksa, enerjiyi tamamen konaktan alan bir yapıda olması büyük olasılık

• Genomun bir tür 'config file' gibi çalıştığını düşünüyorum
  Hücrenin kendisi zaten karmaşık bir düzeneğe sahip ve genom bunu kontrol eden bayraklar ve ayar değerlerinden ibaret
  Yani yalnızca genom boyutuna bakarak yaşamın karmaşıklığı hakkında konuşmak yanıltıcı olabilir

• Yaşam tanımı fazla kısıtlı
  Bana göre “kopyalanma ve genetik varyasyon yoluyla evrimleşebiliyorsa canlıdır”
  Virüslerin canlı olmadığını söylemek ikna edici gelmiyor

  • Ama bu tanımın da sorunları var
    Kısır hayvanlar ya da geni olmayan alyuvarlar canlı değil mi?
    Tersine genetik algoritmalar ya da el yazmaları (manuscript) da kopyalanma ve varyasyon taşır; onlar da mı canlı?
  • Aslında atomlar, makineler ve alevler de bu tanıma uyuyor
    Sonuçta 'yaşam', net sınırları olmayan; enerji akışını kullanarak biçimini koruyan ve kendini kopyalayan karmaşık bir sistemden ibaret olabilir