Süngerler: Göründüğünden Çok Daha Fazlası

Son yıllarda süngerler (Porifera),bilim dünyasının dikkatini giderek daha fazla çeken canlılar arasında yer alıyor. Kimyadan moleküler biyolojiye kadar birçok alanda araştırmacılar, bu mütevazı deniz canlılarının peşine düşmüş durumda. Bunun en önemli nedeni ise süngerlerin adeta birer kimya laboratuvarı gibi çalışarak çok sayıda biyoaktif madde üretmesi. Özellikle ilaç geliştirme çalışmalarında büyük potansiyel taşıyan bu bileşikler, süngerleri biyoteknoloji açısından son derece değerli kılıyor. Artan bu ilgi, onların yalnızca bilimsel değil, aynı zamanda ticari önemini de hızla artırıyor.

En genel tanımıyla süngerler en ilkel metazoa grubunu oluşturan kutuplardan tropik sulara kadar dünyanın hemen hemen tüm okyanus ve denizlerinde dağılım gösteren çeşitli büyüklüklere sahip sesil organizmalardır. Grant tarafından 1836 yılında latince delik anlamına gelen Porus ve taşımak anlamını veren (Ferre) kelimelerinin birleştirilmesiyle Porifera olarak adlandırılmışlardır. Süngerler, hayatta kalan en basit ve en ilkel çok hücreli hayvan (Metazoa) gruplarından birini oluşturmaları nedeniyle Metazoa’nın kökenlerinin araştırılmasında kritik bir role sahiptir. Bu bakımdan süngerlerin diğer hayvanlara olan filogenetik ilişkisi uzun süredir devam eden bir tartışma kaynağı olmuştur. Filogenetik analizler, süngerleri evrim ağacından en erken ayrılan hayvan soyu olarak kabul etmiştir. Ancak son yıllarda yapılan araştırmalar sonucu, Ctenophoralar evrim ağacında en erken farklılaşan hayvan soyu olarak süngerlerin yerini almıştır. Bununla birlikte, süngerlerin en az 640 milyon yıl önce erken kambriyen döneminde diğer metazoalardan ayrıldığı bilinmektedir. Günümüzde dünya çapında yaklaşık 8500 tür ile temsil edilen süngerler, Calcarea, Hexactinellida, Homoscleromorpha ve Demospongiae olmak üzere toplam dört sınıfa sahiptir. İki farklı yaşam döngüsü olan süngerlerin larvaları pelajiktir, ergin gelişimlerini ise kendilerini bir yüzeye sabitleyerek tamamlarlar. Her ne kadar süngerlerin büyük bir kısmı sıkıca yapışabilecekleri sert zeminli bölgeleri yaşam alanı olarak tercih etse de kumlu ve çamurlu yumuşak diplerde yaşayabilen türleri de bilinmektedir. Bu süngerler kök benzeri kaideleri ile kumlu ve çamurlu yumuşak diplere kendilerini tespit ederler.

Süngerlerle ilgili ilk gözlemlerin geçmişini M.Ö. IV. yüzyıla tarihlendirebilmek mümkündür. Akdeniz’de süngerin kullanımına ilk işaretlere Mısır ve Fenike Medeniyetlerinde duvar ve çömlek süslemelerinde rastlanılmıştır. Millattan 2000 yıl önce Girit Adasında bulunan Fenike Kraliçesi Knassos’un mezar odasının duvarları süngerleri tasvir eden resimler ile süslenmiştir. Homeros Ilyada ve Odysseia adlı eserinde sünger avcılığından bahsetmiştir. Ayrıca Aristoteles (M.Ö. 384 – 322) asırlar öncesinde süngerin bir hayvan sınıfı olduğuna işaret etmektedir. İyi korunmuş bir banyo süngerine ise Makedonya’nın Vergina kasabasında yapılan arkeolojik kazılarda bir defin odasında rastlanılmış olup, bu mezarın 4. yüzyılda yaşayan Makedonya kralı Büyük İskenderin babası Kral 2. Philip’ e ait olduğu düşünülmektedir. Ticari süngerlerin en geniş anlamda kullanımı Roma imparotorluğu süresince gerçekleşmiş olup, Romalı askerler süngerleri Hijyen, zırh astarı ve su içme vasıtası olarak kullanmışlardır. Antik çağ hekimlerinden Hipokrat tıbbi çalışmalarının çoğunda süngerlerin hastalıklara çözüm olarak kullanımını anlatmıştır. Ayrıca literatürde 13. yüzyılda süngerlerden hazırlanan ilaçların kullanıldığına dair kayıtlar vardır. Bununla birlikte Suberites, Chondrosia gibi sünger türleri 17. Yüzyılda İtalyan yarımadasında yiyecek olarak da tüketildiği bilinmektedir. Akdeniz'de uzun bir geçmişe sahip olan ticari sünger avcılığı, geçtiğimiz yüzyılda diğer tropikal ve subtropikal bölgelere yayılmıştır. Sünger avcılığı, 20. yüzyılın başlarına gelindiğinde,  Batı Akdeniz’den Karayip ve Meksika körfezine kadar yaygın ve karlı bir sektör olarak görülmektedir. 20. Yüzyılın son çeyreğinde süngerlere duyulan yüksek talep ve daha sofistike sünger dalış ekipmanlarının geliştirilmesiyle ortaya çıkan aşırı avcılık sonucu sünger stokları büyük tahribatlar görmüştür. Bunlara ek olarak, ticari sünger popülasyonları üzerinde ara sıra ortaya çıkan yıkıcı etkilere yol açan salgın hastalıklar, birçok doğal sünger stokunun çökmesine ve Akdeniz’de banyo süngeri arzının dalgalanmasına yol açmıştır. Özetle, süngerler sahip oldukları özellikleri ile antik çağlardan itibaren yerini tutabilecek plastik süngerlerin üretildiği yirminci yüzyılın ortalarına kadar bir hammadde ve nihai ürün olarak ilgi görmüştür.

Süngerlerin kimyasal ekolojisi ile ilgili çalışmalar, süngerler tarafından üretilen kimyasal bileşiklerin çeşitliliği; bu metabolitlerin doğada potansiyel fonksiyonları ve nihayetinde insan yararı için kullandıkları stratejiler olmak üzere üç farklı kısımda ele alınmaktadır.

Süngerler dışarıdan bakıldığında hareketsiz ve basit canlılar gibi görünse de, aslında oldukça etkileyici bir “su işleme sistemi”ne sahiptir. Vücutlarının yüzeyi, por adı verilen binlerce mikroskobik delikle kaplıdır. Deniz suyu bu gözeneklerden içeri girer, süngerin içinde dallanıp budaklanan kanallar boyunca ilerler ve sonunda oskulum adı verilen daha büyük bir açıklıktan dışarı atılır.

Bu sürekli su akışı, süngerin hayatta kalmasının temelini oluşturur. Çünkü suyla birlikte gelen oksijen ve besinler, hücreler tarafından burada yakalanır. Bu sürecin merkezinde ise koanosit adı verilen özel hücreler bulunur. Kamçı benzeri yapıları sayesinde suyu hareket ettiren bu hücreler, aynı zamanda besin parçacıklarını yakalayarak süngerin beslenmesini sağlar.

Süngerin iç yapısı da en az bu sistem kadar ilginçtir. Dış yüzey, ince bir hücre tabakasıyla kaplıdır; iç kısımlarda ise jel kıvamında bir ara madde (mesohil) bulunur. Bu yapı, içinde farklı görevler üstlenen birçok hücreyi barındırır. Bazı hücreler besin taşırken, bazıları iskelet oluşturur, bazıları ise gerektiğinde başka hücrelere dönüşebilir.

Ayrıca süngerler, vücutlarında yaşayan mikroorganizmalarla yakın bir iş birliği içindedir. Bu simbiyotik ilişkiler, süngerlerin hem hayatta kalmasına hem de karmaşık kimyasal bileşikler üretmesine katkı sağlar.

Çoğu sünger, yapısal olarak da oldukça dayanıklıdır. Vücutlarını destekleyen iskelet sistemi; cam benzeri silikat ya da kalsiyum karbonattan oluşan küçük iğnecikler (spiküller) veya esnek protein liflerinden meydana gelir.

Süngerlerin sahip olduğu bazı biyoaktif metabolitler, vücutlarına başka organizmaların yapışmasını ve büyümesini engellemektedir. Günümüzde süngerlerin uyguladığı bu stratejiyi ele alan çevre dostu antifouling bileşiklerin geliştirilmesi için çalışmalar devam etmektedir.

Süngerler ilaç sanayisinin potansiyel uygulamalarında biyoteknolojik kaynak olarak kullanılan birçok biyoaktif bileşik ve ikincil metobolit madde oluşturması bakımından son yıllarda biyoteknoloji çevresinin artan ilgisini çekmektedir. Süngerler predatör ve ebiontlardan korunmak ve diğer bentik canlılarla yüzey alanı açısından rekabet etmek için biyoaktif bileşikler meydana getirerek kimyasal savunma sistemlerini oluşturmaktadır. Süngerlerde biyoaktif bileşiklerin tespit edilme çalışmaları 20. yüzyılın ortalarında başlamıştır. İlk kez Bergman ve Feeney isimli araştırmacılar 1949'da Karayip süngeri Cryptotethya crypta'nın nükleosidlerinden bazılarını (spongouridin ve spongthymidin) izole etmiştir. Bu nükleozitlerin antiviral özelliklere sahip olduğu ve bu nükleozitlerin sentezinin, Ara-A (herpes'e karşı aktif) ve Ara-C (lösemi tedavisinde etkili) üretimiyle sonuçlandığı görülmüştür. Özellikle, Amerika New Jerseyde bulunan Roche Farmakoloji Araştırma Enstitüsü çalışan bilim adamları, 1970'lerin ortalarında süngerlerin de dahil olduğu birçok deniz organizmasında bulunan kimyasal çeşitliliği ve ilaç keşif potansiyelini keşfetmeye başlamışlardır. 1965 den beri yapılan yüzlerce çalışma ile potansiyel farmasötik etkiye sahip olan  20.000'den fazla deniz kaynaklı kimyasal bulunmuştur. Süngerler ise sürekli olarak yeni keşfedilen biyoaktif bileşiklerin en üretken kaynağıdır. Günümüzde keşfedilen deniz türevli bu bileşiklerin 7.000'den fazlası süngerlerden elde edilmektedir. Son yıllarda ilaç endüstrisindeki gelişmeler, süngerlerden elde edilen biyoaktif maddelerin birçok hastalığın tedavisinde endike olduğunu göstermektedir. Örneğin antikanser özellik gösteren Celtodoryx, Chaetodoryx, Coelosphaera, Forcepia, Histodermella, Inflatella, Lepidosphaera ve Lissodendoryx genuslarınden izole edilen Halichondrin B (Hirata & Uemura 1986),Homophymia conferta türünden izole edilen ve mantar önleyici özellikte olan aurantoside A (Sata et al. 1999),Dysidea avara’dan izole edilen ateş düşürücü ve anti-psöriyatik etkiye sahip avarol bileşikleri (Ferrandiz et al. 1994) bazı önemli biyoaktif maddelerdir.

Süngerlerden elde edilen metobolitlerin kimyasal yapıları genellikle çok karmaşıktır. Örnek vermek gerekirse Lissodendoryx sp. türünden izole edilen Halichondrin B molekülü kimyasal olarak sentezlenebilmektedir, ancak gerekli olan reaksiyon adımlarının sayısının çok fazla olması bu bileşiğin kimyasal sentez ile üretimi için uygun bir seçenek olmamaktadır.

Sünger ve sünger simbiyontlarından biyoaktif bileşikler üretmek için kullanılan çeşitli stratejiler bulunmaktadır. Bu ürünleri sünger-simbiyont kültürlerinden elde etme çabalarına ek olarak, biyoaktif bileşiklerin üretimi için önemli olan büyük gen fragmanlarının tanımlandığı ve uygun bir konakçıya aktarıldığı metagenomik yaklaşımlar da tanımlanmıştır. Ancak, önemli ilerlemelere rağmen, sünger biyoaktif bileşiklerin laboratuvar şartlarında üretilmesi için uygulanabilir teknolojilere henüz ulaşılmamıştır.

Süngerlerde bulunan ikincil metobolitlerin süngerlerle simbiyotik ilişkide olan mikroorganizmalar tarafından üretildiği bilinmektedir. Alkaloidler, poliketitler, terpenoidler ve diğer biyoaktif ürünleri içeren bu bileşikler, büyük potansiyel farmakolojik özellikleri nedeniyle önemli bir ticari değere sahiptirler. Elde edilen bu ikincil metobolitlerin biyoaktif özellikleri antibakteriyel, antifungal, antitümör ve antiviral olmak üzere geniş bir yelpazede yer almaktadır.

Bugün süngerler, ürettikleri sayısız biyoaktif bileşik sayesinde yalnızca bilimsel merakın değil, aynı zamanda küresel ilaç endüstrisinin de odağında yer alıyor. Ancak bu potansiyelin gerçek anlamda kullanılabilmesi, bu bileşiklerin doğaya zarar vermeden ve sürdürülebilir şekilde üretilebilmesine bağlı. Bu alandaki teknolojik gelişmeler, süngerleri geleceğin ilaçlarının vazgeçilmez kaynaklarından biri haline getirebilir.

Hiç kuşkusuz, denizin dibinde sessizce yaşayan bu canlılar, insanlığın henüz keşfetmediği tedavilerin anahtarını taşıyor olabilir.

Bu nedenle, Türkiye denizlerinde süngerler üzerine yapılacak çalışmalar yalnızca biyolojik çeşitliliğin ortaya konması açısından değil, aynı zamanda geleceğin ilaçlarına giden yolu aydınlatması bakımından da büyük önem taşımaktadır.

Kaynakça

Bergquist, P. R., 1978, Sponges. Berkeley, CA: University of California Press, 275 p.

Blunt, J. W., Copp, B. R., Keyzers, R. A., Munroa, M. H., & Prinsepd, M. R. (2016). Natural product reports. Nat Prod Rep, 33, 382-431.

Brümmer, F., Nickel, M. (2003) Sustainable Use of Marine Resources: Cultivation of Sponges. In: Müller WEG (ed) Sponges (Porifera). Springer Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg, pp 143–162

Ferrandiz, M.L., Sanz, M.J., Bustos, G., (1994) Avarol and Avarone, 2 New Antiinflammatory Agents of Marine Origin. Eur J Pharmacol 253:75–82. doi: Doi 10.1016/0014-2999(94)90759-5

Hayashi K, Hamada Y, Shioiri T (1992) Synthesis of nazumamide A, a thrombin-inhibitory linear tetrapeptide, from a marine sponge, Theonella sp. Tetrahedron Lett 33:5075–5076. doi: 10.1016/S0040-4039(00)61193-0

Hirata Y, Uemura D (1986) Halichondrins – antitumor polyether macrolides from a marine sponge. Pure App! Chem 58:701–710. doi: 10.1351/pac198658050701

Hooper, J. N., Van Soest, R. W., & Debrenne, F. (2002). Phylum Porifera Grant, 1836. In Systema Porifera (pp. 9-13). Springer, Boston, MA

Morris, S.C., (1998). Early metazoan evolution: reconciling paleontology and molecular biology. American Zoologist, 38(6),pp.867-877.doi: 10.1093/icb/38.6.867.

Pawlik, J. R., Chanas, B., Toonen, R. J., & Fenical, W. (1995). Defenses of Caribbean sponges against predatory reef fish. I. Chemical deterrency. Marine Ecology Progress Series, 183-194.

Piel J, Hui D, Wen G, et al (2004) Antitumor polyketide biosynthesis by an uncultivated bacterial symbiont of the marine sponge Theonella swinhoei. Proc Natl Acad Sci U S A 101:16222–16227. doi: 10.1073/pnas.0405976101

Piel, J. (2006) Bacterial symbionts: prospects for the sustainable production of invertebrate-derived pharmaceuticals. Curr. Med. Chem. 13, 39–50

Pomponi, S. A., (2006). Biology of the Porifera: cell culture. Can J Zool 84:167–174. doi: 10.1139/z05-188.

Pronzato, R., Manconi, R. (2008). Mediterranean commercial sponges: over 5000 years of natural history and cultural heritage. Mar Ecol 29:146–166. doi: 10.1111/j.1439-0485.2008.00235.x

Rützler, K. (1996). Sponge diving - Professional but not for profit. Department of Invertebrate Zoology National Museum of Natural History Smithsonian Institution Washington, DC 20560 USA

Ryan, J.F., Pang, K., Schnitzler, C.E. (2013) The genome of the ctenophore Mnemiopsis leidyi and its implications for cell type evolution. Science (80- ) 342:1242592. doi: 10.1126/science.1242592.

Sata, N.U., Matsunaga, S., Fusetani, N., Van Soest, R.W.M. (1999) Aurantosides D, E, and F: New antifungal tetramic acid glycosides from the marine sponge Siliquariaspongia japonica. J Nat Prod 62:969–971. doi: 10.1021/np9900021

Steinert, Georg, Carla Huete Stauffer, Nele Aas-Valleriani, Erik Borchert, Agneya Bhushan, Alexandra Campbell, Maryam Chaib De Mares et al. "BluePharmTrain: Biology and Biotechnology of Marine Sponges." In Grand Challenges in Marine Biotechnology, pp. 505-553. Springer, Cham, 2018.

Stevely, J.M., Sweat, D.E., Bert, T.M. (2010). Commercial Bath Sponge (Spongia and Hippospongia) and Total Sponge Community Abundance and Biomass Estimates in the Florida Middle and Upper Keys, USA Estimaciones de la Biomasa en los Cayos Central y Superior del Estado de Florida, EE. UU, de Espon. Proc Gulf Caribb Fish Institue 62:394– 403.

Taylor MW, Radax R, Steger D, Wagner M (2007) Sponge-Associated Microorganisms: Evolution, Ecology, and Biotechnological Potential. Microbiol Mol Biol Rev 71:295–347. doi: 10.1128/MMBR.00040-06

Van Soest, R. W. M., Boury–Esnault, N., Hooper, J. N. A., Rützler, K., de Voogd, N. J.,Alvarezde de Glasby, B., Hajdu, E., Pisera, A. B., Manconi, R., Schoenberg, C., Janussen, D., Tabachnick, K. R., Klautau, M., Picton, B., and Kelly, M., (2018). World Porifera Database. http://www.marinespecies.org/porifera.

Voultsiadou, E. (2007). Sponges: an historical survey of their knowledge in Greek antiquity. Journal of the Marine Biological Association of the United Kingdom, 87(6),1757-1763.

Voultsiadou E (2010) Therapeutic properties and uses of marine invertebrates in the ancient Greek world and early Byzantium. J Ethnopharmacol 130:237–247. doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.jep.2010.04.041

Voultsiadou, E., Dailianis, T., Antoniadou, C., Vafidis, D., Dounas, C., & Chintiroglou, C. C. (2011). Aegean bath sponges: historical data and current status. Reviews in Fisheries Science, 19(1),34-51.

Wehrl, M., Steinert, M., Hentschel, U. (2007) Bacterial uptake by the marine sponge Aplysina aerophoba. Microb Ecol 53:355–365. doi: 10.1007/s00248-006-9090-4

Weaver, J. C., Aizenberg, J., Fantner, G. E., Kisailus, D., Woesz, A., Allen, P., Fields, K., Porter, M. J. and Zok, F. W., (2007). Hierarchical assembly of the siliceous skeletal lattice of the hexaktinellid sponge Euplectella aspergillum. Journal of Structural Biology, 158: 93–106.

Wijffels, R. H. (2008). Potential of sponges and microalgae for marine biotechnology. Trends in biotechnology, 26(1),26-31.