Marketlerin raflarında kendi içimizdeki mikrobiyal yaşamı geliştirmeyi ve iyileştirmeyi hedefleyen bir sürü probiyotik - yani iyi bakteri içeren yoğurt, kefir yada buna benzeyen pek çok ürünle oldu. Ürünlerin işlevselliği ve faydasıyla ilgili kanıtlar ve mekanizmaları biraz karmaşık gibi görünse de, bu mikropların vücudumuz üzerindeki etkerinin oldukça büyük olduğunu söylemek yanlış olmaz.
Sadece biz insanlar değil, etrafınızda gördüğünüz her canlı yaşamlarına etkili mikroskobik yaşamın zengin topluluklarını bünyesinde barındırır. Dünyadaki mercan resiflerini oluşturan minik koloni hayvancıkları için ise bu ilişkiler özellikle önemli bir rol oynar. Mercanlar gelişmek için mikroskobik alg ortaklarına ve diğerlerine güveniyor. Fakat, bir mercan için tehlikeli stres varlığının en bariz işareti ağartmadır. Normalde şeffaf olan hayvanın besin için güvendiği çözüm ortağı ve aynı zamanda mercana rengini veren algleri attığında ortaya çıkan şey ağarmadır.
Ağartma son yıllarda mercan resiflerinde sıklıkla görülen bir olay ve giderek daha fazla mercan resifini etkiliyor. 2014 ile 2017 yılları arasında deniz suyu sıcaklıklarınında meydana gelen dalgalanmalar küresel resiflerin yüzde 75'inden fazlasında kitlesel ağamaya neden oldu ve bunun sonucunda resiflerin neredeyse üçte biri yok oldu. Bu büyük bir sorun.
Mercan resifleri okyanuslarımızın yalnızca yüzde 1'ini kaplamasına rağmen, tahminen dört deniz hayvanından biri hayatta kalmak için bu resiflere ihtiyaç duyuyor. Mercan resifleri aynı zamanda insanların gıda güvenliği açısından da kritik önem taşıyor ve dünya çapında 6 milyon balıkçıyı destekliyor.
Bir tür canlı kaya olarak tanımlayabileceğimiz mercan resiflerinin karşı karşıya olduğu tehditleri azaltmak için en önemli önlem, fosil yakıt kullanımını azaltarak atmosferdeki sera gazını azaltmaktan geçiyor fakat öte yandan dünyanın dört bir yanındaki bilim insanları mercanlara zaman kazandırmak için çaresizce geçici önlemler arıyorlar. Bazıları daha fazla sıcağa veya küresel ısınmasıyla doğrudan ilişkili olan daha asidik sularda yetişebilen mercanlar yetiştirmek üzerine çalışıyor, bazıları deniz koruma alanlarındaki resifleri korumak ve zarar görmüş bölgelerde yeni mercanların büyümesini sağlamaya çalışıyor.
Bu çabaların içinde bazı araştırmacılar da mercanların gelişmesine yardımcı olan mikropların düzeylerini artırmak için mercan probiyotikleri geliştirmeye çalışıyor ve bu yaklaşım bir miktar umut vaat ediyor.
Suudi Arabistan'ın Thuwal kentindeki Kral Abdullah Bilim ve Teknoloji Üniversitesi'nden (KAUST) deniz mikrobiyoloğu Raquel Peixoto, önce laboratuvarda test ederek, daha sonra da Kızıldeniz'deki mercan bahçelerinde deneyerek mercan probiyotikleri fikrine öncülük etti. 2021 tarihli "Rebuilding Coral Reefs: A Decadal Grand Challenge" başlıklı raporun ortak yazarı Peixoto, yaklaşımın risk altındaki mercan resiflerinde dayanıklılık oluşturan önleyici bir tedavi unsuru olarak hizmet edebileceğini umuyor.
Knowable Magazine, mercan probiyotikleri hakkında daha fazla bilgi edinmek için, 2021 Annual Review of Animal Biosciences'de araştırmayla ilgili bir makalenin ortak yazarı olan Peixoto ile konuştu.
Mercan resiflerini ve mercanların iklim değişikliğinden nasıl etkilendiğini araştırmaya olan ilginizi ne tetikledi?
Okyanusa her zaman çok bağlı olduğumu düşünüyorum. Ben bir sörfçüyüm. Ben bir dalgıcım. Ve bu ekosistemlerden bazılarının ölmekte olduğunu bilmek benim için dehşet verici. Biraz klişe gibi gelebilir ama gerçekten çocuklarımın hâlâ mercanlardan keyif alabilmelerini istiyorum; sadece ekolojik önemleri nedeniyle değil, aynı zamanda güzellikleri ve karmaşıklıkları nedeniyle.
Biyologların "holobiont" dediği mercanlarla ilişkili mikroorganizmaların çeşitliliği hakkında şu ana kadar ne biliyoruz?
Holobiont için önemli olan bazı mikroorganizmalar ve bunların nasıl etkileşime girdiği hakkında bir fikrimiz var, ancak anlaşılması gereken daha birçok ilişki var. Henüz emekleme aşamasında olan bir araştırma alanıdır.
Hakkında en çok bildiğimiz klasik ilişki, mercan konakçısı ile algler arasında. Bu fotosentetik algler mercanın besininin çoğunu sağlar ve mercan da algleri korur ve onlara besin sağlar.
Ancak mercanlarla yaşayan virüsler, bakteriler, arkeler ve mantarlar söz konusu olduğunda henüz yüzeyde kalıyoruz. Şu ana kadar bildiğimiz şey, mercanların kendilerine gelişebilecekleri bir ekosistem sağlaması karşılığında, bu tür organizmaların mercanları zararlı mikroplara karşı korumaya yardımcı olduğudur. Hem mantarlar hem de bakteriler besin sağlar ve toksik bileşiklerin azaltılmasına yardımcı olur, hatta mercanların iskeletlerini oluşturmasına ve UV ışığından kaynaklanan hasarı önlemesine yardımcı olabilir.
Anlamaya çalıştığımız şey yalnızca mercanlar ve mikroplar arasındaki ilişki değil, aynı zamanda mikroplar ve mikropların hepsinin içindeki etkileşimlerdir. Hepsi birbirine bağlı.
Mercanlar strese girdiğinde holobionta ne olur?
Mercan resiflerinde, deniz sıcaklığında dalgalanma olduğu esnada meydana gelen şey, tıpkı alglerin stres altındaki mercanlar tarafından dışarı atılması gibi diğer mikropların da dışarı atılmasıdır. Bu faydalı mikropların yerini patojenler alabilir. Daha sonra, bakterilerin sağladığı yararlı rollerin kaybının yanı sıra, mercanın yeni gelen bir patojenle de başa çıkması gerekir. Yani bu ikili bir sorun.
Mercan probiyotikleri nasıl yardımcı olabilir?
Probiyotikler canlı organizmalardır; konakçıya bir tür fayda sağlayan mikroorganizmalardır. Hastalıklarını tedavi etmek için probiyotikler halihazırda arılar, kurbağalar ve yarasalar için kullanılıyor.
Laboratuvarımda bu denklemdeki bakteriyel rolü, yani bakterilerin ve diğer mikropların, mercan ve alg sağlığına nasıl katkıda bulunduğunu anlamaya çalışıyoruz. Aynı zamanda holobiontu manipüle edip geri getirip getiremeyeceğimizi anlamaya çalışıyoruz. Eğer mercanlar stres altındayken probiyotiklerle destekleyerek faydalı mikropları yeniden uygulayabilirsek, o zaman belki sağlıklı bir holobiontu koruyabilir ve mercanların patojenler tarafından aşırı büyümesini önleyebiliriz.
Yani, tıpkı bozulmuş bir ormanda ağaçları yeniden dikmeye çalıştığımızda olduğu gibi, mercanlarda da faydalı mikropları yeniden dikmeye çalışıyoruz.
Hangi mikropların mercan probiyotikleri olarak çalışabileceğini nasıl öğrenirsiniz?
Mercanlar için hangi bakterilerin önemli olduğunu bulma arayışımızda doğal resiflerden canlı mercan örnekleri alıyoruz. Daha sonra genomlarına bakarak orada ne olduğunu görmek için mikrobiyal topluluklarını analiz ediyoruz. Ayrıca fizyolojilerinin hangi yönlerinin mercanlara yardımcı olabileceğine dair bir fikir edinmek için genleri de inceliyoruz.
Potansiyel probiyotik karışımları oluşturmak için, mercanlar için koruyucu olduğunu varsaydığımız genetik ve fizyolojik mekanizmayı barındıran yaygın, yerli deniz mikroplarını seçiyoruz. Potansiyel patojenleri dikkatlice hariç tutuyoruz.
Laboratuvardaki deneyleri kullanarak, bu koruyucu mikropların altında yatan mekanizmaları, yani mercanların hayatta kalmasına nasıl yardımcı olduklarını doğruluyoruz. Bunu "omik" (meta-transkriptomik ve metagenomik) kullanarak yapıyoruz; başka bir deyişle, mercan konakçısında ve mikrobiyomunda hangi genlerin etkinleştirildiğini takip ediyoruz ve bunu mercanların sağlık durumuyla ilişkilendiriyoruz.
Yani, bakterileri konakçı mercanlardan izole ediyoruz, onları laboratuvarda büyütüyoruz, laboratuvarda sadece iyi olanları seçiyoruz ve sonra tekrar mercanlara uyguluyoruz. Mercan poliplerinin içinde veya dışında, mercanlarla birlikte yaşayan iyi mikroorganizmaların sayısını artırmaya çalışıyoruz. İyi bakterileri muhafaza edip yenileyerek mercanlara patojenlerle ve iklim değişikliğinin etkileriyle mücadelede daha iyi bir şans verebiliriz.
Mercan probiyotiklerinin ısı koruyucuları olarak etkinliğini laboratuvarda nasıl test ettiniz?
Probiyotiklerle bir çözümümüz var ve probiyotik içermeyen, plasebo olarak sadece salin içeren bir çözümümüz var. Mercan parçaları tanklarda. Sağlıklı mercanlardan izole ettiğimiz ve daha sonra kültüre aldığımız bakterilerin bir karışımı olan probiyotiği bazı tanklara, diğer tanklara ise salini koyuyoruz ve iklim değişikliğinin etkilerini taklit ederek hepsini yüksek sıcaklığa maruz bırakıyoruz ve ne olacağını görüyoruz. . Buna paralel olarak aynı testleri artan sıcaklığa maruz kalmayan mercanlar üzerinde de yapıyoruz.
Aradığımız şey mercanların hayatta kalması. Mercan rengine mercan sağlığının bir göstergesi olarak bakıyoruz. Mercanlar bir renk sürekliliğine göre sağlıklı, solgun, ağartılmış, kemik beyazı veya ölü olarak derecelendirilir. Bu deneyde probiyotikle tedavi edilen mercanların ölmediğini gördük. Ve plaseboyla tedavi edilen mercanlar deneyin sonunda ya öldü ya da çok kötü durumdaydı.
Geliştirilen faydalı mikropların kokteyli, mercanların petrol sızıntısının etkilerine ve bakteriyel patojen Vibrio coralliilyticus'un neden olduğu enfeksiyona karşı iyileştirilmesinde de umut vaat ediyor.
Probiyotiklerin laboratuvardaki tanklarda mercanların hayatta kalmasını artırmaya yardımcı olabileceğine dair kanıt gösterdiniz. Olan bitenin ardındaki mekanizmalar hakkında henüz bir şey biliyor muyuz?
Bazı fikirlerimiz var. Probiyotiklerin, mercanlara bulaşıcı hastalıklar getiren bakteriler, virüsler, mantarlar ve protozoalar gibi bazı fırsatçı patojenlere karşı mercanların bağışıklık tepkisine bir şekilde yardımcı olduğunu biliyoruz. Probiyotikler ayrıca, ısı stresine maruz kalmış alglerin ürettiği zararlı, kararsız, oksijen içeren moleküllerin sayısında bir dengesizlik olduğunda oksidatif stresi de hafifletiyor gibi görünüyor.
Örneğin, katıldığım bir 2021 araştırmasında, Mussismilia hispida mercanına özel olarak hazırlanmış probiyotik tedavi karışımında yer alan altı bakteri suşundan üçü (iki Bacillus lehensis suşu ve bir Bacillus oshimensis suşu) DMSP'yi (dimetilsülfoniopropiyonat) bozduğu için seçildi. . Bu, küresel olarak yaygın olan, mercan holobiontunda doğal olarak bulunan ve ekosistemler için önemli olan bir kükürt bileşiğidir. Bazı araştırmacılar DMSP'yi, sağlıklı bir mercan ekosistemindeki birçok iş için yararlı olan bir İsviçre çakısı olarak düşünüyor. Örneğin karbon kaynağıdır, antioksidan görevi görür ve hidrostatik basınca karşı koruma sağlar.
Ancak mercanlar strese girdiğinde DMSP'nin miktarı ve konsantrasyonu artar. Yüksek konsantrasyonlarda DMSP patojenlere karşı çekici olarak çalışır.
Probiyotikleri uyguladığımızda DMSP'yi parçalayan bakterinin holobionta yerleştiği görüldü. Yüksek sıcaklıkta, metabolomiklere (hücre metabolizması sırasında mercanların içinde meydana gelen kimyasal reaksiyonlar) baktığımızda önemli farklılıklar görebiliyorduk. DMSP konsantrasyonunu karşılaştırdığımızda plasebo uygulanan mercanlarda daha yüksekti. İşlem görmüş mercanlarda DMSP konsantrasyonunun düştüğünü görebiliyorduk ve bu, mercan sağlığının iyileşmesiyle ilişkilendiriliyordu.
Şu ana kadar probiyotiklerin mercan resiflerine uygulanmasının istenmeyen olumsuz sonuçlara yol açabileceğine dair herhangi bir gösterge var mı?
Hiç de bile. Bunu henüz yayınlamadık ama Kızıldeniz'deki resifte bir pilot deneyde probiyotik uyguluyoruz. Bu, Mercan Probiyotik Köyü dediğimiz yerde iyi kontrol edilen, izole edilmiş bir deney. Bu, yabani mercanlarda termal ağartmayla mücadele eden probiyotiklerin ilk testidir. Şu ana kadar herhangi bir istenmeyen etki görmedik.
Aslında, eğer mercan daha sağlıklıysa tüm ekosistemin de daha sağlıklı olacağını düşünüyoruz çünkü büyük ve küçük pek çok organizma barınma ve yiyecek için mercanlara bağımlı. Halihazırda deniz suyunda bulunan malzemeleri kullandığımız için bakteriyel arıtmanın herhangi bir hasara yol açması pek olası değildir.
Ağartılmış resifler de dahil olmak üzere bozulmuş resiflerde patojen bolluğu artmış gibi görünüyor. Bu yüzden hiçbir şey yapmazsak istenmeyen etkinin ortaya çıkacağını düşünüyorum. Çünkü o zaman patojenler aşırı büyüyecek ve hastalığa neden olacaktır. Bu patojenler yayılıp resifteki diğer organizmalar ve en sonunda bizim için sorunlara neden olabilir. Laboratuarda gösterildiği gibi prensibimiz, probiyotiklerle iyi mikropları geri kazandırmamız veya korumamızdır.
Mercan probiyotiklerinin tedavi olarak kullanımı ne kadar ölçeklenebilir?Ölçeklenebilirlik, üzerinde çalıştığımız ve devam eden farklı projelerle ilgili bir konu. Bunlardan biri, tıpkı arka bahçenizdeki sulama veya yağmurlama sistemi gibi resiflere yerleştirilebilen bir sulama sistemidir. Bunu KAUST mühendisleriyle işbirliği yaparak geliştirdik. Resiflere giden hortumlarımız var ve laboratuvarımızdaki probiyotiklerin aşılanmasını cep telefonumuzdaki bir uygulamadan düzenleyebiliyoruz. Bunun oldukça ölçeklenebilir olabileceğini düşünüyoruz.
Ayrıca konuşlandırılabilen ve uzun süreli salınımı olan bakteri hapları da geliştiriyoruz. Bunları dağıtmak için robotları kullanabiliriz. Ölçeklenebilirlik, mühendisler gibi diğer araştırma alanlarıyla işbirliğine bağlıdır.
Bence öncelikle probiyotikleri daha iyi anlamamız gerekiyor; işe yarayıp yaramadığını, nasıl çalıştıklarını ve ekolojik sonuçlarını. Ancak buna paralel olarak, bu tedavinin ölçeklenebilir olmasını sağlayacak araçlar geliştirmeye çalışıyoruz, böylece genişleyecek kadar kendimize güvenirsek, onu hazır hale getirebiliriz.
Bu probiyotikleri her yere aynı anda uygulamamıza gerek yok çünkü mercanların hepsi aynı anda beyazlamaz. Bizim düşüncemiz, mercanlara güç kazandırmak için ağartma olayları meydana geldiğinde yalnızca bir veya iki ay boyunca probiyotik uygulamamız gerektiğidir.
Bir mercan resifinden geliştirilen probiyotikler diğerinde işe yarar mı?
İdeal olarak, yerel çözümler geliştiriyoruz: Probiyotiklerin uygulanacağı yerel olan ve yerli olan bölgeden alınan numuneleri kullanarak probiyotikler geliştiriyoruz. Bu bakteriler yerel koşullara adapte olmuşlardır.
Kızıldeniz'de çalışıyoruz, Kızıldeniz'den malzeme seçiyoruz ve Kızıldeniz'de geliştirdiğimiz probiyotikleri kullanıyoruz. Kızıldeniz mercan holobiontları, başka yerlerde bulunanlardan daha yüksek sıcaklıklarda gelişmek üzere evrimleşmiş ve adapte olmuşlardır. Bu holobiontlar benzersiz bir fırsat sunabilir: Adaptasyonlarını araştırmak ve gerekirse küresel ısınmanın çok muhtemel hızlanan hızına yanıt olarak diğer bölgelerdeki mercanların hızlı bir şekilde alışmasına veya evrimleşmesine yardımcı olmak.
Mercan resiflerinin genel sağlığı açısından gelecek için neyi temel öncelikler olarak görüyorsunuz?
Temel öncelikler CO2 emisyonlarının azaltılması, yerel stres faktörlerinin azaltılması ve aktif restorasyondur. Bu öncelikler dizisi, Uluslararası Mercan Kayalıkları Topluluğu'nun yakın zamanda 2021'de yayınlanan bir bilim politikası belgesinde vurguladığı bir şeydir. Bu sütunların eşit derecede önemli olduğunu vurguladık. Eğer mercanları kurtarmak istiyorsak hepsini yapmalıyız.
İklim değişikliği nedeniyle mercan resiflerinin zarar görmesi çok büyük bir sorun ve bu çok hızlı oluyor. Bazıları, devam eden küresel ısınmanın ortasında mercanlar için probiyotikler geliştirmeye çalışmanın Titanik'teki şezlongları yeniden düzenlemeye benzediğini iddia edebilir. Buna nasıl cevap verirsiniz?
Şu anda çok az seçeneğimiz var. Ve hepsini keşfetmemiz gerekiyor. Probiyotikler söz konusu olduğunda resifi kurtarmaya çalışmıyoruz. Resifi kurtarabilecek tek şey, CO2 emisyonlarını azaltmanın yanı sıra aşırı avlanma gibi yerel stres faktörlerini de azaltmak için çalışmaktır.
Probiyotiklerin, özellikle şiddetli strese maruz kalacağını bildiğimiz alanlarda bize biraz zaman kazandırabilecek ilaçlar olduğunu düşünüyorum.
Bildiğimiz mercan resiflerinin geleceği konusunda iyimser misiniz yoksa kötümser misiniz?
Ben iyimser kalıyorum. Bu kolay bir iş değil. Ama ne yapacağımızı biliyoruz. Yapılması gerekeni yapacağımız konusunda iyimserim.
Kaynak: knowablemagazine.com
