MİKROBİYOLOJİ İÇİNDEKİLER TEMEL MİKROBİYOLOJİ. Mikroorganizmaların Sınıflandırılması...3 Temel Bakteriyoloji...5 BAKTERİYOLOJİ
Download "MİKROBİYOLOJİ İÇİNDEKİLER TEMEL MİKROBİYOLOJİ. Mikroorganizmaların Sınıflandırılması...3 Temel Bakteriyoloji...5 BAKTERİYOLOJİ"
2 2 İÇİNDEKİLER TEMEL Mikroorganizmaların Sınıflandırılması...3 Temel Bakteriyoloji...5 BAKTERİYOLOJİ Normal Vücut Florası (Nerede Ne Var?)...33 İnfeksiyon Patogenezinde Önemli Tanımlar...34 Gram Negatif Enterik Bakteriler (Enterobacteriaceae)...35 Oksidaz Pozitif, Kıvrık, Gram Negatif Basiller...46 Vibrionaceae...46 Campylobacteriaceae...51 Fakültatif Anaerop, Gram Negatif Basiller (Pasteurellaceae)...53 Aerop Gram Negatif Kokobasiller...56 Non-Fermantatif Gram Negatif Basiller...62 Kolaylaştırıcı Faktörler-Etken İlişkisi...65 Çeşitli Gram Negatif Bakteriler...67 Gram Negatif Koklar...73 Gram Pozitif Koklar...78 Stafilokoklar...78 İnfektif Endokarditler...82 Streptokoklar...84 Sporlu, Gram Pozitif, Aerop Basiller Bacillus...92 Sporlu, Gram Pozitif, Anaerop Basiller Clostridium...94 Gazlı Genlerin Etkenleri...99 Gram Negatif, Anaerop Basiller Gram Pozitif Anaerop Koklar Gram Pozitif, Sporsuz, Anaerop Basiller Actinomycer Çeşitli Gram Pozitif Aerop Basiller Topuz Bakteri Mikobakteriler Spiroketler Treponema Borrelia Leptospıraceae Rickettsiales Rickettsıaceae Bartonellaceae...124
3 3 Chlamydiales Myceplasmatales Diğer Mikoplazma Türleri ve İlgili Hastalıklar TEMEL MİKROORGANİZMALARIN SINIFLANDIRILMASI 1. SELLÜLER MİKROORGANİZMALAR: a. Ökaryotik Mikroorganizmalar: Tek Hücreliler (>2 µm): Protozoonlar (ör. Plasmodium türleri) Maya mantarları (ör. Cryptococcus neoformans) Çok Hücreliler: Helmintler (ör. Taenia saginata) Küf mantarları (ör. Aspergillus fumigatus) b. Prokaryotik Mikroorganizmalar (0.2-5 µm): Arkebakteriler Siyanobakteriler (mavi-yeşil algler) Bakteriler: Öbakteriler (ör. Salmonella typhi) Spiroketler (ör. Borrelia recurrentis) Riketsiyalar (ör. Coxiella burnetii) Klamidyalar (ör. Chlamydia pneumoniae) Mikoplazmalar (ör. Mycoplasma hominis) 2. ASELLÜLER MİKROORGANİZMALAR: a. Virüsler ( nm): İlgili bölümde anlatılacaktır. b. Viroidler, virüsoidler (<5 nm): Kapsidsiz, tek sarmal, nükleotid bulunduran kısa RNA molekülleridir. Viroidin RNA molekülü, 3 ve 5 uçlarındaki tekrarlı dizilim özellikleri nedeniyle, diğer çıplak RNA lara göre nükleazlara daha dirençlidir. Konak nükleusunda replike olurlar. Genomları herhangi bir proteini kodlayamaz. Bazı bitki
4 4 hastalıklarının etkenidirler. Hepatit D virüsü (HDV), bu yapıya çok benzeyen tek insan hastalık etkenidir. Viroidlerden farkı, genomlarının, bir yapısal protein olan delta antijenini (HDAg) de kodlayabilmesidir. Bu nedenle HDV viroid değil, bir virüsoid olarak tanımlanabilir. c. Prionlar ( 5 nm): Nükleik asit içermeyen, dolayısıyla nükleazlara ve ultraviyole ışınlarına dirençli, siyaloglikoprotein (amiloid) yapılardır. İki tür prion bilinmektedir: Sellüler Prionlar: İnsanların sinir hücrelerinde sentezlenen yapılardır. Hücrelerin yüzeyinde bulunurlar. Fazla sayıda alfa sarmal ve az oranda düzleşmiş kısımlar (beta yapraklar) içerirler. İnsanda, 20. kromozomun kısa kolundaki PRNP geni tarafından kodlanırlar. Helikal şekilli, yumuşak amiloid protein yapılardır. En fazla insan merkez sinir sistemi hücrelerinde bulunurlar. Bu tipteki prionlar (sellüler prion proteinleri, PrP c ), biyolojik ömürlerini tamamladıktan sonra siyalik asitlerini kaybederler. Proteazlarca kolayca parçalanırlar, ortamdan uzaklaştırılırlar. Tüm insanlarda aynı moleküler yapıda oldukları için immünojenitesinden söz edilemez. Antikor sentezini uyarmazlar. Normalde PrP c ; kas ve sinapslardaki repolarizasyon eylemlerinin sürdürülmesinde, uykunun düzenlenmesinde, bazı hormonal etkinliklerde ve beyinde bakır bağlanmasını sağlayarak (antioksidanlara benzer etki ile) yaşa bağımlı bunamanın önlenmesinde rol oynarlar. Patojen Prionlar: Esasen PrP c ile aynı aminoasit diziliminde olmakla birlikte, bazı bölümlerinde helikal yapısı düzleşmiş ve sertleşmiş, beta yaprak oranı artmış prionlardır (Scrapie prion proteinleri, PrP Sc ). Aminoasit farklılığı bulunmadığı için, insanda bunlara karşı da antikor veya inflamasyon gelişimi söz konusu değildir. Kıvam ve üç boyutlu görünüm (konformasyon) farkları nedeniyle doğal proteazlara dirençli hal alırlar. Direnç özellikleri şunlardır: Bu kaynak drtus.com da yayınlanmaktadır. Kuru hava ile sterilizasyona, C da 60 dakikada otoklav sterilizasyonuna, C da 4.5 saatte otoklav sterilizasyonuna ve Deterjanlara dirençlidirler. Kontamine tıbbi aletlerin; en az bir saat süre ile 1 N NaOH içinde bekletilmesi ve sonra normalden daha uzun süre (bir saat) otoklav sterilizasyonundan geçirilmesi önerilmektedir. SELLÜLER VE PATOJEN PRİONLAR ARASINDAKİ FARKLAR Sellüler (PrP c ) Patojen (PrP Sc ) Şekil Çoğunlukla helikal (α sarmal) yapıdadır Fazlaca düz (β yaprak) bölgeler içerir Yapı Yumuşak amiloid Sert amiloid İnsan proteazlarına Duyarlı Dirençli ÖKARYOTİK VE PROKARYOTİK MİKROORGANİZMALAR ARASINDAKİ YAPISAL FARKLAR ÖZELLİK ÖKARYOT PROKARYOT Nükleus membranı Vardır Bulunmaz Nükleolus Vardır Bulunmaz DNA Histon proteinleri ile birbirine bağlanmış çok sayıda doğrusal ipçik. Bir tek, kapalı çembersi ipçiktir, histon içermez. Ribozomlar 80 S (60S+40S). 70 S (50S+30S). Sitoplazmik membranda sterol İçerir. Mikoplazma hariç yoktur.
5 5 Hücre duvarı Mitokondriyon Funguslarda sellülozik, kitinli; hayvan ve protozoonda yoktur İçerir. Kendi ribozomu (bakteriler gibi 70S li) ve genomu vardır. Peptidoglikan içerir, mikoplazmada bulunmaz. Bulunmaz Golgi cihazı Dış ortama boşaltım işlevi Bulunmaz Endoplazmik retikulum Granüllü (GER): Çevresinde ribozom içerir; protein sentezi, iletimi yapılır. İnsanda MHC ler buradadır. Düz (DER): Glikojen, lipid ve steroid sentez ve iletim yeridir. Bulunmaz TEMEL BAKTERİYOLOJİ Bakteriler tek hücreli canlılardır. Mikoplazmalar gibi küçük bir virüs iriliğinde (50 nm) olanları varsa da, genelde bir-birkaç µm büyüklüğündedirler. Bakterilerin tanımlanmasında, öncelikle şekilleri ve Gram boyası ile boyanma özellikleri kullanılır. Bazı bakteriler değişken şekiller sergileyebilirler (pleomorfizm, çok biçimlilik; ör. mikoplazmalar). Bunlar dışındaki bakteriler, şekillerine göre üç grup altında toplanabilirler: Yuvarlak Yapılılar (Koklar): µm çapındadırlar. Ürerken ayrılmayıp, ikili (diplokok, Neisseria türleri), düzensiz kümeler halinde (üzüm salkımı gibi, stafilokok) veya bir çizgi boyunca (zincir biçiminde, streptokok) bulunabilirler. Çomak Şeklinde Olanlar (Basiller): Örneğin Salmonella, Shigella, Pseudomonas türleri basil şekilli bakterilerdir. Sarmal Biçimliler: Spiroketler bu şekildedirler. TIPTA ÖNEMLİ BAZI BAKTERİLERİN LİSTESİ VE MORFOLOJİLERİ GRAM POZİTİF BAKTERİLER GRAM NEGATİF BAKTERİLER Stafilokok Neisseria KOK Streptokok DİPLOKOK Moraxella Mikrokok Veillonella DİPLOKOK Pnömokok Enterobacteriaceae (A grubu dışı Enterokok Vibrio Streptokoklar) Grup B streptokoklar Aeromonas Bacillus (sporlu, aerop) Clostridium (sporlu, anaerop) Mycobacterium Actinomyces BASİL Campylobacter Pseudomonas Acinetobacter Bacteroides BASİL Nocardia (aerop Actinomyces) Corynebacterium Legionella Brucella Listeria Gardnerella Erysipelothrix Lactobacillus KOKOBASİL Bordatella Haemophilus Francisella Pasteurella
6 6 BAKTERİ HÜCRESİNİN YAPISI SİTOPLAZMA Nükleoid bölgesi: Bakteri nükleusunu (kromozomunu, DNA sını) barındıran orta bölümdür. Amorf matriks: Nükleoid bölgesinin çevresinde, hücre yaşamı için vazgeçilemez yapılar bulunan amorf bir matriks yer alır. Başlıca içerikleri şunlardır: Protein ve nükleik asit yapımının sürdürülebilmesi için gerekli olan karbon kaynakları; polisakkaridler, lipidler ve inklüzyon cisimcikleri, İnorganik iyonlar, Metabolitler, Granüller: Ör. Corynebacterium türlerinde volutin granülleri (Ernst-Babes cisimcikleri, metakromatik cisimcikler) yer alır. Bunlar yüksek enerji taşıyan fosfat bağları içeren enerji depoları, polifosfat granülleridir. Bu bölgede bulunan submikroskopik partiküllerin en önemlisi ribozomlardır (10-20 nm çaplı RNA, rrna). Tüm hücre RNA'sının %80'ini oluştururlar, protein sentezinde rol oynarlar. NÜKLEUS Bakteriyel DNA, sitoplazmik membrana bir noktadan (mezozom) tutunarak sitoplazma içine kıvrımlar halinde uzanan tek bir kromozomdan ibarettir. Bakterilerin DNA sı; kapalı, çembersel, çift sarmal bir zincirdir. Açılmış haldeyken 1 milimetre uzunluktadır. Bakterilerde DNA jiraz (topoizomeraz II) enzimi, kromozomun birkaç mikrometre irilikteki bakteri hücresi içine sığmasını, süpersarmal hale gelmesini sağlar. İki DNA zincirinden birini kopararak süpersarmalin hem açılmasında hem de kıvrılmasında görev alır. HÜCRE ZARFI Bakterilerin hücre zarfı iki ana yapı içerir: 1. Sitoplazmik membran 2. Hücre çeperi: Hücre duvarı, Kapsül, glikokaliks, slime tabaka. Sitoplazmik Membran Tüm canlı hücrelerinde olduğu gibi, bakteri hücresinde de sitoplazmayı saran, yaklaşık 8 nanometre kalınlığındaki bu yapı, iki lipid ve aralarında bulunan bir protein tabakadan oluşur.
7 7 Mikoplazmalar dışında kalan diğer hiçbir prokaryot hücrenin sitoplazmik membranında sterol bulunmaz. Sitoplazmik membran, hücre içine doğru katlantılar yaparak mezozomları oluşturur: 1. Septal mezozom: Bakteri DNA sının tutunduğu yerdir. Hücre bölünmesi buradan başlar. 2. Lateral mezozom: Plazmid eşletilmesi, beta laktamaz enzim sentezi ve spor oluşumunda görev alır. Sitoplazmik membran beyin takımı, hücre çeperi ise koruma görevlisi gibi düşünülebilir. Sitoplazmik membranın başlıca görevleri şunlardır: Gerekli moleküllerin bakteri hücresi içine aktif-pasif transportunu, böylece de ozmotik basıncı düzenler. Seçici geçirgendir. Hidrofilik moleküllerin geçişine engel olan hidrofobik bir bariyerdir. Oksidatif fosforilasyon: Aerop bakterilerde, elektron transport enzimleri (sitokrom oksidaz, dehidrogenaz vb.) burada yer alır. Hidrolitik ekzoenzimlerin ve ekzotoksinlerin ekskresyonunu düzenler. Penisilinaz gibi madde parçalayıcı enzimlerin sekresyonu buradan yapılır. Penisilinazlar gram pozitif bakterilerde çevreye, gram negatiflerde ise periplazmik aralığa salgılanır. Biyosentez: Hücre duvarı sentezinin son aşamasında kullanılacak olan enzimler de sitoplazmik membranda yer alır. Sitoplazmada yapımı tamamlanan öncü maddeler burada birleştirilerek hücre duvarı sentezi tamamlanır. DNA sentezinde kullanılan bazı proteinler ve duvar fosfolipidlerinin sentezi için gerekli enzimler de burada bulunmaktadır. Kemotaksi ve duyusal olaylar için gerekli reseptörler burada bulunur. Yararlıya doğru ya da zararlıdan uzağa hareketlenme, burada bulunan flajellalarla sağlanır. Lipofilik ve hidrofilik maddeler içeren deterjanlar sitoplazmik membranı tahrip eder, hücre ölür. Polimiksinler de bu deterjanlarla yapısal benzerlik gösterirler. Sitoplazmik membranın temel yapısal komponenti olan fosfatidil-etanolamin'i selektif olarak tahrip ederler. Nalidiksik asit ve novobiosin sitoplazmik membranda yürütülmekte olan biyosentezi bozarak, DNA sentezini inhibe eder. Novobiosin, ek olarak gram pozitif bakterilerde teikoik asit sentezini de engeller. Hücre Duvarı A. Dış membran B. Periplazmik aralık Hücre duvarı, mikoplazmalar ve hücre duvarını geçici olarak kaybetmiş bakteriler hariç, tüm bakterilerde bulunur. Bakterinin boyanma özelliğini ve şeklini belirler. Bakterilerin dış ortamdan ve antimikrobiyallerden
8 8 korunmalarında çok önemlidir. Gram pozitif bakterilerde, gram negatif olanlara göre daha kalındır. Dış ortamdaki maddelerin, iriliklerine ( 1 nm) bağlı olarak hücre içine girişine elveren, ancak seçiciliği bulunmayan (non-selektif) bir geçirgenlik söz konusudur. Gram pozitif bakterilerin hücre duvarı: Gram pozitif bakterilerin peptidoglikan tabakası içinde, kuru duvar ağırlığının hemen hemen yarısını oluşturan teikoik asit molekülleri yer alır. İki tür teikoik asit yapısı vardır: Ribitol teikoik asit: Hücre duvarı içinden, bir ucu ile NAMA ya bağlı olarak başlar. Hücre dışına doğru uzanır (duvar teikoik asidi). Çoğu gram pozitif bakteride bulunur. Gliserol teikoik asit: Bir ucu ile sitoplazmik membrandaki glikolipidlere yapışmış haldedir. Buradan hücre dışına uzanır (membran teikoik asidi, lipoteikoik asit, LTA). Gliserol teikoik asit, tüm gram pozitif bakterilerde bulunur. Gram pozitif bakterilerin en önemli yüzeyel antijenik determinantıdır. Teikoik asitler, örneğin stafilokoklar ve streptokoklarda, memeli hücresi reseptörlerine (fibronektin) yapışma elemanıdırlar. Bakteriyofajlar için de reseptör niteliğindedirler. Gram negatif bakterilerde bulunmazlar. Gram pozitif bakterilerin üreme ortamlarındaki fosfat konsantrasyonu gereğinden daha düşük ise teikoik asitler oluşamaz. Bunların yerini, benzer moleküller olan teikronik asitler alır. Gram negatif bakterilerin hücre duvarı: Periplazmik aralık: Gram negatif bakterilere özgü bir yapıdır. İçinde peptidoglikan tabaka ve periplazmik jel bulunur. Periplazmik jel, bakteri metabolizmasında görevli olan; proteaz, hidrolitik enzimler (alkalen fosfataz, 5 nükleotidaz vb.), lipaz, karbonhidrat parçalayıcı enzimler, nükleazlar, hyalüronidaz ve kollajenaz gibi enzimler içerir. Burada ayrıca, beta laktamaz ve aminoglikozid fosforilaz gibi direnç enzimleri bulunur. Metabolizmada görev alan bu bölgedeki enzimler, hücre dışından alınan ve belirli iriliğe kadar küçültülmüş molekülleri daha küçük boyutlara kadar parçalarlar. Bu bölgede, peptidoglikan tabakasının yapımında, transpeptidasyon aşamasında görev alan PBP ler de bulunur. PBP ler, sitoplazmik membranın hücre duvarı tarafındaki yüzüne otururlar. Periplazmik aralığa doğru uzanırlar. Buraya ulaşmış olan peptidoglikan zinciri prekürsörlerine çapraz bağlar yaparak hücre duvarı sentezini tamamlarlar. Sentezlenerek burada biriktirilmiş halde bulunan beta laktamaz molekülleri, gram pozitif bakterilere oranla oldukça iyi korunmaktadır. Yüksek dozda verilse de beta laktamlı antimikrobiyaller, hücre duvarı içine gizlenmiş konsantre haldeki beta laktamazları tüketemezler. Böylece sitoplazmik membran dış kısmında bulunan PBP lere bağlanamazlar. Sonuçta da peptidoglikan sentezi engellenememiş olur. Gram pozitif bakterilerde ise beta laktamaz enzimleri hücre dışına salınır. Dolayısıyla korunma altına alınmamıştır. Örneğin, metisiline dirençli (MRSA) olmadıkça, Staphylococcus aureus (metisiline duyarlı, MSSA) infeksiyonlarının tedavisinde yüksek dozda penisilin ile başarılı olunabilir. Dış membran: Üç önemli yapı içerir. a) Fosfolipid tabaka: Hücreyi dış ortamın safra tuzu ve hidrolitik enzimlerinden korur. b) Lipopolisakkarid (LPS) tabaka: Gram negatif bakterilerin endotoksini ve majör antijenik yapısıdır. Porin proteinleri gibi, bazı bakteriyofajlar için reseptör olma olasılığı vardır. İki kısımdan oluşur: Lipopolisakkarid tabakanın, dış membran fosfolipid tabakasına gömülü halde bulunan parçası Lipid-A dır. Lipid-A, bir disakkarid molekülü ve buna bağlı halde bulunan uzun zincirli yağ asitlerinden oluşan kompleks bir yapıdır. Bu uzun zincirli yağ asitlerinden β-hidroksimiristik asit, Lipid-A ya özgüdür ve genellikle tüm gram negatif bakterilerde bulunur. Lipid-A, gram negatif bakteri endotoksininin toksisiteden sorumlu parçasıdır.
9 9 Lipopolisakkarid tabakanın, hücre duvarının dışına doğru uzanan diğer parçasına polisakkarid tabaka adı verilir. Bu tabaka, kor polisakkaridi ve hidrofilik özellikteki O antijeninin birlikteliği ile meydana gelmiştir. O antijeni (somatik antijen, majör yüzey antijeni), haptenik bir moleküldür. c) Porin proteinleri: Hücre duvarı, lipidden zengindir. Başka bir önlem alınmamış olsaydı, bu hali ile hidrofilik maddelerin girişine izin vermezdi. Bu sakıncalı durumdan kurtulmak için dış membranı boydan boya geçen kanalcıklar kurgulanmıştır. Bu kanallara por proteinleri (porinler) ya da dış membran proteinleri (Omp) adı verilmektedir. Gram negatif bakterilerde por proteinleri, bazı bakteriyofajların ve seks piluslarının bakteriye yapışma bölgesidir, yani reseptörüdür. Antimikrobiyallerin bakteri içine girip hedef yapıya ulaşabilmesinde; duvarın yapısı (lipidli/lipidsiz) ve ilacın moleküler büyüklüğü önemlidir. Porinler, bazı büyük moleküllü antimikrobiyallerin (vankomisin) hücre içine geçişini yavaşlatırlar ya da önlerler; duvardaki aşırı lipid de vankomisinin yapısını bozar. Küçük bir molekül olan imipenem, çoğu gram negatif bakterinin porinlerinden kolaylıkla içeriye penetre olabilir. Geniş bir gram negatif spektruma sahiptir. Pseudomonas aeruginosa, porin çapı değişimleri ile imipenem gibi küçük moleküllü antimikrobiyallerin dahi hücre içine girişini engelleyebilmiştir. Bu durumda, hücre içine bazı besin maddeleri de giremez. Bu nedenle, Pseudomonas aeruginosa minimal enerji gereksinimine adapte olmuş bir bakteri türüdür. Peptidoglikan tabaka: Psödomurein bulunduran Arkebakteriler dışında, hücre duvarı bulunan tüm bakterilerde sağlamlık ve direnci sağlayan en önemli hücre duvarı tabakası, peptidoglikan (murein, mukopeptid) katmanıdır. Bakterilere özgü bir yapıdır; diğer canlılarda bulunmaz. Peptidoglikan, gram pozitif bakterilerde hücre duvarı kuru ağırlığının %50'sini (%40-80), gram negatif bakterilerde ise %5-10'unu oluşturur. Gram negatif bakterilerde genelde tek katlı (~ 2 nm), gram pozitif bakterilerde ise çok katlıdır (15-80 nm). Peptidoglikan tabaka, aminoasit ve şeker polimerlerinden oluşur. Ana çatı; N-asetil muramik asit (NAMA) ve N-asetil glukozamin (NAGA) moleküllerinin yan yana dizilimi ile meydana getirilmiş olan polisakkarid zincirlerinden ibarettir. Yan yana bulunan her bir NAMA ve NAGA molekülü, β (1,4) glikozid bağları ile birbirine bağlanarak bu polisakkarid zincirlerini oluştururlar. Bu bağlar, insanların idrar ve beyin-omurilik sıvısı (BOS) hariç; ter, göz yaşı ve mukus gibi salgılarında bulunan, organizmanın nonspesifik bağışık yanıt elemanlarından olan ve ayrıca nötrofil fagositozu ile bakteri öldürülmesinde önemli rol oynayan lizozim enziminin (muramidaz) hedefidir.
10 10 Peptidoglikan Sentezi Birinci aşama: Sitoplazmada NAGA ve NAMA prekürsörleri sentezlenir. İkinci aşama: Sitoplazmada, NAMA moleküllerine, beş aminoasitten oluşan yan zincirler (pentapeptid molekülleri) eklenir. Üçüncü aşama (transpeptidasyon): Yeni ve eski peptidoglikan zincirleri, belirli aminoasitlerin peptid bağları ile çapraz olarak bağlanmaları sonucunda, bütünleşir. Transpeptidasyon eylemi; transpeptidaz, endopeptidaz ve karboksipeptidaz ismindeki enzimlerce yerine getirilir. Bu enzimler, beta laktam antimikrobiyallerin ana hedefi olduklarından, penisilin bağlayan proteinler (PBP) olarak anılırlar. Sitoplazmada yürütülmekte olan peptidoglikan sentezi sırasında, yan yana duran polisakkarid zincirleri arasında, çapraz peptid bağları oluşturulmuştur. Çapraz bağlar, her bir polisakkarid zincirindeki NAMA moleküllerinde bulunan pentapeptid molekülleri arasına konulmuştur. Sözü edilen bu pentapeptid molekülleri, peptid bağları için birer köprü ayağı konumundadırlar. Pentapeptidde yer alan aminoasitler şu sıra ile dizilmişlerdir: 1. pozisyon: Tüm bakterilerde NAMA ya en yakın pozisyonda L-alanin bulunur. 2. pozisyon: Tüm bakterilerde D-glutamik asit bulunur. 3. pozisyon: Gram negatif bakterilerde mezodiaminopimelik asit bulunur. Gram pozitif bakterilerde çoğunlukla L-lizin bulunur. 4. pozisyon: Tüm bakterilerde bu pozisyonda D-alanin bulunur. 5. pozisyon: Hücre duvarı sentezi sırasında bu pozisyonda, 4. pozisyondaki D-alanin molekülünün ucunda bir D-alanin molekülü daha bulunur. Pentapeptiddeki son iki aminoasite D-alanil D-alanin adı verilir. Sitoplazmik peptidoglikan sentezi sırasında, bir polisakkarid zincirine ait pentapeptid molekülünün 3. pozisyonundaki aminoasit ile yanındaki polisakkarid zincirine ait pentapeptidin 4. pozisyonundaki D-alanin arasına, PBP ler aracılığı ile, çapraz peptid bağları yapılır. Bazı gram pozitif bakterilerde, bu çapraz bağlarda beş adet glisin molekülü bulunur. Bu bağlara pentaglisin bağları adı da verilir. Gram negatif bakterilerde ise çapraz bağlanma, direkt bağlar kullanılarak oluşturulur. Peptidoglikan sentezinin son aşamasında, çapraz bağın oluşturulması sırasında, D-alanil D-alanin molekülünün serbest ucundaki D-alanin molekülü koparak kompleksten ayrılır. Böylece aminoasit köprü ayakları tetrapeptid halini alır.
11 11 Hücre Duvarını Kaybeden Bakteriler (Protoplast, Sferoplast, L Formu) Bazı bakteriler, lizozimlerle veya penisilinler gibi peptidoglikan sentezini bloke eden antimikrobiyal ajanlar ile karşılaştıklarında, bu zararlılardan kaçınmak için geçici süre ile hücre duvarlarını kaybedebilirler. Böylece, ozmotik dengede bir sorun olmadıkça yaşamlarını sürdürebilirler. Hücre duvarını kaybetmiş bazı bakteriler, tehdit ortadan kalkınca duvar sentezine tekrar başlayabilirler. Ortam ile hücre içi sıvı arasında bir ozmotik dengesizlik söz konusu ise, bu önlem de işe yaramaz. Parçalanarak ölürler. Hücre duvarını sabote edecek maddelerden en çok etkilenen bakteri türleri gram pozitif bakterilerdir. Bunlar tüm duvar yapılarını kaybederler (protoplast). Peptidoglikan tabakası periplazmik aralıkta saklı halde bulunan gram negatif bakteriler ise hücre duvarını tümüyle yitirmezler. Peptidoglikan tabakalarını büyük ölçüde kaybetseler de bir miktar duvar yapısını korurlar (sferoplast). Hücre duvarlarını kaybeden bazı bakteriler bölünebilme yeteneklerini korurlar. Bunlara L (Lister) formu bakteriler adı verilir. Bu bakterilerin bazı kronik bakteriyel infeksiyonların etiyolojisinden sorumlu olabileceği düşünülmektedir. L formlarının katı besiyerlerindeki kolonileri besiyerine mıhlanmış gibi görünür (L kolonileri). Hücre duvarını kaybeden bakteriler gram negatif bakteriler gibi boyanırlar. Mikoplazmalar gibi, belirgin bir şekilleri yoktur, pleomorfiktirler. Bakteri filtrelerinden geçebilirler. Penisilinlere dirençlidirler. Hücre duvarını spontan olarak ya da antibiyotik uyarısı ile kaybetmiş L-formundaki bazı bakteri türleri, uzunca süre bu durumlarını koruyabilirler. Konak immünitesinden kaçınarak yaşamlarını sürdürebilirler. Daha sonra duvarlı formlarına dönüşerek kronik infeksiyonlara neden olabilirler.
12 12 BAKTERİLERLE ÖLÜM DANSI İnsanın 1. Hamlesi: Beta laktam halkası içeren antimikrobiyallerin etki mekanizması, moleküler benzerlik temeline dayanır. Penisilin ve sefalosporinlerin ana çatısı olan 6-aminopenisillanik asit (6-APA) molekülünün yapısı, peptidoglikan sentezi esnasında, pentapeptidlerin ucundaki D-alanil D-alanin (DADA) molekülüne benzerlik gösterir (Bk. Şekil-A). Sentez bittikten sonra, son D-alanin kompleksten ayrıldığı için bu antimikrobiyaller sadece bölünmekte olan bakterilere etkilidir. Beta laktamlı antimikrobiyaller, PBP enzimlerinin aktif bölgesine kovalen ve irreversibl olarak bağlanırlar. DADA ile kompleks oluşturmasını önlerler. Böylece peptidoglikan sentezinin tamamlanmasına üçüncü ve son aşamada engel olurlar. Penisilin ve sefalosporinler, bazı bakterilerde doğal olarak bulunan ve murein tabakayı hidrolize eden bakteriyel otolizinlerin (hidrolazların) inhibitörlerini bloke ederek de antibakteriyel etkinlik gösterirler. Bakterinin 1. Hamlesi: Bu moleküler benzerliği bozmak için bakteriler beta laktamaz (BL) üretir. 6-APA molekülünün beta laktam halkasının siklik amid bağlarını kırarlar (Bk. Şekil-B). İnsanın 2. Hamlesi: İnsanoğlu, BL için 6-APA molekülünden daha cezbedici moleküller (BL inhibitörleri, BLI) keşfederek, BL leri oyalamayı, onları kandırmayı başarmıştır. Böylece 6- APA nın şekli bozulmamış olur (Bk. Şekil-C). Bakterinin 2. Hamlesi: Yeni PBP ler sentezleyebilecek mutasyonu gerçekleştiren bakteriler, artık 6-APA benzerliği krizi yaşamamayı öğrenmişlerdir. PBP değişimi ile kazanılan direnç, stafilokoklarda, yakın zamanda da viridans streptokoklar, pnömokoklar, enterokoklar ve gonokoklarda tanımlanmıştır. Bu direnç türünün en ağır şekli, Staphylococcus aureus tarafından başarılmıştır (metisiline dirençli Staphylococcus aureus, MRSA). MRSA, çok farklı PBP ler üreterek tüm beta laktam yapılı antimikrobiyallere dirençli hale gelmiştir. İnsanın 3. Hamlesi: Bazı bakteriler için moleküler benzerlik kozunu kaybeden insanoğlu, bu kez gözünü, PBP nin bağlanma yeri olan DADA ya dikmiştir. DADA, glikopeptid yapılı antimikrobiyallerin (vankomisin, teikoplanin) yapışma bölgesidir. Böylece çapraz bağların oluşması engellenmiş olur. Bakterinin 3. Hamlesi (ŞAH): Glikopeptid tehdidini yoğun olarak yaşayan enterokoklar, glikopeptidin yapışma bölgesini, yani DADA yı değiştirmiş ve yerine D-alanil D-laktat (DADL) ya da D-alanil D-serin (DADS) koymayı başarabilmiştir (vankomisine dirençli enterokoklar, VRE). Ne yazık ki, 2002 yılından beri Staphylococcus aureus un da benzer şekilde DADL kullanmayı öğrenmiş olduğunu biliyoruz (vankomisine dirençli Staphylococcus aureus, VRSA). İnsanın 4. Hamlesi (MAT): Stafilokok ve enterokoklar gibi kıvrak zekalı canlılar karşısında tam bir hayal kırıklığı yaşayan insanoğlu, bu çok dirençli türlere karşı hücre duvarı sentezi ile uğraşmayı şimdilik bırakmış görünmektedir. Günümüzde, bu ciddi hastane infeksiyonu etkenlerinin protein sentezini inhibe eden ketolid (telitromisin) ve en yeni olarak da oksazolidinonlara (linezolid) doğru yönelmiştir. A β Laktamaz B C C C O C C O C N C N S 6-APA BL S C C 6-APA C C C C O C C O C N DADA BLI C N C C DADA C 6-APA C Kapsül, Glikokaliks ve Slime Tabaka Birçok bakteri, hücre duvarlarının dışını jelatinimsi, homojen bir tabaka ile örterler. Belirli bir şekle sahip olan bu örtüye kapsül adı verilir. Kapsülün %95-98 i sudan ibarettir. Suyun içine, genellikle insan immünitesi için oldukça sorunlu moleküller olan polisakkaridler serpiştirilmiştir. Kapsülde bulunan polisakkarid çeşit ve miktarı bakteriden bakteriye değişerek bakteriler arası farklılığı ortaya koymaktadır. Bazı bakteriler daha da ileri giderek kapsüldeki suyun içine insan dokuları koyabilmiştir. Bu özellikteki önemli bakteriler ve kapsülü oluşturan suyun içindeki (ilginç) maddeler aşağıda verilmiştir: Streptococcus pyogenes Hyalüronik asit K1 antijeni bulunduran Escherichia coli kökenleri, grup B beta hemolitik streptokoklar (Streptococcus agalactiae) ve Neisseria meningitidis serogrup B Siyalik asit. Yenidoğan sepsis ve menenjitleri, anne genital florasından kaynaklanır. Siyalik asidi bir kamuflaj aracı olarak kullanan ve anne genital florasında bulunabilen K1 antijenli Escherichia coli kökenlerinin ve Streptococcus agalactiae nin bu yaş gruplarındaki şöhretlerinin rastlantısal olmadığını anlamış olmalısınız. Bacillus anthracis'de kapsülde protein molekülleri (poli-d glutamik asit) bulunur.
13 13 Kapsül, iyi bilinen bir virülans faktörüdür. Konakta antikapsüler antikor bulunmadıkça, fagositozu önler. Bakteri içine antimikrobiyallerin girişine ve alternatif kompleman aktivasyonuna engel olur. Birçok kapsüllü bakterinin kapsülsüz kökenleri apatojen olarak değerlendirilir. Pnömokoklar gibi problemli kapsül yapıları bulunduran bakterilerin fagositozu, çözümü gereken önemli bir sorundur. Bu sorunun çözümü için kurgulanmış olan fagositik hücreler, dalakta bulunan özel makrofajlardır. Bunlar tarafından tutulan kapsüllü bakteriler işlemden geçirilir. Opsonizasyon için gerekli olan IgG 2 yapısındaki antikorların sentezi sağlanır. Dalağı olmayan ya da cerrahi olarak çıkarılan hastalarda kapsüle spesifik IgG 2 antikor sentezi yapılamadığı için, kapsüllü bakteri infeksiyonları sıktır ve ağır seyreder. Bu nedenle, splenektomi planlanan hastalar, en kötü olasılıkla operasyondan iki hafta önce virülan pnömokok kökenlerine karşı immünize edilmelidir. Bu amaçla; Haemophilus influenzae tip b, Neisseria meningitidis ve Streptococcus pneumoniae nin (üç menenjit bakterisinin) kapsülleri kullanılarak kapsül aşıları üretilmiştir. Bakterilerin ayrımında, kapsüle spesifik antikorların kullanımı ile yapılan kapsül tiplendirme testleri (kapsül şişme testi, quellung testi) çok güvenilir bir yöntemdir. Quellung testi; Streptococcus pneumoniae, Klebsiella pneumoniae ve Haemophilus influenzae (kapsüllü kökenler) için, kültür identifikasyonunun da önüne geçebilmiş çok güvenilir bir serotiplendirme yöntemidir. Kapsüllü bakteriler katı besiyerlerinde mukoid (M), yapışkan koloniler yaparlar. Bazı bakteriler hücre duvarlarını, tam olarak kapsül diyemeyeceğimiz, heterojen, fibrillerden oluşan, gevşek yapılı, düzensiz şekilli, özellikle yapışkan, film gibi bir tabaka ile çevrelerler. Bu yapıya glikokaliks adı verilmiştir. Eğer bu yapışkan tabaka hücreden sıyrılabiliyor ise bu ekstrasellüler sümüksü tabakaya slime tabaka denir. Bunlar, hücre yüzeyinde bulunan enzimlerce sentezlenir. Bunlar sayesinde; Staphylococcus epidermidis, organizmada bulunan prostetik (protez) malzemeler, invazif kateterler ve kontakt lensler gibi yabancı yüzeylere yapışır. Streptococcus mutans gibi viridans streptokoklar ise glukozil transferaz ve fruktozil transferaz enzimleri ile dekstran (poli-d glukoz) ve levan (poli-d fruktoz) oluşturur. Bunlar, bakterinin diş minesi ve endokartta önceki inflamasyon nedeni ile gelişmiş olan sikatrisyel doku gibi deskuame olmayan yapılara yapışmasından sorumludurlar. Bu yapışma sonucunda, materyalde bakteri biyofilmleri oluşur. Streptococcus viridans ın dişlerde biyofilm oluşturma özelliği, diğer bakteriler için de bir tür aderans nedenidir. Buraya yapışan diğer bakteriler, konak fagositozundan ve antimikrobiyallerden daha iyi korunurlar. Bakteri metabolitleri nedeniyle oluşan asidik ortamdan dolayı diş çürükleri gelişir. EK YAPILAR Hareket Organelleri (Flajella, Siliya, Kirpik) Bakterilerin besin maddelerine veya hedef konak dokuya kemotaksisini sağlayan, zararlılardan ise kaçıran hareket organellerine flajella denir. Sitoplazmik membrandan dışa doğru uzanan nm çapında, uzun, ipsi yapılardır. Spesifik, protein yapısındaki flajellin alt birimlerinden (H antijeni) oluşurlar. Dolayısıyla oldukça iyi antijenik yapılardır. Flajellalar sitoplazmik membrana blefaroplast denen desteklerle tutunurlar. Sitoplazmik membranda bulunan dinamo benzeri bir yapı sayesinde rotasyon hareketi yaparlar. Flajellanın rotasyonunu, hücre içine doğru proton (H + ) göçü sağlar. Spiroketler ise aksiyel flaman (fibril) adı verilen ve peptidoglikan tabaka ile dış membran arasında, hücreyi boydan boya sarmal olarak kateden yapılar aracılığı ile, ileri-geri ve burgu hareketi yaparlar. Fimbria ve Pilus
14 14 Önceleri farklı moleküller oldukları sanılan fimbria ve piluslar, günümüzde aynı moleküllerin tanımlanmasında kullanılmaktadır. Hareket ile ilgisi olmayan ve ancak elektron mikroskopi ile görülebilecek küçüklükte organellerdir. Flajellalar gibi protein yapıdadırlar. Pilin alt birimlerinden oluşurlar. Birkaç istisnası dışında, gram negatif bakterilerde bulunurlar. Flajellalardan daha kısa ve incedirler. Bunlar da flajellalar gibi sitoplazmadan kaynak alırlar ve hücre zarfını, sitoplazmik membrandan itibaren boydan boya geçerek hücre dışına uzanırlar. Bir bakteride yüzlerce sayıda bulunabilirler. Bazı bakterilerin konak memeli hücresine ve değişik yüzeylere yapışmasında önemli rol oynarlar. Virülans ile sıkı bir ilişkisinin olduğu; ürojen Escherichia coli (P ve S fimbriası), Streptococcus pyogenes (fimbria+m proteini+lta kompleksi) ve gonokoklarda (antijenik değişim, tekrarlı infeksiyonlar) kanıtlanmıştır. İçi boş, boru şeklinde bir pilus olan seks (fertilite, F) pilusları ise iki bakteri arasındaki adezyonda (konjugasyonda) ve gen aktarımında görev alır. Endosporlar Bakteri endosporları, fungus sporlarının aksine üreme ile ilişkili değildir. Clostridium ve Bacillus cinsi içinde yer alan bakterilerde bulunduğu kesin olarak bilinmektedir. Bununla birlikte, bazı aerop (Nocardia) ve anaerop Actinomycetes türlerinde, bazı gram pozitif sarsinlerde ve Coxiella burnetii de de endospor benzeri yapılara rastlandığı bildirilmiştir. Endospor yapabilen bakteriler, yaşamakta oldukları ortamdaki beslenme ve metabolizma koşulları uygunsuz hale gelmiş ise endosporlu forma dönüşürler. Örneğin Clostridium türleri ortamda oksijen varlığında, oksidasyon olgusundan zarar görmemek için bu çareye başvururlar. Bacillus türleri ise ortamdaki uygunsuz beslenme ve ph koşullarından sakınmak için spor formuna dönüşürler. Genetik materyallerini ve önemli organellerini hücrenin özel bir bölgesinde toplarlar. Dehidrate olurlar, metabolizmalarını durdururlar. Kendi ürettikleri bir şelatör olan dipikolinik asit ile ortamdaki kalsiyumu tutarlar. Sağlam bir yapı oluştururlar (sporulasyon). Bu arada, daha sonra vejetatif forma geçebilmek için gerekli olan enerji ATP olarak değil, 3-fosfogliserat olarak depolanır. Her bir bakteride sadece bir spor oluşturulabilir. En güçlü sporisidal dezenfektanlar, alkolik hipoklorid ve gluteraldehittir. Bacillus anthracis ve bazı Clostridium perfringens kökenleri santral, Clostridium tetani terminal, diğer gazlı gangren etkenleri ve Bacillus türleri ise subterminal sporludur. Bacillus türlerinin sporları bakteri hücre duvarını aşmadıkları için bakterinin şeklini bozmazlarken, Clostridium türlerinde hücre duvarını aşarak şişkinlikler halinde görülürler. BAKTERİ METABOLİZMASI KATABOLİZMA I Proteinler Polisakkaridler Lipidler II Aminoasitler Monosakkaridler Gliserol, Yağ a. Asetil KoA III Sitrik a. siklusu ATP, CO 2
15 15 Katabolizma: (I) Yapıtaşına hidroliz (II) Asetil KoA ya dönüşüm (III) Oksidatif fosforilasyon Organik maddeler, bakteri hücresi dışına salınan enzimlerle (ekzoenzim) yapı taşlarına kadar parçalanırlar. Daha sonra sitoplazmik membran tarafından ya pasif diffüzyon veya aktif transport ile hücre içine alınırlar. Sonrasında parçalama eylemi sitoplazmik enzimlerle (endoenzim) sürdürülür. Sonuçta, oluşan kimyasal enerji, yüksek enerji fosfat bağları (ADP'den ATP'ye dönüşüm) ile ve ayrıca asetil koenzim A (asetil KoA) şeklinde depolanır. Bu enerji ve katabolizma son ürünleri (yapı taşları), gerekli maddelerin yapımında (anabolizmada) kullanılır. Katabolizmanın her üç yolunda da ortak ilk sonuç, asetil KoA dır. Sonraki aşamada, sitrik asit siklusu ile anabolik etkinliklerde kullanılacak yapıtaşları ve enerji sağlanır. Burada, bakteri katabolizmasına bir örnek olarak, çoğu bakterinin başvurduğu bir karbonhidrat olan glukozun oksidasyonuna değinilecektir: a) Embden-Meyerhof-Parnas (EMP) yolu (glukoliz): Ortamda O 2 olsun, olmasın, glukoz bu klasik yol ile katabolize edilmeye başlanır. 1 mol. glukozdan 2 mol. piruvat oluşturularak, ana yakıt olan asetil KoA için bir öncü madde sağlanmış olur. b) Sitrik asit (Krebs, Trikarboksilik asit-tka) siklusu: Oksijenli ortamda, EMP yolunun devamıdır. Glukoliz ile oluşan piruvik asidin oksidatif dekarboksilasyonu sonucunda önce Asetil KoA ya dönüşüm gerçekleşir. Sonra TKA siklusuna geçilir. Bu siklusun özeti, temel yakıt olan Asetil KoA nın H 2 O ve CO 2 ye oksidasyonudur. c) Oksidatif pentoz fosfat yolu (heksoz monofosfat şantı): Glukolizin ilk aşama ürünü olan Glukoz 6 fosfat ın, ortamda oksijen varlığında, glukoz 6 fosfat dehidrojenaz (G6PD) tarafından okside edilmesi ile glukolizden ayrılan diğer bir yoldur. Steroid ve yağ asidi gibi maddelerin biyosentezinde ve nükleotid yapımında kullanılan NADPH hücreye kazandırılır. Bu yolda enerji kullanılmaz ya da kazanılmaz. Metabolizmada Oksijenin Önemi Çoğu bakteri, metabolik etkinliklerini sürdürebilmek için birçok maddeye, bu arada O 2 ye gereksinim duyar. Bakteriler, O 2 ye gereksinimlerine göre 4 gruba ayrılırlar: 1. Zorunlu aerop: Son H + alıcısı, havanın O 2 'sidir (Vibrio cholerae, Bacillus anthracis, Bacillus subtilis, Mycobacterium tuberculosis, çoğu Brucella türü vb.). 1 mol. glukoz oksidasyonu ile en çok 38 ATP ve kcal. sağlanır. Aerop solumanın özeti; 2 EVH 2 + O 2 2 EV + 2 H 2 O (EV: Elektron verici) 2. Zorunlu anaerop: Bu tip bakteriler O 2 varlığında ölürler (Clostridium, peptokok, peptostreptokok, Fusobacterium). Çünkü, anaerop bakterilerde, aerop solunumda zorunlu olarak ortaya çıkan süperoksid anyonlarını (O - 2 ) H 2 O 2 ye çeviren süperoksid dizmutaz (SOD) ve H 2 O 2 yi zararsızlaştıran katalaz veya peroksidaz sınıfı enzimlerin bulunmamasıdır: SOD 2O 2 + 2H + H 2 O 2 + O 2 Katalaz H 2 O 2 2H 2 O + O 2
16 16 Fermentasyon: Oksijen bulunmayan ortamlarda gerçekleştirilen bir metabolik aktivitedir. Son elektron alıcısı (H + ), organik maddelerden oluşturulur. Anaerop bakteriler, karbonhidratları fermente ederek enerji sağlarlar. 1 mol. glukozun fermentasyonu ile 2 ATP ve 31.2 kcal. sağlanır. Bu enerji, oksidasyon ile sağlanan enerjinin yaklaşık de biri kadardır. Fermentasyonun özeti: R 1 H 2 + R 2 R 1 + R 2 H 2 (R 1 ve R 2 çeşitli organik maddelerdir). Anaerop soluma: Son elektron alıcısı (H + ) C, N veya S gibi inorganik maddelerdir. Piruvik asitten; nitrat, sülfat ve karbonat redüksiyonu ile sonuçta NH 3, H 2 S ve CH 4 oluşur. Anaerop solumanın özeti: EVH 2 + İEA (ör. S) EV + İEAH 2 (ör. H 2 S) (İEA: İnorganik elektron alıcı). 3. Fakültatif Anaerop: Hem O 2 li ortamda soluyan, hem de O 2 'siz ortamda fermentasyon yapabilen bakterilerdir (enterik bakteriler, streptokoklar). 4. Mikroaerofil: Çok az miktardaki O 2 ile üreyebilirler (Brucella abortus, Borrelia recurrentis vb.). ANABOLİZMA Katabolizma sonucu elde edilmiş basit ön maddelerden, yine bu yoldan elde edilmiş ATP kullanılarak, sayıları bine ulaşan enzimlerin etkinliği ile kompleks maddeler oluşturulması olayıdır. İnsan patojeni bakterilerden kemosentetik, organotrof canlılar olarak söz edilebilir. Anabolizma, genel olarak kimyasal redüksiyonlar zinciri olarak ifade edilebilir. İndirgeyici olarak bir elektron vericisi olan NADPH kullanılır. Karbonhidratlar Yağlar Proteinler Proteinler Polisakkaritler Yağlar Nükleik asitler CO 2 H 2 O NH 3 KATABOLİZMA ATP NADPH Aminoasit Şekerler Yağ asitleri Azotlu bazlar ANABOLİZMA BAKTERİLERİN ÜREME DÖNEMLERİ BAKTERİLERİN ÜREME DÖNEMLERİ VE ÜRETİMİ Bakteriler (riketsiya ve klamidyalar dahil) ikiye bölünerek, logaritmik olarak ürerler. 1. Latent (Lag) Dönem: Üreme hızı sıfırdır. Yeni ortama alışma dönemidir.
17 17 2. Hızlanma (Akselerasyon) Dönemi: Üreme başlamıştır. 3. Logaritmik (Log, eksponensiyal) Dönem: En hızlı üreme dönemidir. Bakteri bu dönemde en küçüktür. Antiseptik ve beta laktam antimikrobiyallerin en etkili olduğu dönemdir. 4. Yavaşlama (Retardasyon) Dönemi: Üreme hızı azalır. 5. Çoğalmanın Durması (Stasyoner faz): Üreme ortamında metabolik toksik ürünler artar, harcandığı için besin gereksinimleri yeterince karşılanamaz, ölen ve bölünen hücreler eşitlenir. 6. Ölüm Dönemi: Bir süre sonra ortamda bulunan enerji kaynakları tükenmeye başlar. Bazıları ürettikleri otolizinlerin etkisi ile ölürler. Escherichia coli gibi bazı bakteriler, depo ettikleri enerji kaynaklarına yönelirler. Bunlar da tükenince bakteriler bu amaçla kendi RNA larını kullanmaya başlar. Böylece ribozom sayıları da hızla azalır. Bu durumda protein sentezi yapamayacakları için ölürler. Ortamdaki hücre sayısı da hızla düşer. Virüsler, klamidyalar ve (Bartonella türleri hariç) riketsiyalar canlı hücreli doku kültürleri dışında üretilemezler. Mycobacterium leprae ve Treponema pallidum ise canlı hücreli veya cansız besiyerlerinde üretilemezler. Mycobacterium leprae'nin 8 çizgili armodillo ayak tabanında infeksiyon oluşturabildiği belirlenmiştir. CANSIZ ORTAMLAR (SENTETİK BESİYERLERİ) Besiyerleri, amaca uygun olarak sıvı ya da katı kıvamda hazırlanırlar. Protein miktarı fazla olan Löwenstein- Jensen besiyeri gibileri hariç, katılaşma işleminde bir cins deniz yosunundan elde edilen agar-agar (yalnızca agar da denebilir) kullanılmaktadır. Agar, 95 0 C da erir, 42 0 C da ise katılaşır. Böylece laboratuvardaki kullanım ısılarında besiyerini katı halde tutar. Kan, zengin içeriği ile mikrobiyoloji laboratuvarlarında sıkça başvurulan temel besiyerlerinde kullanılan bir maddedir. Jelöz C'da %5-7 Koyun Kanı : Koyun kanlı jelöz Kan, jelöza 50 0 C'ın üzerinde eklenirse: Çikolatamsı agar Haemophilus influenzae gibi bazı bakterilerin ana gereksinimleri eritrosit içeriğindeki çeşitli maddelerdir. Bu bakterilerde eritrositleri parçalayarak içindeki maddelerin kullanımını sağlayacak bir enzim bulunmaz. Bunların üretilmesi isteniyor ise uygun koşulların, besiyeri hazırlanırken sağlanması gereklidir. Çikolata(msı) agar, bu amaçla kullanıma girmiştir. Otoklav ile sterilizasyondan sonra soğumakta olan temel besiyerine eritrositler 50 0 C gibi yüksek bir ısıda eklenir. Bu ısıda eritrositler hemolize olduğu ve içerikleri de besiyeri ortamına kazandırıldığı için arzulanan ortam sağlanmış olur. GENEL BİLGİLER BAKTERİ GENETİĞİ Tüm canlıların (Parvovirüsler hariç) DNA sı evrensel olarak çift sarmallidir. Benzer şekilde, doğadaki tüm RNA lar da (Reovirüs dışında) tek sarmallidir. Dolayısıyla, bir bakterinin DNA sı çift sarmallidir. 1 mm (milimetre!) uzunluğunda, tek bir DNA ipçiğinden ibarettir.
18 18 GEN Yaşamsal işlevlerde yer alan belli bir protein molekülünün ne yapıda olacağını, hangi aminoasitlerden oluşacağını belirleyecek bilgiye sahip DNA parçacığıdır. Özgül proteinleri sentezletecek bilgiyi taşır. Her bir gende (DNA da toplam 2-10 milyon) nükleotid çifti bulunur. Bu bilgi, mrna lar ile ribozomlara iletilir. Bu iletimin bir özelliği vardır; bir protein molekülünün yapısında yer alan her bir aminoasit, genetik olarak 3 nükleotidden oluşan bir kod (triplet=kodon) ile ifade edilir. Bilinen 64 kodondan 61 tanesi, tüm canlılarda daima bir aminoasit molekülünü kodlar. Örneğin; mrna daki 5 AUG 3 kodonu metiyonini, 5 GCU 3 kodonu ise alanini kodlar. Genlerin son kodonlarının aminoasit karşılığı yoktur. Bu son kodonlar saçma ya da stop kodon adını alırlar. Stop kodonlar üç adettir (64 ün arta kalan üçü); (mrna diline göre) 5 UGA 3, 5 UAG 3 veya 5 UAA 3. Burada dikkat edilmesi gereken özellik, mrna daki kodonların yapısının RNA dan oluşması nedeni ile, bu dizilerde timin yerine urasil bulunmasıdır.
19 19 Bir DNA ipçiğinin (polinükleotidinin), eskiden karşısında bulunan ipçiğin aynısı olan yeni bir polinükleotid ipçiğini sentezletme yeteneği vardır. Bu özelliği nedeni ile replikon olarak adlandırılır. Diğer replikonlar; RNA, bakteriyofaj nükleer materyali ve plazmidlerdir. Bakteri DNA sının replikon olma özelliği nedeniyle, DNA hibridizasyonu teknikleri üretilmiştir. Bu teknik ile ısıtılan DNA nın, C'nin hemen altındaki bir ısıda iki ipçiği birbirinden ayrılır. Bilinen bir bakteriye ait DNA ipçiği, akrabalık derecesi araştırılan diğer bir bakterinin DNA ipçiği veya RNA sı ile karşılaştırıldığında, saptanan birleşme oranları, akrabalık derecesini ortaya koyar. Bu işlemde en güvenilir genetik materyal 16S rrna dır. BAKTERİ HÜCRESİNDE DNA SENTEZİ DNA Sentezinde Rol Alan Başlıca Enzimler ve Etkinlikleri: Topoizomeraz II Sarmali rahatlatır DNA helikaz Sarmali açık tutar DNAp III Yeni DNA yı 5 3 yönünde sentezler Primaz Atlama taşı konumundaki primer RNA ların yapımını sağlar DNAp I Görevi biten primer RNA yı zincirden uzaklaştırır, yerini DNA ile doldurur Ligaz Okazaki segmentlerini birbirine bağlar BAKTERİ RNA LARI VE PROTEİN SENTEZİ Bakteri RNA ları Tüm RNA lar, Reovirüs RNA sı hariç, evrensel olarak tek bir polinükleotid zincirinden ibarettir. DNA'daki gibi nükleozidler bulundurmakla birlikte, timin içermezler. Bunun yerini urasil almıştır (A=U, G C). Pentoz ise deoksiriboz değil, ribozdur. Bakterilerde tek bir cins DNA ya bağımlı RNA polimeraz (transkriptaz) enzimi bulunur. Özel bir enzim olan primaz ile sentezlenen primer RNA lar hariç, tüm bakteriyel RNA ların sentezi bu enzim ile sağlanır. 1. Mesajcı RNA (mrna): Hücre RNA sının %5 ini oluşturur. Bununla birlikte, RNA moleküllerinin en uzunu ve en değişkenidir. DNA'daki genlerin kodlandığı, sentezlenmesi istenen proteinlere ait gen dilinden
20 20 bilgileri ribozomlara iletmekle görevlendirilmiştir. Hücre DNA sı tarafından, RNA polimeraz (RNAp) enzimi yardımı ile yaptırılır (transkripsiyon-kopyalama). Kısaca, transkripsiyonu istenen DNA bölgesinin RNA dilinden gen kopyasıdır. Tüm prokaryotik hücre genlerinin ilk tipleti formillenmiş (N-formil) metiyonine aittir. mrna nın 3 ucunda, herhangi bir aminoasit molekülüne ait olmayan üç kodondan birisi bulunur. Bunlara (5 UAA 3, 5 UAG 3 veya 5 UGA 3 ), daha önce de değinildiği gibi stop ya da saçma kodon adı verilir. İşlemin bittiğini ribozoma bildirirler. 2. Ribozomal RNA (rrna): Hücre RNA'sının en azından %80'ini oluşturur. Bakteri hücresindeki rrna iki alt birimden oluşur; 50S ve 30S. Ribozomların bu iki alt birimi, protein sentezinin yapılmadığı dönemlerde sitoplazmada, ayrı ayrı moleküller halinde bulunur. Protein sentezi, ilkin mrna nın ribozomun 30S alt birimine yapışması ile başlar. 50S alt birimi bundan sonra komplekse katılır. 3. Solubl RNA, akseptör RNA, aminoasit transfer RNA (trna): Hücredeki en küçük RNA molekülüdür. Protein sentezi sırasında, mrna'daki sıraya uygun olarak ribozomlara aminoasit taşıyan kısa RNA parçalarıdır. 20 aminoasit için çeşit trna söz konusudur. Prokaryotlarda Protein Sentezi Genden ribozoma protein sentezi için bilgi akışı şeklinde ifade edebileceğimiz bu işlemlere santral dogma adı verilir ve şu sıra ile gerçekleşir: DNA Transkripsiyon mrna Ribozomda translasyon (deşifre, tercüme) Protein sentezi Tüm mrna ların 5 ucundaki ilk dizilimlere, Shine-Dalgarno dizileri adı verilir. Bunlar, kimlik kartı niteliğindedir. Ribozomların 30S alt birimini oluşturan 16S rrna nın 3 ucunda da bu dizilimlere karşılık gelen baz dizileri bulunur. Dolayısıyla, mrna nın 5 ucu ile 16S rrna nın 3 ucu arasında komplemanter baz eşleşmesi gerçekleşir. Böylece de mrna, ribozomun 30S alt birimine bağlanmış olur. Sonra bu komplekse, ribozomun, ayrık halde sitoplazmada bekleyen 50S alt birimi de katılır. Sentezlenecek proteini kodlayan mrna da, bu özel dizilerden 5-10 baz sonra, proteini ifade eden dizilimlerin ilk kodonu yer alır. İlk N-formil metiyonini taşıyan trna, başlatma faktörü 2 (BF-2, initiation factor 2, IF-2; insandaki ebf-2) ve enerji (GTP) yardımı ile mrna nın ilgili kodonuna bağlanır. trna lar ile mrna daki kodonların birleşmesi, kodon-antikodon birleşmesi şeklindedir. Bu ilk N-formil metiyonin, peptid zinciri sentezi tamamlandıktan sonra çoğunlukla kompleksten uzaklaştırılır. N-formil metiyonin-trna, 30S alt birimin üzerindeki mrna nın ilk tripletiyle böylece birleştikten sonra, 50S ribozomda yan yana bulunan iki oluktan ilki olan P (peptidil) bölgesine oturur.
MİKROBİYOLOJİ DERS NOTLARI 1 MİKROBİYOLOJİ GĠRĠġ MĠKROBĠK DÜNYA ÖKARYOTLAR ( > 2 mikrometre ) : a) Algler b) Protozoonlar c) Mantarlar PROKARYOTLAR ( 0.2 5 mikrometre) : a) Arkebakteriler b) Siyanobakteriler
Mikrobiyoloji Mikrobik Dünya
Dokuz Eylül Üniversitesi, Bakterilerin Yapısı ve Sınıflandırılması Mikrobiyoloji Mikrobik Dünya Ökaryotlar ( > 2 mikrometre ) : o o o a) Algler b) Protozoonlar c) Mantarlar Prokaryotlar ( 0.2 5 mikrometre)
2 3 MİKROBİYOLOJİ MİKROBİYOLOJİ
Bakteri Hücre Yapısı. Dr.Cumhur Özkuyumcu
Bakteri Hücre Yapısı Dr.Cumhur Özkuyumcu 1 2 Hücre 1665 Robert Hooke Matthias Schleiden Theodore Schwann 1838-1839 Proto(ilk)plasm(öz)a Nükleus Nükleer membran Nükleoid Sitoplasma 3 AMAÇ 1.-Çoğalırlar
BAKTERİ HÜCRE YAPISI-2011
BAKTERİ HÜCRE YAPISI-2011 Hücre tek hücreli mikroorganizmalardan bir çok doku ve kompleks organlara sahip organizmalara kadar canlıların temel ünitesidir. Dünya, hücre kelimesi ile ilk defa 1665 yılında