İKİNCİL ENDOSİMBİYOSİS

                                   İKİNCİL ENDOSİMBİYOSİS

Erken ökaryotik evrim için klasik görüş; anaerobik evriminin bir süreci olarak, konak hücrenin aerobik çevreyi sömürgeleştirmesine izin veren mitokondriyal endosimbiyontların çekirdekli fagositik hücreler tarafından yutulmasıdır. Aynı döneme ait önceleri mitekondri içermediği düşünülen anaerobik ökaryotların da varlığı bu fikre destek olmaktadır. Ancak bu hipotezin anahtarı olan grupların, daha önce gözden kaçan mitokondriyal homologlar hidrojenozom ya da mitozom olarak adlandırılan, mitekondrilerle ortak silsilere sahip fakat aerobik solunum gerçekleştirmeyen organelleri içerdikleri gösterilmiştir. Bu verilerin ökaryotik ağacı üzerinde haritalanmasıyla, ökaryotlar arasında anaerobik habitatlara sekonder adaptasyonu gösterilmiştir. Mitokondriyal homolojinin her zaman her yerde görülmesi, belki de ökaryotların evriminin kurucusu olan mitokondriyal endosimbiyosisin önemini gösterir. Farklı mitokondriyal homolojilerin karşılaştırılması çalışmaları günümüz ökaryotların temel, birincil önemini belirtmek için gereklidir.

1-GİRİŞ

Ökaryotik oluşum için ortaya koyulan birçok klasik teori, ökaryotların önceleri mitokondri olmadan anaerobik koşullarda oluştuğunu önerir. Ökaryotik topluluğunun sonradan aerobik solunum yapan ve daha sonra endosimbiyont olarak hayatını sürdürebilen bir öbakteriyi fagosite ettiği düşünülmektedir. Bu öbakteriyal endosimbiyont aerobik kolonilerinin oluşmasına izin vermiştir. Bu fikir, günümüzde siliyat protozoonlar arasındaki modern analoglar ile desteklenir. Fakat bu iki hücrenin nasıl bir araya geldikleri ve yaşamlarını birlikte nasıl sürdürebildikleri bilinmemektedir. Dolayısıyla bu konuda çeşitli görüşler vardır. Genel görüş ise iki hücrenin ekolojik ortamda yakınlaştıkları ve seçici bir avantaj sağladıkları yönündedir. Konak-endosimbiyont birlikteliği sonucu oluşan canlı, bugün görülen tüm mitokondri içeren ökaryotların atasını oluşturmuştur. Böylece tüm mitokondrilerin ortak atası, mitokondri tarafından kodlanan genlerin filogenetik analizleriyle desteklenmiştir. Anaerobik ökaryotlar mitokondri endosimbiyosisin yokluğu nedeniyle oksijen miktarının artması ya da başka bir felaket sonucu soyları tükenmiştir ya da günümüzde aerobik koşullarda yaşamlarına devam etmektedir. Doğru olduğu diretilen bu hipotez birçok açıdan makuldür. Mikrobiyal dünyanın ekstinksiyonu, popülasyonun büyüklüğünden, dağılmanın kolaylığından ve dirençli duruma gelmesinden dolayı nadir görülür. Hatta geçici anaerobik habitantlar genellikle protist habitantlara hükmeder. Antik oksijen miktarı yükseldikçe anaerobik canlılar, aerobik canlıların etrafında düşük karbondan yararlanabilecekleri oksijenik fotosentezi türetmişlerdir. Günümüzde, oksijenik fototrofların anoksigenik ortamlar sağlamak için organik materyalleri indirgeme yeteneği sayesinde anaerobik canlıların miktarı çok fazladır. Sonuç olarak, ilkel amitokondriyal ökaryotların var olduklarını kabul edersek mitokondriyal endosimbiyosise katılmadıklarından dolayı soylarının tükendiğini ve yok olduklarını söyeleyebiliriz.

 Bu hipotez,  mitokondri bakımından eksik çağdaş ökaryotların keşfiyle desteklenmiş oldu. Archezoa olarak adlandırılan bu ökaryotlar,  primitif durumda mitokondri olmadığını ve Entamoeba, Giardia, Trichomonas ve Microsporidia'yı ve onunla yakın ilişkili türleri içeren ikincil kayıptan kaynaklanmayan bir durum olduğunu işaret eder. Mitekondri içermemesine ek olarak Archezoa'lar, onların öncül durumlarını destekler şekilde diğer ökaryotlarda ortak olarak bulunan Golgi ve peroksizom bakımından da eksiktir. Hipokondria adıyla da bilinen Archezoa erken ökaryotun evolüsyonun anlaşılması ve ilk ökaryotun gösterilmesi için model oluşturur. Archezoa'ların parasitik ya da anaerobik yaşam stillerine adaptasyonlarının Archezoa'lara özgü özelliklerinin oluşmasına neden olduğu ya da kolaylaştırdığı yönünde tahminler vardır. Fakat bu görüş kesin değildir, çünkü Archezoa ile ökaryotik gruplar arasında karşılaştırılmış kesin bir kayıt bulunmamaktadır. Ökaryotik evriminin pre-mitokondriyal fazında bir bakış sağlayabilecek ökaryot gruplarına dikkat çekmek için hazırlanmış taksonomik hipotez ile Archezoa hipotezi sitolojik benzerlik göstermektedir. Böylece bu çalışma diğer çalışmalar için kılavuz oluşturur. Moleküler dizi analizlerine dayalı ilk filogenetik ağaç oluşturulması, Archezoan'ların mitekondrili ökaryotlardan önce oluşumuna önemli destek sağlamıştır. Bu ağacın doğruluğu hakkındaki şüpheler de ortaya koyulmuştur.

2-ARCHEZOA’NIN MİRASI

Son zamanlarda Archezoa’larda bir mitekondri kalıntısının bulunmuş olmasıyla birlikte bunların endosimbiyosisten önce evrimleşmeyeceği düşüncesini oluşturmuştur. Bu nedenle mitokondri içeren ökaryotların kollara ayrılması sırasında Archezoan’ların mitokondriyal genleri içerdiği gösterilirse,  yani ağaçtaki yerleşiminin tamamen yanlış olduğu ve mitokondri içeriyor olduğu gözden kaçtığı gösterilirse,  Archezoa’ların mitokondrisiz olduğu ve ökaryot evriminde endosimbiyont olabileceği hipotezi reddedilebilir. Bu kriterlerin kullanılmasıyla en iyi çalışılmış Archezoan’ların tümü için Archezoa hipotezi şu anda reddedilmiştir. Bu gün bu veri ve deliller formüle edilmiş anahtar türler için sorgulanmaktadır ve reddedilebilir. Bu yüzden burada bu verilerin açıklamasını içine alan deliller ve çelişkiler üzerinde durulacaktır.

En çok çalışılan Archezoan’ların mitokondriyal kökenli konak hücre tarafından kodlanan genleri içerdiği gösterilmiştir. Öyle ki, mitokondri fonksiyonundan sorumlu proteinleri kodlayan genleri içerirler ve bu proteinlerin filogenetik analizleri yapıldığında alfa-protobakterilerle monofilotik olduğu gözlenir. Mitokondriyal endosimbiyont kaynağı olan bakterilerin bu grubu, mitokondriyal genom tarafından kodlanan genlerin analizine dayalıdır. Archezoa hipotezinin reddedilmesi için tablo 1'deki genler kullanılmış fakat buradaki çelişki, bunun için kullanılan genlerin hiçbirinin mitokondriyal genomda bulunmuyor olmasıdır. Oksidatif fosforilasyona katılan proteinlerin bir kısmının bulunduğu yerlerde aerobik mitokondrilerin fonksiyonları organeller ve genler arasında doğrudan bir bağlantı oluşturabilir. Konak nüklear genomdaki mitokondriyal genlerin yerleşiminin açıklanması, endosimbiyont genomundan konak genoma endosimbiyotun bir organele dönüşümü sırasında geçip geçmediğini anlamak için gereklidir. Bu süreç endosimbiyotik gen transferi olarak adlandırılmaktadır. Örneğin bitkiler arasında mitokondriyal genomlarında benzer genler görülmektedir fakat bazı soylarda bu genler konak hücrenin nukleusu tarafından kodlanır. Gen transferinin gerçekleştirilmesine ihtiyaç duyulmasına rağmen, tablo 1 de gösterilen genlerin mitokondriyal endosimbiyonttan kaynaklandığı hipotezi, muhtemelen bu verilerin standart bir açıklamasıdır.

Ayrıca Archezoan’ların tablo 1'deki farklı endosimbiyontlardan elde edilmiş genleri içerebileceği de öne sürülmüştür.  Bu fikirler, yukarıda bahsedilen standart yoruma güvenilir bir alternatif olarak sunulmuş olsa da, bu Archezoa genlerinin filogenetik analizlerinin kesin bir kanıtı yoktur. Çift katlı organellerde bulunan tablo 1’deki bakteriyal proteinleriyle yapılan araştırmalar sonucu bu proteinlerin Archezoan’ların önceleri mitokondrisiz olmadığı konusunda kuvvetli kanıtlar oluşturmaktadır. Ökaryotlarda tartışmasız prokaryot kökenli çift membranlı organeller olan mitokondri ve plastidler vardır. Tipik olarak mitokondrilerde bulunan bu proteinlerin çift zarla çevrili Archezoan organellerinde de bulunmasını, bu organellerin mitokondri ile ortak soydan gelmeleriyle açıklayan bu hipotez, basit ve bu nedenle tercih edilendir. Mitokondri, mitozom ve hidrogenozomlar evrimsel açıdan homologlardır ve aralarındaki farklılık ortak bir atasal organelin modifikasyonlarından kaynaklanır. Mitokondri, mitozom ve hidrojenozomları homolog kabul eden bu hipotez eğer bu organellerle daha derinden çalışılırsa ve ek olarak aralarındaki benzerlikler de ortaya çıkarılırsa desteklenmiş olur. Şu ana kadar olan da budur.

Dikkate değer bir şekilde hidrojenozom ve mitozomlar genom olarak eksiktirler, muhtemelen bunun nedeni oksidatif fosforilasyon için kodlanan proteinlere uzun süre ihtiyaç duymamalarıdır. Hidrojenozom ve mitozomda fonksiyon olan proteinler sitozolde sentezlenip daha sonra doğrudan organele taşınıyor olmalıdır. Mitokondriler genom içermelerine rağmen ihtiyaç duyduğu proteinlerin çoğu konak hücrenin nukleusu tarafından kodlanır, bu nedenle burada da proteinlerin taşınması için benzer bir mekanizma söz konusudur. Mitokondrilerde protein transportu için iki ana mekanizma geliştirilmiştir.

Mitokondriyal iç membrana yönlendirilen proteinler internal hedef sinyalleriyle yönlendirilirler. Mitokondriyal matrikse yönlendirilecek proteinler amino terminallerinde hedef diziyi taşıyan öncü proteinler olarak sentezlenirler ve mitokondrilere bu proteinlerin geçişi sırasında bu hedef diziler kesilirler. Proteinlerin taşınmasını sağlayan bu sistemlerin geliştirilmesi muhtemelen mitokondri evrimindeki ilk ve en kritik adımdır.

Trichomonas vaginalis’in hidrojenozomu da protein transportu için bu iki yolu kullanır. T. vaginalis’ in hidrojenozomlarından izole edilmiş ferrodoksin, maya mitekondrilerinde bulunan ferrodoksin gibi N terminalinde hedef dizi taşırlar. Ayrıca hidrojenozomları ATP ve ADP transportunu yapan mitokondriyal taşıyıcı ailesi (MCF)’nin bir üyesini de taşır. MCF’nin üyeleri ökaryotik proteinlerdir ve iner mitokondriyal membrana internal hedef sinyalleri ile yönlendirilirler. Burada ADP ve ATP yapımıyla subsratların içeri ya da dışarı taşınmasını gerçekleştirirler.  

Bir ATP/ADP taşıyıcısının öncül mitokondri membranına insersiyonu, onun bir organele taşınmasının anahtar adımıdır. Çünkü böylece simbiyont tarafından oluşturulan ATP konak hücre tarafından kullanılabilir duruma gelir.

Yapılan heterolog transfeksiyon deneylerinde Trichomonas ADP ve ATP taşıyıcıları doğrudan maya mitokondrilerine yönlenmiştir. Buradan yola çıkarak, bu hedef sinyallerinin maya ve Trichomonas’te korunmuş olabileceği öne sürülmüştür

Trichomonas hidrojenozomları mitokondrilere özgü diğer özelliklere de sahiptir. Apoproteinlerin enzimatik kurulumlarını ve merkezlerine Fe-S’ün bağlanmasını aynı enzimlerle gerçekleştirir. Bu enzimler maya mitokondrilerde olduğu gibi mitokondriyal endosibiyonttan miras kalan enzimlerdir. Trichomonas hidrojenozomları aynı zamanda mitokondriyal solunum zincirinin birimi olan NADH dehidrogenaz da içerir. Bu verilerin geleneksel filogenetik yöntemleriyle analizleri zor olsa da, Trichomonas ve mitokondriyal proteinlerin ortak bir atadan geldiklerinin reddedilemeyeceğini takdir edilmelidir. Ayrıca aminoasit dizilerindeki farklılıklar gibi bu verilerdeki belirgin problemlerin azaltılması için düzeltme yapıldığında, oluşturulan ağaçlar bu mitokondriyal orijine destek verir. NADH dehidrojenazın keşfi uzun süreden beri sorulan hidrojenozomların malik asit oksidasyonundan sonra NAD⁺’yı yeniden nasıl sağladığı sorusuna cevap olmuştur.

Entamoeba mitozomları ADP ve ATP trasportunu gerçekleştiren mitokondriyal taşıyıcılar içerir ve bunlar heterolog transfeksiyon denyelerinde mayanın inner mitokondriyal membranında da transloke olmuştur. Tipik mitokondriyal ATP/ADP taşıyıcılarının aksine Entamoeba ATP taşınması için mitokondri positif dış membran potansiyeline ihtiyaç duymaz. Entamoeba’nın bu potansiyeli yapmak için gerekli elektron transport zincirinden yoksul olduğu gösterilmiştir.

            Giardia mitozomlarında ve mitokondride taşınma yolları da korunmuştur. Örneğin N terminal öncül dizileri, yeşil fluoresan işaretli ferrodoksinin memeli mitekondrilerine yönlendirilmesi için hem önemli hem de yeterlidir. Mikrospordiya mitozomları ile yapılan çalışmalar sonucunda mitokondriyal çalışmalarının gerisinde kalmıştır. Çünkü Mikrospordiya’lar zorunlu hüçre içi parazitleridir ve burada Entamoeba, Giardia ve Trichomonas’da olduğu gibi homolog transfeksiyon metodları yoktur. Bununla birlikte mikrosporidian Encephalitozoon cuniculi'nin yayınlanmış genomu varsayılan ortak fonksiyonlar için ipuçları sağlar. Örneğin; Encephalitozoon cuniculi'nin mitozom ve mitekondrileri arasındaki Fe–S'in bir araya gelmesini sağlayan mekanizmaların homolog olması.

Model Arkezoan’ların moleküler dizisi sıklıkla karşılaştırılan bu diğer ökaryotlara farklı şekilde evrimleştir. Fakat filogenetik analizlerin çoğu homolog prosesler olarak kabul edilir. Yani tüm bu diziler aynı yolla evrimleştiler. Bu nedenle Arkezoan dizilerinin anormal davranışları filogenetik pozisyonlarının güvenilir bir şekilde anlaşılmasını zorlaştırmaktadır. Karşılaşılabilecek bu problemlere bir örnek de; Trichomonas hidrojenozomal NADH dehidrojenaz'ın orijinini bulmaya çalışırken yaşanan zorluklardır. Elde edilen birçok veri ve analizler, Mikrosprodiaların dallanmış ökaryotlar yerine mantarlara dâhil edilmesi gerektiğini ifade eder. Entamoeba'nın mitokondri içeren aerobik bir amip olan Dictyostelium ile ilişkili olduğu hipotezi, içerdikleri protein sayısı ile desteklenmektedir. Giardia ve Trichomonas'ın ağaçtaki yerleri kesin değildir.

3- CRYPTOSPORIDIUM’DA MİTEKONDRİ BAKİYELERİ

Cryptosporidium parvum sıtma parasiti Plasmodium ile ilişkili apikompleksan bir parazittir ve ikisi birlikte apikompleksanları içine alan çoğunluğu oluşturan ökaryotlara dahildir. Cryptosporidium parvum kalıntı ya da dejenere mitokondri olarak adlandırılan çift membranlı organeller içerir. Bu organel bilinen özelliklerinden dolayı rahatça mitozom olarak adlandırılabilir. Cryptosporidium mitekondrisi genomunu ve oksidatif fosforilasyon yapma yeteneğini kaybetmiştir fakat hala heatshock proteinlerinin ifadesini gerçekleştirir. Fe-S demeti yaptığına dair kanıtlar vardır fakat bu enzimlerin in situ lokalizasyonları gösterilememiştir.

4-HİDROJENOZOMLAR: HİDROJEN YAPAN MİTEKONDRİLER

Hidrojenozomlar gerçekte sığır parasiti T.vaginalis ile yakından ilişkili Tritrichomonas'da keşfedilmiştir. Ayrıca anaerobik kitrit fungilerde ve silli protozoonların (hayvansal protistler) birçoğunda da bulunmuş. Siliyatlar içinde mitokondri- ve hidrojenozom- içeren gruplar kolaylıkla birbirlerine karışabilirler, bu pre-dominant aerobik grup içinde en az 4 belki de daha fazla hidrojenozom içeren siliyat soyları vardır. Mitokondrinin hidrojenozoma dönüşümü, mitokondri içeren Cyclidium glaucoma ve hidrojenozom içeren Cyclidium porcatum'un da dâhil olduğu Cyclidium türlerinde nispeten gösterildiği gibi kısa genetik mesafelerde oluşabilir. Siliyatların hidrojenozoma evrim geçirdiği göz önüne alınırsa, hidrojenozom ve mitozomların ortak atası için güçlü kanıtın bu gruptan geleceği belki de kaçınılmazdır. Anaerobik siliyat Nyctotherusovalis'in hidrojenozomu, mitokondriyal genomu içerir ve uzun zamandır aranan iki organel arasındaki bağlantıyı verir. Trichomonas’lar gibi anaerobik mantar Neocallimastix de genom eksikliği göstermektedir. Ayrıca Neocallimastix genomlarında MCF’lerin üyelerini de içermektedir. Bu proteinler in vitroda ADP ve ATP transportunu yaptıkları gösterilmiştir. Daha önemlisi, ADP/ATP taşıyıcıları bakımından mutant maya mitokondrilerinde bu yeteneklerini yeniden kazanmasını sağlar. Böylece mantar hidrojenozomları ve maya mitokondrileri ADP/ATP taşınması için aynı yolları kullandıkları ve ilgili proteinlerin taşımasını aynı yolla gerçekleştirdiği gösterilmiştir. Neocallimastix hidrojenozomları ayrıca Cpn60 ve Hsp70 mitokondriyal proteinlerini ve bu proteinlerin yönlendirilmesi için gerekli hedefleme sinyallerini ya da memeli mitokondrilerinde yeşil fluoresan reporter proteinlerini taşır. Anaerobik ökaryotik çeşitliliği başarısız organel fonksiyonlarından kaynaklanır. Bu nedenle bu grupların hidrojenozom içerdiği gösterilen ökaryotların dahil olduğu listeye ekleneceği kuşkuludur. Mitokondrilerin hidrojenozomlara dönüşümü, birçok tanımlanmış ökaryot çeşitliliğinin nasıl arttığı sorusuna cevap gibi görünüyor.

5-HİDROJEN YAPAN ENZİMLERİN EVRİMSEL ORİJİNİ

Hidrojenozomlar hidrojen yapabilme yetenekleriyle bilinirler ve bunu yapabilecek biyokimyaya sahiptirler. Bu da; mitokondrilerin hidrojenozomlara dönüşümünün anahtar noktasıdır. Bu organeller ATP üretiminde bir anahtar metabolik merkez olarak hizmet görür. Hidrogenozom ismi, protozoonların bu organel ile metabolizma esnasında, bir gaz halinde serbest moleküler H₂ meydana getirdiklerinin gözlemlenmesinden kaynaklanır. H₂ gazı, metabolik yoldaki terminal bir noktada H⁺ (Hidronyum) iyonlarının moleküler H₂‘e indirgenmesiyle meydana getirilir. Bu reaksiyonu katalizleyen enzim anaerobik prokaryotlardan bilinen [Fe]-Hidrogenaz (Hidrojen:Ferrodoksin Oksidoredüktaz) enzimidir. Glikolizisten türevlenen piruvat. mitokondrilerde bulunan bu reaksiyonu katalizleyen enzimden farklı olan ve yine anaerobik prokaryotlarda bulunan, kısaca PFO (Piruvat:Ferrodoksin Oksidoredüktaz) adı verilen  enzimlerdir. Ferrodoksin oldukları belirlenen ve primitif elektron taşıma bileşiği olarak kabul edilen bir Fe-S proteini tarafından yakalanırlar. İndirgenmiş taşıyıcı ise elektronları, moleküler hidrojeni meydana getirmek üzere H⁺‘lara verir ve yeniden yükseltgenir. Yani burada elektron akışı ferrodoksinden [Fe]-Hidrogenaz’a doğrudur. Aerobik şartlarda ise O₂, elektron taşıyıcı proteini yeniden okside etmek için kullanılır ve H₂ oluşumu engellenir. H₂ üretimi Trichomonas’da, piruvat-ferrodoksin oksidoredüktaz’ın aktivitesi sonucunda oluşur. Bu verilerle uyumlu olarak anaerobik siliyat ve fungi hidrojenozomlarında da bu enzimler taşınır. Fakat zıt olarak, aerobik ökaryotlar, piruvat mekanizması için bu enzimlerle nonhomolog piruvat dehidrogenaz enzimi taşırlar ve mitokondrilerinde bulunan bu enzim piruvatı dekarboksiller. Elektronlar da elektron transport zinciri yardımıyla hidrojene değil oksijene aktarılır.

            Aeorobik bakterilerin tipik enzimleri olan [Fe]-Hidrogenaz ve PFO’ların hidrojenozomlarda bulunuşu, daha önce de belirtilmiş olan Trichomonas hidrojenozomlarının bir endosimbiyotik bakteriden kaynaklandığı tartışmasını hatırlatır. Fakat ne [Fe]-Hidrogenaz ne de PFO’lar yalnızca hidrojenozomlarda bulunmazlar. Bu nedenle organellerin orijinlerinin gösterilmesi için kesin bir kanıt oluşturmazlar. Euglena mitokondrileri C-terminalinde NADPH-sitokrom P450 redüktaz domeni bağlı PFO taşıyan bir füzyon proteini olan piruvat: NADP oksidoredüktaz taşır. Aynı füzyon proteini C.parvum’da da bulunmuştur. Fakat C.parvum’daki yerleşimleri bilinmemektedir. PFO’ların geniş bir kısmı ayrıca Saccharomy cescerevisiae’da da bulunmuştur ve bunların diğer redoks proteineri ile birlikte metiyonin sentezine katıldıkları görülmüştür. PFO ayrıca Entamoeba, Giordia ve Giordia ile yakın ilişkili Spironucleus’da bulunmuş fakat bu proteinlerin yerleşimleri gösterilememiştir.

            Hidrojenozom genomları ayrıca T.vaginalis’den, N.ovalis ve Trimyema sp. siliyatından, Neocallimastix frontalis L2 ve Piromyces sp.E2 fungilerinden klonlanmıştır. Bu genlerin hepsi öbakterilerde bulunup arkebakterilerde bulunmayan [Fe]-Hidrogenazın bir tipini kodlar. Chlorella fusca, Chlamydomonas reinhardtii ve Scenedesmus obliquus  gibi yeşil alglerin kroloplastlarında  bulunan [Fe]-Hidrogenazın kullanılmasıyla hidrojen sentezi gerçekleştirilir. Plastidlerin atası olan siyanobakterilerin hidrojen yapımı için nonhomolog [NiFe]-Hidrogenazı kullandığı düşünülecek olursa, bu yeşil alglerde [Fe]-Hidrogenazın bulunması şaşırtıcıdır. Siyanobakteri orjinli olmayan konak nukleusunun kodladığı [Fe]-hidrojenazlarının yerini orjinal endosimbiyot [NiFe]- hidrojenazlar almış gibi görünüyor.

            Giardia, Spinonucleus ve Entamoebo histolytica’da da bulunmuş Trichomanos enzimleri ile [Fe]-Hidrogenazı kodlayan genlerin yapısında benzerlik gözlenir. Fakat henüz bu enzimlerin intrasellüler yerleşimleri bilinmemektedir. Giardia hidrojenin küçük bir miktarını yapabilir. Bunun eliminasyonu redoks dengesinin bu türlerde sürdürülmesine yardım eder. Entamoebo ve Spinonucleus genom yapılarının Giardia genlerinin biriyle yakın benzerlik göstermesi bu türlerin de hidrojen yapabileceğini işaret eder.

            En şaşırtıcı olanı ise [Fe]-hidrojenaz proteinleriyle ilişkili kısa protein kodlayan genlerin insanlarda da bulunmasıdır. Bu genler NARF benzeri olarak adlandırılırlar. İnsanda bu proteinlerin nukleus yapısının sürdürülmesi için gerekli lamin proteinlerinin yapımında yer aldığı düşünülüyor. Fakat homolog maya Nar1p proteinleri ile yapılan çalışmalar bu proteinlerin başka bir rol aldığını ileri sürer. Laminlerin bloke edildiği mayalarda, ekstramitokondriyal Fe-S proteinlerinin sentezinin gerçekleştirildiği sitosolde Nar1p esansiyel bir protein olarak gözlenir. Yapılan tüm çalışmalar NARF-benzeri genlerinin, genomu henüz açıklanmış en küçük genomlu intraselluler mikrospor parasiti E. Cuniculi’den itibaren tüm ökaryotlarda bulunduğunu göstermektedir. [Fe]-hidrojenazın, tüm ökaryotlarda önemli rol oynayan NARF-benzeri proteinlerin bir şekli olduğu mümkün gibi görünmektedir.

            PFO ve [Fe]-Hidrojenaz genlerinin probakterilerde ortak olduğu gibi mitokondriyal endosimbiyonttan orijinlendiği tahmin edilmektedir. Filogenetik analizler bu hipotez için bir kanıt oluşturmaktadır. Birçok ökaryotik metabolik enzimler gibi, ökaryotik PFO’lar öbakteriyal enzimlerle arkebakterilere göre yapısal olarak daha benzerdir.  Üstelik yayınlanmış PFO ile yapılmış analizler, ökaryot enzimlerinin çok eski ortak orijinleriyle tutarlı olarak ökaryotik dizileri tek bir küme halinde geri getirir. Fakat ökaryotik PFO dizileri, alfa-proteobakterilerin dizileriyle yakın değillerdir. İlginç şekilde iki alfa-proteobakteriyal diziler ağaçta aynı kümede yer almaz. Bu da, öbakteriyal PFO genlerinin evolüsyonunun tek bir kopya genin vertikal mirası ile açıklanmasından daha karmaşık olduğu fikrini oluşturur.

            Ökaryotik [Fe]-hidrojenaz dizileri arasındaki ilişki iyi bir şekilde açıklanmamıştır. Ağaçta birlikte kümelenmesine rağmen, bu veri standart testlerin kullanılmasıyla ökaryotik dizilerin erken ve ortak orijinleri için oluşturulmuş, bu hipotezi kararlı bir şekilde reddedemez.

            [Fe]-hidrojenaz içeren örnek olarak verilmiş yeşil alg ve kitrit fungileri ata kabul eden hipotezle uyumlu olarak ökaryotik dizilerin tek tek kümelendirilmesindeki tutarlılık için kuvvetli bir destek vardır. Ncytotherus ve Trimyema siliyatların birlikte kümelenmesi bir parça ilgi çekicidir. Çünkü bu morfolojik olarak farklı türler, siliyat ağacında aerobik mitekondri içermelerine göre ayrılmışlardır. Bu, [Fe]-Hidrojenaz içeren aerobik siliyatlarla ortak bir atayı paylaştığını iddia eden hipotezle uyumludur. Böylelikle, siliyatlar tarafından yapılan hidrojenozomları açıklamaya yardımcı olur. Bu ağaç ökaryotik [Fe]-hidrojenazlar ile bir alfa proteobakteriler olan Rhodopseudomonas palustris’den tek dizi arasındaki yakın ilişkisi için bir kanıt oluşturmaz. Rhodopseudomonas dizileri delta-proteobakteri üyesi olan Desulfovibrio vulgaris’ten iki farklı [Fe]-Hidrojenazdan biri ile kümelendirilir. PFO için hazırlanan ağaç gibi, prokaryotik diziler için oluşturulmuş topoloji ağacını etkileyen bir gen duplikasyonu ve/veya horizontal gen transferi olduğuna dair kanıtlar vardır. Örneğin, Desulfovibrio species [Fe]-Hidrojenazları ortak özellikleri aynı kümede yer almaları gerektiğini işaret etse de, birlikte kümelenmezler.

6- SONUÇ, SPEKÜLASYON VE TAHMİNLER

            İlkel amitokondriyal protistlerin -Archezoa- hayta olduğu fikri ilgi çekicidir çünkü mitokondriyal endosimbiyont yutmuş bir konak hücreyi, ökaryotların atası kabul eden hipoteze inandırıcılık kazandırır. Mitokondriyal orijin genlerinin ve son zamanlarda mitokondriyal homologların keşfedilmesi Archezoa’ları anahtar tür kabul eden hipotezin reddedilmesine izin verir. Bütün ökaryotların ökaryotik evülasyonunda esas rol oynayan mitokondriyal endosimbiyosisi vurgulayan bir mitokondriyal atayı organel olarak taşıması mümkün gibi gözükmektedir. Hala ökaryotik ağaç için güvenilir kaynaklara ihtiyaç duyulmasına rağmen anaerobik ökaryotların mitokondrili anaerobik gruplardan tekrar tekrar ortaya çıktı aşikardır. Anaerobik ökaryotlar nadir olmadıkları gibi aynı zamanda daha önce düşünüldüğü gibi öncül canlılar değillerdir.

            Mitokondriyal fonksiyonlarla ilgili bilinenlerin çoğu ve ökaryotik hücre için mitokondrinin önemi maya, memeli ve bitki mitokondrileri tarafından belirtilmiştir. Oksidatif fosforilasyondan başka diğer önemli reaksiyonlari kreps siklusui hem biyosentezi, yağ asitlerinin β-oksidasyonlarını, amino asit biyosentezini ve demir sülfür (Fe/S)’ün sentezi ve taşınmasını içerir. Biyokimyasal ve genomik bilgilerden anlaşılacağı gibi hidrojenozom ve mitozomlar bu fonksiyonların belli bir kısmını gerçekleştirirler. Ökaryotik hücrenin endosimbiyotik kökenli bu bölmesinin temel önemi, biyokimyasal esnekliği ve organel azaltma sınırları ile ilgili önemli soruları akla getirir. Örneğin NCF proteinlerinin çeşitliliği, mitokonriyal metabolik çeşitliliği yansıtır. Parasitik olmayan ökaryotlar tipik olarak 30 ile 60 arasında MCF genine sahiptir. Fakat. E.histolytica, mitozomlarında ADP ve ATP transportunu gerçekleştiren MCF üyeleri dışındaki tüm MCF bakımından diğerlerine göre daha fazla yoksundur. Bu da Encepholitozoon mitozomunun ATP’yi nasıl sağladığı sorusunu akla getirir.

            Sellüler hayat için gerekli olan Fe/S proteinlerine insersiyonu için Fe/S gruplarının olgunlaşması, şu ana kadar maya hücrelerine özel mitokondriler için tek biyosentetik fonksiyondur. Bu yoldaki anahtar proteinler, sistin desülfataz (IscS) ve yapı iskeleti protein( IscU) mitokondriyal endosimbiyonttan kaynaklanmış olarak karşımıza çıkar. Fe/S grubunun olgunlaşması ve tanımı mitokondriyal homologların tümü için ortak bir fonksiyon olduğu tahmin edilmektedir.

            Bu prosesin anahtar genleri incelenen tüm ökaryotik genomlarında bulunur. Fakat yalnızca Trichomonas hidrojenozomlarının ve Giardia mitozomlarının tam anlamıyla bu yolağı içerdiği gösterilmemiştir. Entamoeba IscS ve IscU mitokondriyal homogları bakımından eksiktirler ve bunun yerine Campylobacterle ilişkili bakteri tarafından horizontal gen transferi yoluyla elde ettiği NifS ve NifU homolog proteinlerini taşırlar. Bu açıdan ökaryotlar içindeki en uzak türdür. Bu yolağın varlığı tüm mitokondriyal homoglarda ortak fonksiyon olan Fe/S grubunun kurulması hipotezinin test edilmesi için esastır.

            Şu ana kadar [Fe]-hidrojenaz ve PFO genlerinin mitokondriyal endosimbiyont kaynaklı mitokondrilerin hidrojenozomlara dönüşümüne aracılık ettiğine dair bir kanıt yoktur. Fakat filogenetik analizler erken ökaryotların PFO ve [Fe]-hidrojenazı içerdiği ve hidrojen yapabildiğini ifade eder. Bu iki protein, iki ökaryot grubunun çeşitli formlarında sitosole, hidrojenozoma, mitokondriye, plastitlere ve nukleusa hedeflenmeleri araştırılmıştır. Hidrojenaz ve PFO’nun mitokondriyal bölme için özel bir afinite göstermemesine rağmen, ökaryotlar arasında yaygın olması şüphesiz ökaryotların defalarca hidrojenozom oluşturulmasına katkıda bulunur.

            Ökaryotik [Fe]-hidrojenaz ve PFO’nun orijini ayrıca ökaryot metabolizmalarının çok azında kodlanan öbakteriyal benzeri genlerin orijinin irdeleyen sorunun da bir parçasını oluşturur. Bu genleri açıklamak için bir hipotez oluşturulmuştur. Bunların çoklu lateral transfer ile farklı prokaryotlardan kaynaklandığı ya da sekonder endosimbiyosis ile katılmış farklı ökaryotlardan miras kalmış olduğu düşünülmektedir. Tüm bu genomlar için bugüne kadar yapılan yayınlar, herhangi bir ökaryogenesis hipotezine kuvvetli bir kanıt oluşturmak için başarısız olmuştur. Archezoa’ların mirası aynı zamanda zaten ökaryot olan mitekondriyal endosimbiyont için konak olduklarından emin olabileceğimiz anlamına gelir.