Toprak çok kullanılan ve bilinen bir malzeme olmasına karşın aslında dünyada en az anlaşılabilmiş yaşam ortamlarından biridir.
Her gün üzerinde yürüdüğümüz ve her gün gördüğümüzden olsa gerek, fazla umursamadığımız toprak; sadece bitkilere annelik etmekle kalmıyor, aynı zamanda dünyanın hayata en elverişli mekanı olarak %99’unun adı bile bilinmeyen, binlerce çeşit bakteriye ev sahipliği yapıyor. Yaklaşık bir çay kaşığı toprakta 100 milyon ile 1 milyar arasında bakteri bulunur. Bu her hektar toprakta yaklaşık iki ton bakteri yaşıyor demektir. Toprak çok kullanılan ve bilinen bir malzeme olmasına karşın aslında dünyada en az anlaşılabilmiş yaşam ortamlarından biridir.
Tahminlere göre şimdiye kadar toprak bakterilerinin binde birinden daha azı laboratuvar şartlarında çoğaltılarak üzerinde araştırma yapılmıştır. Geriye kalan %99,9 ise hala araştırılıp, tıpta veya biyo teknolojinin diğer sahalarında nasıl kullanılabileceklerinin bulunmasını bekliyor. Topraktaki biyolojik çeşitlilik göz önüne alındığında araştırma sahasının ne çok geniş olduğunu söylemeye bile gerek yok.
Toprak bakterileri içlerinde barındırdıkları kimyasallar (özellikle protein ve enzimler) nedeniyle araştırmacılar için hazine değerinde çeşitlilik sunmaktadır. Ancak bu canlılardan yeni doğal kimyasalların bulunması oldukça zahmetli bir iştir. Çünkü genelde, yeni ve bilinmeyen kimyasallar toprakta az miktarda bulunan mikroorganizmalar tarafından üretilirler ve diğerlerinin arasından bir şekilde seçilip bulunmaları oldukça zordur. Ayrıca nasıl bitkilerin her birinin büyüdüğü ve çoğaldığı bir zaman dilimi, bir mevsim var, ve âdeta bir resmî geçit gibi sırayla dünyamızı şenlendiriyorlarsa; mikroorganizmaların da bir yıl içinde çoğaldıkları veya azaldıkları zaman dilimleri vardır. Onlar da tıpkı bitkiler gibi sıcaklık, kuraklık veya suyun bol bulunduğu zamanlara göre, toprakta aktif hâle gelirler.
Şimdiye kadar toprak bakterilerinden sadece laboratuvar ortamında çoğaltılabilenler incelenebiliyordu. Halbuki toprak, hava veya bitki yüzeyinde yaşayan bakterilerin büyük bölümünü laboratuvar ortamında standart teknikler kullanarak çoğaltmak mümkün değil. Bu problemi çözmek için bakterilerin laboratuvarda çoğaltmaya gerek kalmadan incelenmesini sağlayacak yeni metodlar geliştirilmeye çalışılıyor. Bu metodlardan biri de ‘metagenom’ yaklaşımı. Metagenom yaklaşımında pek çok bakteriden elde edilen genlerin hepsi tek bir genom gibi değerlendirilir. Topraktan ayrıştırılan bakteri topluluğunun DNA dizisi büyük parçalara ayrılıp, bu DNA dizileri yapay bir taşıyıcı moleküle enzimler yardımıyla eklenir. Yapay taşıyıcı E. coli bakterisine yerleştirilir ve sonra E. coli bakterisinin yeni eklenen genlerin kodladığı proteinleri sentezlemesi sağlanır. Son olarak da sentezlenen proteinler incelenir.1 Modern tarama metodlarının hassaslığı sayesinde çok az miktarda dahi olsa, biyolojik olarak aktif molekülleri tesbit etmek mümkün. Örneğin Wisconsin Üniversitesi’nden Jo Handelsman toprak organizmalarını bu teknikle inceleyerek yeni antibiyotikler bulmaya çalışıyor.2 Şimdiye kadar bir çiftlikten alınan toprak örnekleri üzerinde çalışan Handelsman, yeni bir çalışmasında, insanların yaşamadığı ve dolayısıyla insanların ürettiği antibiyotiklerle karşılaşmamış Alaska’dan aldığı toprak örneklerindeki bakterileri incelemeyi plânlıyor.
Toprak bakterilerinin bizzat kendilerinin veya bunlardan elde edilen kimyasalların tıptan, çevre kirliliğine veya deterjanlar için enzim üretimine kadar çok farklı kullanım alanları vardır. Dünyada endüstriyel enzimler içerisinde deterjan enzimleri %40 ile en büyük paya sahiptir.
Toprak bakterilerinden elde edilen enzimlerin deterjanlarda kullanılması
Enzimler önemli kimyasallardır ve her türlü hücrede bulunurlar. Proteinler grubundan olan enzimleri diğer proteinlerden ayıran özellik, hücrelerde meydana gelen bütün kimyasal reaksiyonları hızlandırıp, kontrol etmeleridir. Diğer proteinler gibi başlıca azot, karbon, oksijen ve hidrojen atomlarından oluşan aminoasit moleküllerinin zincir şeklinde yan yana dizilmesiyle meydana gelirler. Yani kimyasal dev moleküllerdir. Her enzimin kendine has üç boyutlu bir yapısı vardır ve her enzim sadece bir kimyasal olaya özeldir.
Kıyafetlerimizi kirleten maddelerin başında proteinler, yağlar ve nişasta gelir. Bu lekeleri yüksek sıcaklıkta kimyasal deterjanlar yoluyla gidermek mümkünse de, enzimlerin kullanılması düşük sıcaklıkta ve daha az mekanik enerjiyle istenen temizliği sağlar. Ayrıca çimen, kan, süt ve ter lekelerini çıkartmakta biyolojik olmayan deterjanlara göre çok daha etkilidir.
Deterjanlarda kullanılan enzimlerden proteazlar yumurta, kan gibi lekelerdeki proteinleri parçalar; lipaz yağ lekelerini, amilaz ise nişasta bazlı lekeleri çıkartmakta etkilidir. Çamaşırların yıpranması ile oluşan selüloz fibriller ise, selülaz enzimi ile parçalanarak çamaşırların daha yumuşak olması ve renklerini koruması sağlanır.
Özet olarak, toprak bakterileri bizlere yeni kimyasalların bulunması açısından zengin bir kaynak oluşturmaktadır. Toprak üzerinde yürürken belki ayaklarımızın altında yeni bir ilaç molekülü içerebilecek ya da çevre kirliliğinin çözümünde kullanılabilecek bakteriler olabileceğini hatırlamak, yeryüzünün bu bereketli örtüsünün kıymetini anlamamız açısından bizlere yardımcı olacaktır.
Kaynaklar
1. Jo Handelsman , Michelle R. Rondon, Sean F. Brady, Jon Clardy, Robert M. Goodman, “Molecular biological access to the chemistry of unknown soil microbes: a new frontier for natural products”, Chemistry & Biology October 1998, 5:R245—249
2. Mari Jensen, ‘Good dirt: Finding new antibiotics from farm soil’ http://gateways.bmn.com/magazine/conferencereport?uid=CNFR.2003-ASM-3-s5
3. http://www.news.Cornell.edu/Chronicle/99/7.22.99/soil_bacteria_genes.html
4. http://www.iet.uni-duesseldorf.de/Frameseiten/biodiversity_haupt.htm
http://www.igb.fraunhofer.de/WWW/GF/Biokatalyse/en/GFBK_210_Screeningcente.en.html