Antarktika Mantarları: Soğukta Yaşayan Türler

Bir mantarın büyümek için suya, organik karbona ve donmayan bir hücre içine ihtiyacı var; Antarktika bu üçünü de cimri bir elle veriyor. Buna karşın kıtada mantar yaşamı sürüyor ve literatür onu birkaç ayrı cepte izliyor: kayaların gözenekleri (Selbmann ve ark., 2021), buzdan arınmış topraklar (Newsham ve ark., 2020) ve yüzyılın başında kurulmuş keşif kulübelerinin ahşabı (Blanchette ve ark., 2004). Bu yazıda o ceplere tek tek bakıyor, soğuğa ve kuraklığa dayanmanın hangi hücresel araçlarla sağlandığını anlatıyoruz.

Soğukta yaşamanın dili: psikrofil organizmalar

Soğuğa uyumlu mikroorganizmalara psikrofil denir. Antarktika mayası Glaciozyma antarctica PI12 üzerine yazılmış bir derlemeye göre psikrofil organizmalar, yaşamlarını yaklaşık -20 ile 20 °C arasında sürdürmelerini sağlayan çeşitli uyum stratejilerine sahiptir (Yusof ve ark., 2021). Aynı derleme bu mayayı zorunlu psikrofil olarak tanımlar ve uyumu iki düzeyde ele alır: genom yapısı, proteinler ve gen ifadesini kapsayan moleküler düzey ile antifriz proteinleri, zar akışkanlığı ve strese yanıt proteinlerini kapsayan fizyolojik düzey (Yusof ve ark., 2021).

Mayalar bu konuda iyi incelenmiş bir gruptur. Buzul habitatlarındaki psikrofil mayalar üzerine yazılmış bir derleme, mikrobiyologların psikrofil mayaları incelemek için uzun yıllar Antarktika'yı tercih ettiğini, ancak Antarktika dışındaki buzul ortamlarına dair çalışmaların da giderek arttığını belirtir (Buzzini ve ark., 2012). Mayaların mantar âlemindeki yerini maya bir mantar mı yazısında ayrıca ele aldık.

Kayanın içinde yaşamak: kriptoendolitik topluluklar

Kriptoendolitik sözcüğü, kayanın gözenekleri içinde yaşamak anlamına gelir. Antarktika çölündeki bu topluluklar üzerine yapılan bir çalışmaya göre, normalde etkin yaşama elverişsiz koşullarda mikroplar kayanın gözenek boşluklarını kullanır ve orada ısı tamponlamasından, fiziksel kararlılıktan, UV ışınımına karşı korunmadan ve su tutulmasından yararlanır (Selbmann ve ark., 2021).

Aynı çalışma, yüksek verimli dizileme ile kültüre dayalı yöntemleri bu topluluklarda ilk kez birlikte kullanmıştır. Yoğun melanin taşıyan mantarlar arasında Friedmanniomyces endolithicus baskın takson olarak doğrulanmış, ama bazı türler DNA dizilemesiyle hiç bulunamamış ve yalnız kültürle saptanabilmiştir (Selbmann ve ark., 2021). Yazarların sonucu yöntemle ilgilidir: eksiksiz bir tablo için iki yaklaşım da gerekir (Selbmann ve ark., 2021). Çevresel DNA'nın nasıl okunduğunu mantarlarda DNA barkodlama yazısında anlattık.

Bu topluluklar yalnız mantarlardan oluşmaz ve üyeleri arasında bir iş bölümü var gibi görünür. Victoria Toprakları'ndan toplanan 74 endolitik mikrobiyomun amplikon dizileme verisiyle yapılan ağ analizinde, topluluk bileşiminin %83,5'ini likenleşmiş mantarların, %14,2'sini saprotrofların oluşturduğu bulunmuştur (Biagioli ve ark., 2023). Aynı analizde gruplar arası ilişkilerde işbirliğine dayalı etkileşimler ağır basmış; yazarlara göre likenleşmiş mantarlar topluluğun beslenmesinde, melaninli mantarlar ise korunmasında öne çıkar (Biagioli ve ark., 2023). Mantar ile alg arasındaki ortaklığın kendisini liken ve mantar sembiyozu yazısında bulabilirsiniz.

Melanin kalkanı: Cryomyces antarcticus örneği

Cryomyces antarcticus, Antarktika'ya endemik, melaninli ve kriptoendolitik bir mantardır; iyonlaştırıcı ışınıma dayanıklılığı kalın ve yoğun melaninli hücre duvarlarına bağlanmıştır (Catanzaro ve ark., 2024). Bu türü genetik olarak değiştirmek uzun süre mümkün olmadı. 2024'te yayımlanan çalışmada araştırmacılar, büyümesi aylar sürebilen bu mantarda CRISPR/Cas9 ile pks1 adlı poliketit sentaz genini silerek melanin üretemeyen üç bağımsız mutant elde etmiştir (Catanzaro ve ark., 2024).

Mutantlar yabani tipe benzer biçimde büyümüş ve deney, hücre duvarındaki melaninin büyük ölçüde DHN tipinde olduğunu göstermiştir (Catanzaro ve ark., 2024). Beklenmedik bir bulgu da görünür ışığın hem melaninli hem melaninsiz suşların büyümesini olumsuz etkilemesi ve ışığın melaninli hücre duvarından geçebildiğine dair kanıt elde edilmesidir (Catanzaro ve ark., 2024). Melaninin kimyası için melanin ve mantarlar, kullanılan gen düzenleme aracı için mantarlarda CRISPR yazısına bakabilirsiniz.

Genom düzeyinde de ipuçları var. Friedmanniomyces endolithicus genomunu okuyan çalışma, türü Victoria Toprakları'nın buzsuz bölgelerindeki endolitik topluluklara özgü, Antarktika'ya endemik ve yoğun melaninli bir mantar olarak tanımlar (Coleine ve ark., 2020). Genom, uç ortamlarda yaşayan yakın akraba melaninli türlerle karşılaştırıldığında meristematik büyüme, yani hücrelerin sıkı kümeler hâlinde çoğalması, ve soğuğa dayanıklılık gibi stres toleransıyla ilişkili özelliklerin bu türde zenginleştiğini göstermiştir (Coleine ve ark., 2020).

Keşif kulübelerindeki çürükçül mantarlar

Antarktika'daki mantarların hepsi kayaya gizlenmiş değil; bir kısmı insanın kıtaya taşıdığı malzemeye yerleşmiştir. Ross Denizi bölgesinde 1901-1911 arasında kurulan üç keşif kulübesinin ahşabı üzerine yapılan çalışmada, kıtanın soğuk ve kuru ortamına karşın mikropların ahşabı kolonize ettiği ve sınırlı bir çürüme oluştuğu bildirilmiştir (Blanchette ve ark., 2004).

Toprakla temas eden bazı ahşaplarda yumuşak çürüklük mantarlarının ikincil hücre duvarında açtığı mikroskobik boşluklar saptanmış; çürümüş ahşaptan sıklıkla Cadophora cinsine ait türler izole edilmiş ve bunların bir kısmının daha önce tanımlanmamış türler olduğu görülmüştür (Blanchette ve ark., 2004). Laboratuvar deneylerinde saf Cadophora kültürleri huş ve kavak ahşabında yaygın yumuşak çürüklüğe yol açmış; yazarlar yapılar için acil bir tehdit görmemekle birlikte koşullar çürümeye elverişli hâle gelirse bu mantarların kapsamlı çürüklük yapabileceğini belirtmiştir (Blanchette ve ark., 2004). Ahşap çürümesinin diğer iki yolu için beyaz çürüklük ve kahverengi çürüklük yazısına bakabilirsiniz.

Topraktaki mantarlar ve ısınan iklim

Deniz etkisindeki Antarktika'da 60-72° güney enlemleri arasında yaklaşık 1.650 km'lik bir hat boyunca 29 çıplak toprakta yapılan metabarkodlama çalışmasında, Ascomycota okumaların %70'ini, Basidiomycota ise yalnız %4'ünü oluşturmuştur (Newsham ve ark., 2020). Aynı çalışmada likenleşmiş mantar grubunun tür zenginliği yıllık ortalama yüzey hava sıcaklığıyla birlikte artmış, her bir derecelik artışta yaklaşık 1,7 operasyonel taksonomik birim yükselmiştir (Newsham ve ark., 2020).

Saprotrof grup ters yönde hareket etmiştir: bu grubun topluluktaki göreli bolluğu her bir derecelik ısınmada %3 azalmıştır (Newsham ve ark., 2020). Yazarlar, toprak mantarlarının bileşiminin hava sıcaklığı ve toprak özellikleriyle şekillendiğini, bölgenin iklimi 21. yüzyılda değiştikçe bunun topraklar için sonuçları olacağını belirtir (Newsham ve ark., 2020). Toprak mantar topluluklarının genel çerçevesi için toprak mikrobiyomu ve mantar çeşitliliği yazısına göz atabilirsiniz.

Soğukta çalışan enzimler ve uzaya uzanan sorular

Antarktika mantarlarına laboratuvarda duyulan ilgi yalnız ekolojik değil. G. antarctica derlemesine göre psikrofil organizmaların ürettiği soğukta etkin enzimler hem biyoteknolojik potansiyel taşır hem de protein yapısı ve işlevine dair temel araştırmalar için değerli modeller sunar (Yusof ve ark., 2021). Buzul mayaları derlemesi de bu mayaların soğukta etkin enzim kaynağı olarak ve biyoremediasyon amacıyla değerlendirilme potansiyeline dikkat çeker (Buzzini ve ark., 2012).

Kaya içindeki melaninli mantarlar bir yandan da astrobiyolojinin gündemine girdi. Bu türlerin Uluslararası Uzay İstasyonu'nda Mars benzeri koşullara bırakıldığı deneyleri uzayda mantar araştırmaları yazısında, iyonlaştırıcı ışınıma yakın yaşayan mantarları ise radyotrofik mantarlar yazısında anlatıyoruz.

Bilimsel referanslar

Biagioli, F. et al. (2023). Positive fungal interactions are key drivers in Antarctic endolithic microcosms at the boundaries for life sustainability. FEMS Microbiol Ecol, fiad045. PMID 37160346. DOI 10.1093/femsec/fiad045.

Blanchette, R.A. et al. (2004). Wood-destroying soft rot fungi in the historic expedition huts of Antarctica. Appl Environ Microbiol, 70(3), 1328-35. PMID 15006750. DOI 10.1128/AEM.70.3.1328-1335.2004.

Buzzini, P. et al. (2012). Psychrophilic yeasts from worldwide glacial habitats: diversity, adaptation strategies and biotechnological potential. FEMS Microbiol Ecol, 82(2), 217-41. PMID 22385361. DOI 10.1111/j.1574-6941.2012.01348.x.

Catanzaro, I. et al. (2024). Deletion of the polyketide synthase-encoding gene pks1 prevents melanization in the extremophilic fungus Cryomyces antarcticus. IUBMB Life, 76(12), 1072-1090. PMID 39011777. DOI 10.1002/iub.2895.

Coleine, C. et al. (2020). Peculiar genomic traits in the stress-adapted cryptoendolithic Antarctic fungus Friedmanniomyces endolithicus. Fungal Biol, 124(5), 458-467. PMID 32389308. DOI 10.1016/j.funbio.2020.01.005.

Newsham, K.K. et al. (2020). Regional Diversity of Maritime Antarctic Soil Fungi and Predicted Responses of Guilds and Growth Forms to Climate Change. Front Microbiol, 11, 615659. PMID 33574801. DOI 10.3389/fmicb.2020.615659.

Selbmann, L. et al. (2021). Culture-Dependent and Amplicon Sequencing Approaches Reveal Diversity and Distribution of Black Fungi in Antarctic Cryptoendolithic Communities. J Fungi (Basel), 7(3), 213. PMID 33809619. DOI 10.3390/jof7030213.

Yusof, N.A. et al. (2021). Cold Adaptation Strategies and the Potential of Psychrophilic Enzymes from the Antarctic Yeast, Glaciozyma antarctica PI12. J Fungi (Basel), 7(7), 528. PMID 34209103. DOI 10.3390/jof7070528.

Bu içerik bilgilendirme amaçlıdır, tıbbi tavsiye niteliği taşımaz. Herhangi bir sağlık kararı almadan önce hekiminize danışınız. Fonksiyonel mantarlar ilaç değildir ve hastalıkların tedavisinde kullanılamaz.

Atıf yapılan kaynak: 8  |  Yöntem: Editöryel Politika  |  Referanslar: Bibliyografya