Dünyanın dört bir yanındaki çevre kirliliği ile mücadelede, Vibrio natriegens bakterisinin devrim niteliğindeki kullanımı, endüstriyel kirleticilerin temizlenmesi yönünde umut verici gelişmeler arasında yer alıyor. Son yüzyılda, insanlık daha önce ekosistemlerde hiç karşılaşılmamış sayıda kimyasal madde üretti. Bu maddelerin birçoğu toksik kirleticiler olarak çevremizi tehdit ederken, temizlenmelerinde zorluk yaşanıyordu. Ancak, Shenzhen merkezli bir araştırma ekibi, farklı kaynaklardan izole edilmiş gen kümelerini birleştirerek, endüstriyel atıklarda bulunan karmaşık kirleticileri hedef alan tek bir bakteri oluşturdu. Araştırmacılar, kimyasal biyolojik parçalanmanın birkaç enzimin ortak çalışmasıyla gerçekleştiğini tespit etmiş ve gen kümelerinin düzenlenmiş yapısını kullanarak bu süreci optimize etmeye çalıştı.
Geliştirilen yöntem, özellikle endüstriyel alanlarda oluşan benzene, toluene, fenol, naftalen, biphenyl, DBF29 ve dibenzotiophene (DBT) gibi organik kirleticilerin bulunabileceği tuzlu veya yarı tuzlu su ortamlarında etkili sonuçlar veriyor. İlk etapta, farklı laboratuvar bakteri suşları incelendiğinde, kimyasal kontaminanlara dayanıklılığı ile öne çıkan Vibrio natriegens, hızlı çoğalma avantajı sayesinde tercih edildi. Ancak, bakterinin genetik manipülasyonlara uygun hale getirilmesi için, klasik laboratuvar türü E. coli'de bulunan güçlü moleküler araçlardan yoksun olduğu göz önünde bulundurularak optimize etme çalışmaları da yürütüldü. Bu aşamada, gen transferi ve genom içi belirli lokuslara DNA entegrasyonu sağlanarak bakterinin yeni gen dizilerini kabul etmesi kolaylaştırıldı.
Araştırma ekibi, daha önce endüstriyel kirleticileri parçaladığı bilinen farklı bakteri türlerinin genomlarını detaylı bir şekilde inceledi. Parçalanma işlemi genellikle, birden fazla enzimin senkronize çalışmasını sağlayan ve tek RNA molekülünden kodlanan gen kümeleri yardımıyla gerçekleştiriliyor. Bu yapı, bakterinin yalnızca kirletici madde ile karşılaştığında gerekli proteinleri üretmesine olanak tanıyor. Toplam dokuz adet gen kümesi belirlendi ve bu kümelerin DNA dizileri, yeast teknolojisi kullanılarak tek bir DNA molekülünde birleştirildi. Genlerin, doğal protein üretim fonksiyonunu Vibrio natriegens'te sürdürebilmesi amacıyla yeniden optimize edilmesinin ardından, her bir gen kümesi bakteriye entegre edildi. Böylece, laboratuvar ortamında benzene, toluene, fenol, naftalen, biphenyl, DBF29 ve dibenzotiophene gibi kirleticileri hedefleyen farklı suşlar elde edildi.
İlk testlerde, dokuz gen kümesinden beşi aktif olarak çalıştı. Bu başarılı sonuçların ardından, araştırmacılar, her yeni gen kümesinin bir öncekinin sonuna eklenebilmesi için iteratif bir sistem geliştirdi. Böylece, tüm başarılı gen kümelerini ardışık olarak birleştirerek tek bir bakteriyel hattın içerisine entegre etti. İki gün içerisinde bu düzenlemeye sahip bakteriyel suş, laboratuvar ortamında hazırlanan karışımdan phenolün yaklaşık %25’ini, biphenyl’in %33’ünü, DBF’nin %30’unu, naftalenin %100’ünü ve toluene’nin neredeyse tamamını parçalayabildi.
Geliştirilen sistem, endüstriyel atık su karışımlarında da test edildi. İçerisinde belirli oranda tuz bulunan atık su örneklerinde, mühendislik harikası Vibrio natriegens suşu, kimyasal karışımdaki fosforlanmış organik kirleticilerin %95’inden fazlasını ve özellikle fenol oranında %80 civarında giderim sağladı. Ayrıca, kontamine toprak örneklerinde de etkin olduğunu gözlemleyen araştırmacılar, bakteri suşunun geniş bir uygulama yelpazesi sunabileceğinin sinyallerini aldı.
Buna rağmen, bu teknolojinin bazı kısıtlamaları da bulunuyor. Geliştirilen Vibrio natriegens suşu, bazı hedeflenmiş kirleticileri sindiremiyor laboratuvar ortamında ve doğal koşullarda test edilmeyen çok sayıda kimyasal madde göz önüne alındığında, kapsamın genişletilmesi için ek araştırmalara ihtiyaç duyuluyor. Ayrıca, bakterinin gelişiminde gerekli olan ortamlarda tuz bulunması gerekliliği, uygulama alanını sınırlayabilecek önemli bir faktör olarak dikkat çekiyor. Bir diğer önemli husus ise, bakterinin kirleticileri sindirdikten sonra ortaya çıkan yan ürünleri metabolize edememesi. Diğer doğal bakteriler, bu gen kümelerini kirleticileri kendi besin kaynakları olarak kullanabilmek amacıyla evrimleştirmişken burada geliştirilen suş, parçalama işlemini gerçekleştirdikten sonra yan ürünleri ortada bırakıyor. Bu durum, uzun vadede, gen kümelerinin evrimsel baskı altında kalarak etkinliğini sürdürebilmesi adına ek biyolojik bağlantılar kurulması gerekliliğini gündeme getiriyor.
Araştırmacılar, bu sınırlamalara rağmen, gen mühendisliği ve biyoremediasyon alanındaki bu yeniliğin, çevre kirliliğiyle mücadelede yeni ufuklar açabileceğine inanıyor. Üretilen bu entegre sistem, endüstriyel koşullarda ortaya çıkan karmaşık atık karışımlarının temizlenmesinde önemli bir model oluştururken, gelecekte daha fazla kirletici maddeye karşı dirençli ve metabolik entegrasyonu sağlanmış bakteriyel hattın geliştirilmesi yönünde de yol gösterici nitelikte. Bu çalışmalar, modern biyoteknoloji alanının çevresel sürdürülebilirlik ve kirlilikle mücadele konusundaki potansiyelini ortaya koymada önemli bir adım olarak değerlendiriliyor.