Bakterilerin Morfolojik Özellikleri - mikroyasamlar - Blogcu.com
Anasayfa / Bilim & Teknoloji / Bakterilerin Morfolojik Özellikleri
Bakterilerin Morfolojik Özellikleri...
01. Bakterilerin Mikroskobik Morfolojileri
01.01. Yuvarlak Biçimdeki Bakteriler
01.02. Çomak Biçimindeki Bakteriler
01.03. Sarmal Biçimli Bakteriler
01.04. Pleomorfik Formlar
02. Bakterilerin Makroskobik Morfolojileri
02.01. Koloni Morfolojisi
02.02. Mikroorganizmaların Büyüklükleri
Hastalıklardan bazılarının bulaşıcı olduğu eskiden beri bilinmektedir. Hatta, önceleri, bazı araştırıcılar tarafından da bu görüşü kanıtlayan önemli deneyler yapılmıştır. Ancak, infeksiyonları, gözle görülemeyecek kadar küçük ajanların (mikroorganizmalar) oluşturabileceği düşünülemiyordu. Mikroskobun keşfi, yeni bir "mikroskobik canlılar dünyası"nın bulunmasına yol açmış ve bu sayede de bir çok mikroorganizma da görülebilir ve karakterleri saptanabilir hale gelmiştir. Sonradan yapılan yoğun araştırmalar, bu mikroskobik canlılardan bazılarının insan ve hayvanlarda hastalıklara yol açtığı anlaşılınca, mikroorganizmaların önemi giderek artmıştır.
Antony ven Leeuwenhoek, kendi yaptığı basit bir büyütme aleti ile görebildiği bazı mikroorganizmaları incelemiş, hareketlerini izlemiş ve resimlerini çizmiştir. Çizdiği bu resimler arasında başlıca 3 morfolojik özellik açık olarak görülmektedir. Bugün de bakteriler bu üç temel morfolojik karaktere göre bir ayrıma tabi tutulmaktadır. Ancak, bu formlara 4. bir ilave yapılmıştır. Bunlar aşağıda şekilde gösterilmiştir.
Başlıca bakteri şekilleri a) Yuvarlak biçimli bakteriler (koklar), b) Çomak biçimli bakteriler (basiller) , c) Sarmal biçimli bakteriler (spiraller), d) değişik biçimli bakteriler (pleomorfikler)
Mikroskobun keşfi, aynı zamanda, mikrobiyoloji dalının da ilerlemesine yardımcı olmuştur. Laboratuarlarda araştırma amacı ile çok kullanılan ışık mikroskopları (faz kontrast, ultraviyole, vs) ve özellikle, son yıllarda, elektron mikroskobun keşfedilmesi mikroorganizmaların morfolojilerinin ve yapılarının ayrıntılı incelemesini olanak dahiline getirmiştir.
Yuvarlak şekilde görülen bakterilere, genellikle, kokkus (coccus) adı verilmektedir. Bunlar, çomak veya spiral formda olanlara oranla, morfolojik olarak, cins veya tür içinde daha fazla homojenite gösterirler. Çapları, ortalama, 0.8-1.0 mikrometre (µm) arasında değişmesine karşın, daha küçük (0.4-0.8 mm) veya daha büyük (1.2-2.0 µm) olanları da bulunmaktadır. Genel bir kaide olmamakla beraber, hastalık oluşturan türlerin çapları 0.8-1.5 µm. arasında yer almaktadır. Koklar, her ne kadar, yuvarlak biçimlerde olmalarına karşın bazı türlerde morfolojik değişikliklere rastlanılmaktadır. Örn, S. uberis 'de yumurta, N. gonorrhoeae ve N. meningitidis 'lerde fasulye veya kahve çekirdeği, ve S. pneumoniae 'de de lanset veya mum alevi benzeri formlara sıkça tesadüf edilmektedir. Bakterilerin formları, genelde, bir genetik karakter taşımasına karşılık, besi yerinin bileşimi, üreme dönem ve koşulları ve diğer çevresel faktörlere de az-çok bağımlı bulunmaktadır. Ancak, koklarda, bölünme sırasında, çaplarında bir yönde uzamalar göze çarpmakta ve kokobasil görünümüne rastlanmaktadır.
Diplokokkus (Diplococcus): Tek yönde bölündükten sonra oluşan iki kardeş hücre, ikişer ikişer birbirlerine yapışık olarak kalırsa, mikroskop altında çift çift görülen diplokokları meydana getirirler. Böyle özelliğe sahip ve insanlarda hastalık oluşturan Gram negatif ve fasulye biçiminde (konkav yüzleri birbirlerine dönük) bir görünüme sahip olan Neisseria meningitidis (insanlarda menenjit etkeni) ve N. gonorrhoeae (insanlarda gonore etkeni) ile, lanset biçiminde, Gram pozitif, insan ve hayvanlarda pnömonilere ve ayrıca hayvanlarda mastitislere neden olan Streptococcus pneumoniae gibi etkenler vardır.
Streptokokkus (Streptococcus): Eğer, bireysel koklar, birbirlerine paralel düzlemler üzerinde bölünüyor ve bölünme sonunda koklar birbirlerine, bir protoplasmik köprü ile bağlı kalıyorlarsa, mikroskop altında, az (10-20 kok) veya çok sayıda (100 'den fazla) koktan oluşmuş kısa veya uzun zincirlere (tespih tanesi gibi dizilmiş) rastlanır ki, böyle görünüme sahip mikroorganizmalara streptokok adı verilir. Örn, Streptococcus pyogenes (insan ve hayvanlara supuratif bozukluklar yapar) ve S. equi uzun zincirler meydana getirirler (her bir zincir 100 koktan çok fazla olabilir). Hayvanlarda mastitislere neden olan S. agalactia, S. dysgalactia ve S. uberis genellikle orta uzunlukta veya kısa zincirler oluştururlar. Ancak, şunu da belirtmek gerekir ki, zincir uzunluğu, besiyerinin bileşimi ve çevre koşullarının etkisi ile de ilişkilidir. Yandaki şekilde mastitisli sütten yapılan preparatta uzun zincirli S. agalactiae görülmektedir.
Stafilokokkus (Staphylococcus): Eğer, bireysel koklar, çeşitli yönlerde bölünüyor ve bölünen koklar, birbirlerine bağlı olarak kalıyorlarsa, mikroskop altında az veya çok sayıda koktan oluşmuş kümeler görülür ki, bunlara Stafilokok adı verilir. Örnek, Staphylococcus aureus (supuratif bozukluklar yapar) ve S. epidermidis (genellikle, deride supuratif lezyonlar oluşturur). Yandaki şekilde S. aureus kültüründen froti görülmektedir.
Sarsina (Sarcinae): Kokların bölünmesi birbirlerine dikey 3 yönde meydana geliyorsa, bu zaman, 8-12 veya 16 koktan oluşan paket veya balya görünümünde gruplar meydana gelir. Örn, Sarcina maxima ve S. ventriculi gibi.
Tetrakokkus (tetracoccus): Kokların bölünmesi, birbirlerine dikey iki yönde ve bir yüzey üzerinde meydana geliyorsa, dörtlü koklardan yapılmış gruplar meydana gelir ki bunlara tetrakok (tetrad) adı verilir. Örn, Gaffkya homari gibi.
Çomak biçimdeki bakteriler silindirik veya buna yakın bir görünüme sahip olduklarından boyları enlerinden daha uzundur. Ancak, bu formları cins ve türlere göre değişebileceği gibi, aynı tür mikroorganizma kültürünün çeşitli üreme fazlarında da farklılıklar meydana gelebilir. Örn, E. coli 'nin logaritmik üreme döneminde, genellikle, morfolojik yönden bir örneklik fazla görülmesine karşın, üremenin durma veya mikroorganizmaların ölme döneminde flamentöz formlara ve/veya değişik bireysel şekillere (involusyon formları) rastlamak mümkündür. Besi yerinin bileşiminin ve diğer çevresel koşulların da bakterilerin morfolojilleri üzerine etkileri vardır.
Salmonella 'ların (S. typhi, S. gallinarum, S. typhimurium, S. abortus ovis, vs.) aerobik basillerin (vejatatif formları: B. anthracis, B. subtilis, B. cereus, B. megaterium, vs.) ve klostridium'ların (vejatatif formlar: C. tetani, C. septicum, C. welchii, C. botulinum, vs.) kenarlarından bir veya iki uca doğru daralmalar görülür. Yandaki şekilde S. typhi kültüründen froti görülmektedir.
Vibrio 'lar (V. cholerae, V. parahaemolyticus, vs.) ve kampilobakter 'de (C. fetus, C. coli, C. fetus spp. venerealis, vs.) mikroorganizmalar virgül tarzında bir gövde yapısına sahiptir. Ancak, bölündükten sonra birbirlerinden ayrılmayan Vibrio 'larda S-harfi veya spiral bir görünüm gözlemlenebilir.
Pastörella cinsine ait olan türlerde (P. multocida, P. haemolytica, vs.), genelde, çomak tarzındaki formlar hakim olmasına karşın, kokoid, kokobasil, diplokok ve dokulardan yapılan boyalı preparatlarda da bipolar bir görünüme rastlanılır.
Anaerobik Gram pozitif mikroorganizmalardan olan klostridium 'ların sporlu formlarında, sporun yerleştiği yere göre davul tokmağı (Clostridium tetani), raket (C. botulinum, C. septicum, vs.) veya limon benzeri (C. chauvoei) formlara sıkca tesadüf edilir.
Bazı çomak biçimli mikroorganizmalarda kokoid veya kokobasil tarzında morfolojik karakterler gözlenebilir (B. melitensis, B. abortus, H. ovis, H. infulenzae, H. paragallinarum, vs.).
Çomak biçimli mikroorganizmalardan bazıları, suni kültür ortamlarında (sıvı veya katı) ürediklerinde, bireysel bakteriler bölünmeyi takiben birbirlerinden ayrılmayarak saç benzeri uzun flamentler meydana getirirler. Buna iyi bir örnek olarak B. anthracis verilebilir.
Mikobakteriler (M. tuberculosis, M. bovis, M. avium, vs.) dokulardan yapılan preparatlarda granüllü, tanecikli (Much granülleri) bir görünüme sahiptirler. Granüllü görünümü korinebakteri'lerde de (C. diphtheriae) izlemek mümkündür.
Bireysel korinebakteriler ve mikobakteriler, mikroskop altında X, Y, Y, T, vs. tarzda görülebilirler.
Sarmal biçimde vücuda sahip olan mikroorganizmalar, Bergey's Manual Systematic Bacteriology, Vol, 1, 1984'de, Order I. Spirochaetales'de Familya-1: Spirochaetacea (bu familyada 4 cins bulunmaktadır: 1-Spirochaeta, 2-Cristispira, 3-Treponema ve 4-Borrelia) ve Familya-2:Leptospiraceae (bu familyada sadece bir cins vardır: Leptospira), bulunmaktadır.
Bu iki familyaya ait mikroorganizmalar, uzun bir eksen etrafında helezoni tarzda sarılmış bir vücuda sahip, bükülebilir (fleksible) ve uzun eksen etrafında dönerek hareket edebilirler. Ancak, flagellaya sahip değildirler. Uzunluk, sarmal sayısı ve sarmal yüksekliği türler arasında farklar gösterir. Leptospiraların, sarmal sayısı oldukça fazla olup bir veya iki ucu kıvrıktır. Bu nedenle de, S, C, veya L gibi formlar gösterirler. L. icterohaemorragiae 'nin karanlık saha mikroskobundaki görünüşü yandadır.
Sarmal biçimli mikroorganizmalara Spirillum cinsinde de rastlanılmaktadır. Bu cins içinde, spiral, vücutları sert, politrik flagellalı, aktif hareketli (flagella ile), aerobik mikroorganizmalar (0.25-1x2.0-60 μm boyutlarında). Gram negatiftirler. Örn, S. volutans gibi. B. recurrentis 'in enfekte rat kanından frotide görünüşü yanda verilmiştir.
Yukarıda açıklanan 3 temel formun dışında bakteriler arasında bazı değişik özel morfolojik karakter gösterenlere de rastlanılmaktadır. Bunlar başlıca 3 kısımda incelenebilirler.
1) PPLO formlar: İnsan ve hayvanlarda bir çok hastalığa neden olan mikoplasmalar (PPLO, Pleuro pneumonia like organizm) hücre duvarından yoksundurlar. Bunların sıvı ortamdaki kültürlerinden yapılan preparatlarda oval, yuvarlak, yıldız, halka, yüzük, vs.. değişik morfolojik özellik gösteren bireysel mikroorganizmalara rastlanır. Bu durum, hücre duvarı olmaması nedeniyle, meydana gelmektedir. Böyle karaktere sahip mikroplar arasında, M. pneumoniae, M. capri, M. mycoides, M. gallisepticum, M. hominis, M. synoviae, vs. sayılabilir. Mycoplasma capri 'nin pleomorfik görünüşü yandadır.
T-mikoplasmalar (ureaplasma) da PPLO'lara benzer tarzda bireysel formlar gösterirler. Ureplasmalar da insanlarda ürogenital mukozada yerleşir ve bozukluklara yol açar. Örn. Ureplasma urealyticum
2) L-fazları (L-formları): Bakteriler, hücre duvarı sentezine mani olan kimyasal maddelerin (penisilin, sikloserin, sefalosporin, vs.) bulunduğu ortamlarda üretilirse, hücre duvarına sahip olmayan formlar meydana gelir ki bunlara L-formları adı verilir. Her türlü fizyolojik aktiviteye sahip olan bu şekildeki mikroplar izotonik ortamlarda uzun süre kalabilirler. Bunlar, oval, yuvarlak veya değişik formlar (disk, yıldız, vs.) gösterirler. Eğer ortamdan antibiyotikler kaldırılırsa bunlar eski normal parental karakterlerini alırlar ve hücre duvarını sentezler.
3) İnvolusyon formları: Mikroorganizmaların üretildikleri ortamın karakterinin değiştiği durumlarda (gıda, pH, osmotik basınç, oksijen azalması, yüzey gerilimin değişmesi, metabolitlerin birikmesi, vs.) şekillerinde bir çok variyasyonlar meydana gelir ki bunlara involusyon formları adı verilir. Böyle değişiklikler arasında, uzun, oval, flamentöz, branşlaşma, şişme, köşelenme, bölünmenin gecikmesi, vs. anormal formlar gözlenebilir. Kültürlerde optimal koşullar sağlanırsa, bakteriler, eski normal formlarına kavuşurlar.
Eğer bir bakteri, uygun bir katı besi yerinde ve uygun koşullarda (ısı, süre, rutubet, oksijen, vs.) üretilirse, kısa bir zaman içinde gözle görülebilen yığın, küme (koloni) meydana getirir. Bakteri türleri, kendilerine özel, renk, koku, büyüklük ve yapıda koloniler oluştururlar. Bu karakterler hücrenin genetik kontrolü altındadır. Büyüklüğüne göre değişmek üzere, bir kolonide milyonlarca veya milyarlarca mikroorganizma bulunabilir. Bazı bakteriler (E. coli, P. vulgaris, B. subtilis, vs.) uygun koşullar altında 24 saat içinde oldukça büyük ve gözle görülebilir koloniler meydana getirmelerine karşın bir kısmı da (Brusellalar, korinebakteriler, PPLO'lar vs.) ancak 3-5 günden sonra görülebilecek düzeye ulaşan koloniler oluştururlar. İnsan ve memeli hayvanlara ait mikobakteriler ise 15-20 günden sonra besi yerlerinde, koloni meydana getirirler.
Koloninin büyüklüğü ve şekli uygun koşullar (besi yerinin bileşimi, oksijen, ısı, vs.) altında türlere özel bir karakter taşır. Streptokok, korinebakteri, pastörella, brusella, vs. gibi mikroorganizmaların kolonileri küçük olup 0.5-1.0 mm. çapındadır. Buna karşın, E. coli, B anthracis, B. subtilis, vs. kolonileri daha büyüktür. Hastalık olgularından yeni izole edilen suşlara ait koloniler küçük, yuvarlak ve üzerleri düzgün (S-tipi koloni), eskimiş veya bir çok pasaja maruz kalmış suşların bazı kolonilerinin kenarları çentikli, üzeri pürüzlü ve mat bir görünümdedirler (R-tipi koloni). Mikoplasma ve L- formlarında, ortası papillalı kolonilere rastlanır. Kolonilerin, bakteri cinslerine ve çevre koşullarına göre, büyüklük, şekil, pigment, koku, hemoliz karakteri ve diğer özelliklerinde de bazı değişmeler meydana gelebilir.
Bacillaceae familyasına ait aerobik (B. anthracis, B. cereus, B. subtilis, vs.) ve anaerobik (klostridiumlar) cinslerde kolonilerin kenarları flamentlidir. Proteus vulgaris kanlı agar üzerinde, dalgalar halinde yayılan bir üreme tarzı gösterir. B. anthracis 'in R tipli kolonileri yanda görülmektedir.
Bakterilerin antijenik karakterleri bunların koloni görünüşleriyle de ilgilidir. S (smooth) koloni tipi, hastalık vakalarından yeni izole edilen mikroorganizmalar, katı besi yerlerinde kenarları muntazam, üstü düzgün, kabarık, parlak ve homojen görünümde koloniler oluşturur. R (rough) koloni tipi ise, eski kültürlerde görülür veya uzun süre pasajlara maruz kalmış suşlar tarafından meydana getirilirler. Katı besi yerlerinde kenarları ve üzeri pürüzlü, granüler yapıda koloniler halinde görülürler. R-tipli koloni oluşturan mikroorganizmalar, genellikle patojenitelerini de kaybederler. Kolayca fagosite olurlar ve antijenik yetenekleri de zayıflamıştır. M (mukoid) koloni tipi kapsül veya mukoid salgı oluşturan mikroorganizmalarda (D. pneumoniae, Klebsiella pneumoniae, Leuconostoc mesenteroides, vs.) bu tarz koloni formasyonuna rastlanır. Bu kolonilere öze değdirilince iplik gibi uzama görülür.
L-koloni tipi; tipik hücre zarı oluşturamayan mikroorganizmalar katı ortamlarda üst ve yanları düzensiz, ortaları düğmeli ve granüllü koloniler meydana getirirler. Bu tarz oluşuma, penisilin, kimyasal maddeler, yüksek ozmotik basıncın etkisi fazladır. Streptobacillus moniliformis 'den ilk defa böyle bir koloni formu elde edilmiştir. Sonraları, H. influenzae ve bir çok enterik bakterilerde de aynı L-formlara rastlanılmıştır. L- koloni formları laboratuar koşullarında oluşturulan abnormal formlu bakteri kolonileridir. Bunlarda hücre duvarı olmadığı için şekilleri de düzgün değildir. Sıvı ortamlarda genellikle, kümeler tarzında ürerler. Hayvanlarda ve insanlarda hastalık yapan PPLO'lar da katı besiyerlerinde L-koloni morfolojisine benzer karakter gösterirler.
Mikroorganizmalar, gözle görülemeyecek kadar küçük olmaları nedeniyle, ancak mikroskoplar altında görülebilir ve ölçülebilirler. Bakterilerin boyutları, üreme durumuna, besiyerinin bileşimine ve çevresel koşullara göre değişebilir. Hatta, saf kültürlerde bile değişik boyutlara sahip mikroplara rastlanabilmektedir. Ancak, üreme fazındaki kültürlerde, bakteriler, boyutları bakımından bir örneklilik (homojenite) gösterirler. Kültürler durma ve ölme dönemine girerse, normalinden çok daha büyük, pleomorfik, flamentöz, vs. formlara rastlamak olasıdır. Bu nedenle doğruya yakın bilgiler, kültürler üreme fazında iken, yapılan ölçümlerden elde edilebilir. Mikroplarda, boyamak için, yapılan bazı işlemlerden (fikzasyon, bazı fiksatifler ve boyalar, vs.) dolayı olabilecek büzülmeler dikkate alınmazsa, boyalı preparatlar ölçümler için tercih edilirler. Gerektiğinde natif preparatlardan da yararlanılabilir.
Mikroorganizmaların (bakteri, virus, mantar, protozoa, vs.) büyüklüklerini belirlemede internasyonal metrik sisteme ait ölçü birimlerinden yararlanılır. Buna ait bilgiler aşağıdaki tabloda verilmiştir.
Ökaryotik organizmalar ve bakteriler mikrometre (μm, 10-6 m), viruslar nanometre (nm, 10-9 m), atom ve moleküller de Angstrom (A°, 10-10 m) olarak ölçülmektedirler. Ancak, Angstrom, metrik sistem içinde resmen bulunmamaktadır.
Bakterilerin büyüklükleri morfolojilerine ve ait oldukları cinslere göre değişmekte ve genellikle, mikrometre (mm) ile belirlenmektedirler. Yuvarlak biçimde olan kokların çapları 0,4-1,2 µm arasında bulunmasına karşın çomak şeklindekiler 0,2-1,0x0,5-10,0 µm, ve sarmal formlara sahip olanlarda 0,15-0,25x5-20 µm arasında değişmektedir.
Atom molekül ölçümlerinde
1 μm = 1000 nm
1 nm = 10 Ao (Angstrom)
1 metre = 102 cm
10 nm = 100 Ao(Angstrom)
= 1010 Ao (Angstrom)
Virusların boyutları hakkında bir fikir elde etmek ancak elektron mikroskoplar ve diğer teknikler yardımıyla mümkün olabilmektedir. En uygun canlı ortamlarda üretilen viruslar, pürifiye edildikten sonra ölçüme tabi tutulurlar. Zarflı olan viruslar, zarfsız formlarından daha büyüktürler.Aynı virusun zarflı ve zarfsız formları çap bakımından farklı boyutlara sahiptirler. Viruslar, genellikle, 20-350 nm arasında değişebilen ölçüler arasındadırlar. Ancak, virusların, hücrelerde oluşturdukları intranukleer veya intrasitoplasmik inklusiyon cisimcikleri normal ışık mikroskopları ile kolayca görülebilirler. Poxviridae grubu içindeki viruslar, çok büyük oldukları için, ışık mikroskopları ile kolayca gözlenebilirler.
Aşağıdaki tabloda bazı bakterilerin boyutlarına ait bilgiler verilmektedir (µm).
Bursellalar 0,2-0,3 0,5-2,0
Bakteriler ve viruslar, sadece mikroskoplarda görülebilen veya diğer tekniklerle ölçülebilen boyutlarına göre değil, aynı zamanda, genom büyüklüklerine göre de değerlendirilmeye tabi tutulmaktadırlar. Bakterilerde, bazı faj ve viruslarda genomik DNA çift iplikcikli olduğundan, genom uzunluğu da baz çifti (bç veya base pair, bp) olarak ve tek iplikcikli genomik DNA'ya sahip olan faj ve viruslarda da uzunluk sadece baz (b veya base, b) olarak ifade edilmektedir. Bin baz çifti (bin bp) veya kilobaz (kbp) olarak tanımlanmaktadır.
Organizmalarda genom sayısında da değişiklikler bulunmaktadır. Prokaryotiklerde bir tane olan kromozom, ökaryotiklerde birden fazladır. Ancak, prokaryotiklerde de, kültür koşullarına, özellikle, üreme fazlarına göre, genom sayısında bazı değişiklikler meydana gelebilmekte ve bir mikroorganizma içinde birden fazla kromozom gözlenebilmektedir. Örn, E. coli 'de, bazen, 2-3 genom/hücre, Azotobacter chroococcum 'da 20-25 genom/hücre, Desulfovibrio gigas 'da 10-15 genom/hücreye rastlanabilmektedir.
Aşağıdaki tabloda bazı virus familyalarında çap (nm) ve genom büyüklükleri (kbp veya kb) gösterilmektedir.
Genom büyüklüğü (kbpX103)
30-37 kbp (çift iplikçik)
sarmal çomak pleomorfik morfolojik bakterıler