Yüzyıllık Kemikleri Parçalayan Mikrobiyal Sırlar Metagenomik Analizle Açığa Çıktı

Toprağa verilen insan bedeni, yaşamın sona ermesinin ardından mikroskobik canlılar için zengin bir ekosisteme, deyim yerindeyse devasa bir besin şölenine dönüşür. Bu mikroorganizmalar zamanla bedenin kalıntılarını sindirerek iskelet sisteminin derinliklerine doğru mikroskobik tüneller açar. Salgıladıkları spesifik enzimler (enzymes) aracılığıyla, bir zamanlar son derece sert ve dayanıklı olan kemik dokusunu gözenekli, ufalanan ve kırılgan bir iskeleye çevirirler. Bilim dünyası için yüz yılı aşkın süredir merak konusu olan bu mikrobiyal yıkım süreci, modern laboratuvar teknikleri ve yeni nesil metagenomik analizlerin gücüyle nihayet bütün çıplaklığıyla aydınlatılıyor.

Mikroskopi ve Metagenomik Analizlerin Tarihi Güç Birliği

Araştırmacılar, kemiklerin mikroorganizmalar tarafından fiziki olarak parçalandığını ilk kez 1800’lü yıllarda rapor etmişti. O tarihten bu yana yapılan mikroskobik ve inorganik kimyasal analizler, mikrobiyal faaliyetlerin kemik yapısını ve biyokimyasını nasıl değiştirdiğine dair önemli ipuçları sundu. Ancak laboratuvar teknolojilerindeki tüm ilerlemelere rağmen, bilim insanları uzun yıllar boyunca ileri mikroskopi analizlerini moleküler mikrobiyom çalışmalarıyla entegre etmeyi başaramamıştı. Bu teknolojik eksiklik, hangi spesifik mikrop ailelerinin kemik yıkımını doğrudan tetiklediğinin bir sır olarak kalmasına yol açıyordu.

Bu kritik bilgi boşluğunu ve metodolojik engeli aşmak üzere harekete geçen Stavanger Üniversitesi Arkeoloji Müzesi’nden koruma bilimcileri Damla Kaptan ve Hege Ingjerd Hollund liderliğindeki uluslararası araştırma ekibi, Orta Çağ Norveç mezarlarından çıkarılan insan kemiklerine eş zamanlı olarak histolojik mikroskopi ve metagenomik (metagenomics) dizileme analizleri uyguladı. Sonuçlar, kemiklerin farklı bozunma seviyelerinde tamamen kendilerine özgü mikrobiyom profillerine sahip olduğunu kesin olarak gözler önüne serdi.

“Ölülerin hala anlatacak çok fazla hikayesi var. Antik kemikler sadece biyolojik olarak sessiz kalıntılar değildir. Gömüldükten yüzyıllar sonra dahi kemiklerin nasıl değiştiğini ortaya çıkarabilecek son derece zengin mikrobiyal imzalar taşırlar.” – Damla Kaptan

Kollajen Yıkımının Moleküler Şifreleri Bakterilerde Gizli

Araştırma ekibi, Norveç mezarlıklarında 11. ve 19. yüzyıllar arasında toprağa verilmiş 83 farklı bedenden alınan kemik örneklerini laboratuvar ortamında titizlikle inceledi. Yüksek çözünürlüklü mikroskopi kullanılarak yapılan histolojik analizler, kalıntıların muhafaza durumlarında ve maruz kaldıkları hücresel tahribatta belirgin farklılıklar olduğunu ortaya koydu:

• Açık hava mezarlıklarında ve kronolojik olarak daha eski tarihlerde gömülen kemiklerin, kilise içlerine gömülen ve daha yeni olan kemiklere kıyasla anatomik olarak çok daha fazla tahribata uğradığı tespit edildi.
• Kemik yiyen mikropların (bone-eating microbes) biyolojik faaliyetleriyle açtığı mikroskobik tüneller, katı kemiklerin yapısal bütünlüğünü bozarak onları gözenekli hale getirirken, mikrobiyal erişimin kısıtlı olduğu iyi korunmuş kısımlar bozulmamış mikroanatomisini muhafaza etmeyi başardı.

Sadece kazı alanından elde edilen görsel ve morfolojik verilerle yetinmeyen araştırmacılar, özel steril odalarda bu eşsiz örneklerden antik DNA (aDNA) ekstraksiyonu gerçekleştirdi ve genomun tamamını hedefleyen metagenomik dizileme platformlarını kullandı. Bu moleküler yaklaşım, kemiklerde baskın olan mikrobiyal floranın, örneğin fiziksel korunma düzeyine doğrudan bağlı olduğunu kanıtladı. Dizileme sonuçlarına göre öne çıkan bulgular şöyle sıralandı:

• İleri Derecede Aşınmış Kemikler: Biyolojik tahribatın en yoğun olduğu dokularda Streptosporangium cinsine ait bakteri popülasyonlarının açık ara baskın olduğu saptandı.
• Orta Derecede Aşınmış Kemikler: Kısmen bütünlüğünü kaybetmiş örneklerin ağırlıklı olarak Lysobacter bakterilerine ev sahipliği yaptığı görüldü.
• İyi Korunmuş Kemikler: Fiziksel bütünlüğü yüksek kemiklerde Streptomyces cinsi bakterilerin popülasyonu domine ettiği ve genel mikrobiyal çeşitliliğin (microbial diversity) rekor seviyelere ulaştığı tespit edildi.

Yeni Nesil Laboratuvar Pratikleri İçin Ne İfade Ediyor?

Biyoinformatik analizler, özellikle Streptosporangium ve Lysobacter cinslerine ait mikropların genomlarında, kemiğin ana esneklik yapıtaşı olan kollajeni (collagen) hücresel düzeyde parçalama potansiyeline sahip enzimleri kodlayan spesifik gen sekansları barındırdığını doğruladı. Diğer taraftan, kapalı alanlarda bulunmuş ve iyi korunmuş kemik örneklerinin en yüksek genetik çeşitliliği göstermesi bilimsel açıdan son derece mantıklıydı; zira yapısal bütünlüğünü koruyan kemikler, heterojen bir mikrobiyal florayı desteklemek için çok daha zengin organik besin (nutrients) rezervlerine sahipti.

Prestijli bilimsel dergi PLoS One’da yayınlanan bu çığır açıcı çalışma, mikrobiyolojik faaliyetlerin biyolojik kalıntıların korunumu ve çürümesine nasıl etki ettiği hususunda yepyeni bir analitik pencere açıyor. Araştırmanın eş yazarı Hege Ingjerd Hollund, 15 yıllık bilimsel kariyeri boyunca ilk defa insan kalıntılarındaki iskelet tahribatından sorumlu olma potansiyeli taşıyan moleküler ajanları (mikropları) doğrudan genom düzeyinde isimlendirebildiklerini belirterek bu atılımın laboratuvar bilimleri, adli tıp ve arkeogenetik açısından paha biçilemez değerde olduğunu vurguladı.