3. HAFTA Mikrobiyal Gelişme ve Üreme

Transkript

1 3. HAFTA Mikrobiyal Gelişme ve Üreme 1

2 Üreme Stratejileri Ökaryot mikroplarda üreme stratejileri Eşeysiz ve eşeyli, haploid veya diploid Bakteria ve Arkea Sadece haploid, eşeysiz- binary füzyon, tomurcuklanma, ipliksi (filamentus) Hepsinde bölünebilmeleri için replikasyon (eşleşme) ve segregasyon(ayrışma) olmak zorunda 2

3 Bakteri üremesi 3

4 Figure 3.2 4

5 5 Bakteri Hücre Döngüsü Hücre döngüsü, yeni bir hücre oluşumundan bir sonraki hücre bölünmesine kadar geçen olaylar dizisidir Çoğu bakteri binari füzyon ile bölünür Hücre döngüsünde 2 temel olay DNA replikasyonu ve ayrışması Sitokinez (Sitoplazma bölünmesi)

6 Kromozom replikasyonu ve bölünmesi Çoğu bakteri kromozomları daireseldir Replikasyonun başladığı bölgeye Replikasyon orijini denir terminus bölge, replikasyonun sona erdiği yerdir replizom DNA sentezi için ihtiyaç duyulan proteinler makinası 6

7 Figure 7.3 7

8 Replizom Replizom, DNA replikasyonunu yapan kompleks bir makinadır. 8

9 Plazmid Bakteri içerisindeki bağımsız gen yapılarına plazmid denir. Kendilerini çoğaltmak için gerekli proteinleri üzerlerinde taşırlar. Örnek: Antibiyotik direnç genleri plazmidler üzerindedir. 9

10 Plazmid çoğalması Şekil

11 Büyüme Hücre bileşenlerinin artmasının sonucu olarak: Hücre sayısı artar Hücre boyutu artar Büyüme, popülasyonun büyümesinden ziyade bireysel hücrelerin büyümesi anlamına gelir 11

12 Büyüme Eğrisi Büyüme eğrisi, mikroorganizmaların kültür ortamında koloni oluşturacak şekilde yetiştirildiğinde gözlemlenir kapalı bir kapta tek bir hücrenin uygun besi ortamında inkübasyonu yapılır Genellikle hücre sayısının logaritmik ifadesiyle zaman garifiğinin çizilmesid 4 farklı faz vardır Lag fazı, logaritmik üreme fazı, durgun faz ve ölüm fazı 12

13 Şekil

14 Lag Fazı Hücre yeni bileşenler sentezler 14 Örn: harcanan materyalleri takviye eder Örn: yeni besin ortamına veya yeni şartlara adapte olur Uzunluğu değişebilir Bazı durumlarda çok kısa veya hiç olmayabilir

15 Logaritmik Üreme Fazı Log fazı olarak da ifade edilir Büyüme oranı ve bölünme sabit ve maksimumdur Bu faz sürecinde, popülasyon fiziksel ve kimyasal özellikler açısından en dengeli şekildedir 15

16 Dengeli Büyüme Log fazında hücreler dengeli bir büyüme segiler Hücresel bileşenler birbirine oranla sabit olarak üretilir 16

17 Dengeli olmayan Büyüme Hücresel bileşenler birbirine oranla sabit olarak üretilmez Çeşitli şartlar altında gerçekleşir besin seviyelerindeki değişim artiş (fakir besiyerinden zengin besiyerine) azalış (zengin besiyerinden zayıf besiyerine) Çevresel şartlarda değişme 17

18 Durgun Faz Kapalı sistemlerde popülasyon büyümesi durur, toplam canlı hücre sayısı sabit kalır Aktif hücrelerde üreme durur veya üreme oranı ile ölüm oranı dengelenir 18

19 Durgun Fazın Muhtemel Sebepleri Besin sınırlanması Sınırlı oksijen kullanılabilirliği Toksin atıkların birikmesi Popülasyon yoğunluğunun kritik noktaya ulaşması 19

20 Durgun Faz ve Açlık Tepkisi açlık ve diğer stresli koşullar, durgun faza girilmesine sebep olur ve hayatta kalma stratejilerini aktifleştirir Morfolojik değişmeler Örn: endospor oluşumu Boyutta küçülme, protoplazma kaybı ve nükleoidin yoğunlaşması 20

21 Ölüm Fazı 2 alternatif hipotez Hücreler Canlı Fakat Kültürlenemez (Viable But Not Culturable (VBNC)) Canlı hücreler fakat uyku halinde, uygun şartlarda yeniden üreyebilir.. Programlanmış hücre ölümü Popülasyon genetik olarak ölmeye programlanmış (intihar) 21

22 Logaritmik Üremenin Matematiği Hücre sayısının Katlanma Zamanı Popülasyondaki hücre sayısının katlanması için geçen süre Mikroorganizmaların türlerine ve çevresel şartlara göre değişir Bazı bakteriler için 10 dakika, bazı ökaryotlar için ise birkaç gün olabilir 22

23 23

24 Popülasyon Büyüme Grafiği Popülasyon, her üremede katlanarak büyür 24

25 Table

26 Mikrobiyal Üremenin Ölçülmesi Popülasyondaki hücre sayısındaki değişim ile ölçülebilir Popülasyonun kütlesindeki değişimin ölçülmesi ile hesaplanabilir 26

27 Hücre Sayısının Doğrudan Ölçülmesi Toplam Hücre Sayımı Sıvı örnekte sayım Özel Sayım Bölmeleri kullanılır Lam üzerinde kurutulmuş örnekte 27

28 Özel Sayım Bölmeleri Kolay, ucuz ve hızlı Prokaryot ve ökaryotların sayımı için kullanışlı Ancak, ölü ve canlı hücreler ayırt edilemez Petroff-hausser Kamarası 28

29 Doğrudan Sayım, Zar Filtresi Üzerinde Sayım Hücre sayısının az olduğu durumlarda Hücreler özel zardan süzülür, siyah bir zemin üzerinde gözlemlenir Hücreler florasan bir boya ile boyanır Bakteri sayımı için kullanışlıdır Belirgin boyalar kullanılarak ölü ve canlı hücreler ayırt edilebilir 29

30 30 Copyright McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display.

31 31 Copyright McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display.

32 Doğrudan Sayımın Kısıtlamaları Canlı, ölü hücreler ayırt edilemez Çok küçük hücreler görülemez Kesin bir değere ulaşılamaz Örnek boyanmaz ise faz-kontrast mikroskobu kullanılmalı Düşük hücre yoğunluklarında uygun değil Hareketli hücreler sabitlenmeli 32

33 Canlı Hücre Sayım Metodları Yayma plak ve Dökme plak yöntemleri Bu yöntemlerde canlı hücrelerin bölünerek koloni oluşturmalarından yararlanılır 33 Seyreltilmiş bakteri örneği katı bir besiyeri üzerine yayılır veya agar ile karıştırılarak petri kabına dökülür Uygun sıcaklıkta üremeye bırakılır (inkübasyon), üreme sonrası oluşan koloniler sayılır ve seyreltme faktörü ile çarpılır Dökme plak yönteminde bakteri agar sıcaklığına dayanabilmeli

34 Ekim Öncesi Hücre süspansiyonlarının Seyreltilmesi 34

35 Yayma Plak Yöntemi 35

36 Dökme Plak Yöntemi 36

37 Mikrobiyal Üremenin Dolaylı Ölçülmesi: Bulanıklık Hızlı, kolay ve hassastır. Sıvıdaki bulanıklığı belirler 540 nm - yeşil 600 nm turuncu 660 nm kırmızı ışıklar kullanılır 37

38 Sürekli Kültür: kemostat Açık sistemde bakteri üremesi Kullanılan besinin sürekli takviye edilmesi Atıkların sürekli ortamdan uzaklaştırılması Hücrelerin logaritmik fazda bulunmalarını sağlanır, uzun zaman aralığında biyokütle sabit kalır Sabit hacimli sürekli bir kültür sistemi kullanılarak sağlanır 38

39 39 Copyright McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display. Importance of Continuous Culture Methods constant supply of cells in exponential phase growing at a known rate study of microbial growth at very low nutrient concentrations, close to those present in natural environment study of interactions of microbes under conditions resembling those in aquatic environments food and industrial microbiology

40 Kemostat Sürekli kültür düzeneğidir. Üreme hızı ve popülasyon yoğunluğu kontrol edilir Gerekli besinler ihtiyaç miktarında tutulur Hedeflenen bir enzim veya proteinin üretimi 40

41 Çevresel Faktörlerin Üreme Üzerine Etkisi Dört önemli etmen: Sıcaklık ph Suyun varlığı Oksijen Çoğu organizma oldukça ılımlı çevresel şartlarda yetişir Bazıları da sıra dışı ortamlara yaşar, 41 diğer organizmaları öldürür

42 Sıcaklık Kardinal Sıcaklıklar Her organizma için; minimum, optimum ve maksimum gelişme sıcaklıkları vardır Farklı organizmalar için farklı kardinal sıcaklıklar vardır 42

43 Sıcaklık Sınıflandırması Psikrofil Mezoil Termofil Hipertermofil 43

44 44 Ekstremofil Organizmalar Çok düşük veya çok yüksek sıcaklıklarda yaşayabilen türler Okyanuslar (5ºC), Derin denizler (1-3ºC), Kutuplar Sürekli güneş alan yerler, Besin veya gübre depolanan silolar, sıcak su kaynakları(yüzey veya okyanus dibi) Psikrotolerant bakteriler Optimum sıcaklıkları 0-20ºC olmasına rağmen 30-40ºC de yaşabilen

45 ph, Ozmolarite ve Oksijen Minimum, optimum ve maksimum ifadeleri geçerlidir ph: Bir çözeltinin asidik veya bazik oluşunu ifade eder ph: Hidrojen iyonlarının logaritmik ifadesidir. ph da bir derece değişim 10 kat iyonların değiştiğini ifade eder Asit----7(Nötr) Baz

46 ph Genelde ph 5-9 aralığındadırlar Daha düşük ve daha yüksek ph da yaşayabilenler vardır. Funguslar, bakterilere göre aside daha töleranslıdır. ph 5 in altında çoğu fungus yaşar ph 2 altında ve ph 10 üzerinde birkaç mikroorganizma yaşayabilir 46

47 ph asidofiller Optimum ph aralığı nötrofiller Optimum ph aralığı alkalofiller Optimum ph aralığı 47

48 ph: Asidofiler, Alkalifiller -Bazı organizmalar çok düşük veya çok yüksek ph ortamında yaşayabilseler de hücre içi ph nötraliteye yakındır. -Hücre içi ph 6-8 Nötrofiller denir -Tampon çözeltiler: ph ı dengelemek için kullanılan çözeltiler 48

49 Su Aktivitesi ve Çözünen Maddeler Çevredeki madde konsantrasyonundaki değişim mikrobiyal hücreleri etkiler Hipotonik çözelti (düşük madde konsantrasyonu) Su hücreye girer Hücre şişer ve patlar Hipertonik çözelti (Yüksek madde yoğunluğu) Su hücreden ayrılır Hücre zarı büzülür (plazmoliz) 49

50 Madde Yoğunluğu Değişimlerinde Hücre Adaptasyonları Hipotonik çözeltilerde, sitoplazmadaki hücre yoğunluğunu azaltır Hücre zarındaki özel kanallar çözünmüş maddenin dışarı çıkışına izin verir Hipertonik çözltilerde, çözünen maddelerle uyumlu maddelerin hücre içi yoğunluğu artırırin Çözünen uyumlu maddeler metabolizmada kullanılır ve büyüme olur 50

51 Ekstrem Adapte Mikroplar halofiller 0.2 M ve daha yoğun NaCl veya başka tuz çözeltilerinde üreyebilirler Ekstrem halofiller 2M ve 6.2M aralığında tuz çözeltisine gereksinim duyarlar Aşırı yüksek konsantrasyonda potasyuma ihtiyaç Hücre duvarı, proteinler ve hücre zarının aktivitesini sağlamak için yüksek tuza gereksinim duyarlar 51

52 Mikrobiyal Üreme Üzerine halofiller Optimal >0.2 M ekstrem halofiller gereklilik >2 M NaCl Etkisi 52

53 Oksijen Konsantrasyonu Metabolik olaylar için gerekli enerjinin korunması, elektron taşıma sistemi (ETS) ve uç elektron tutucu olarak kullanılır 53

54 Oksijen ve Bakteriyal Üreme Aeroblar Zorunlu Aeroblar: Oksijene ihtiyaç duyarlar(o 2 ). Yokluğunda üreyemezler Fakültatif aeroblar: O 2 gerekli değil. Varlığında daha iyi ürerler Mikroaerofiller: O 2 gerekli, ancak atmosferik değil, daha az miktarda yeterli 54

55 Oksijen ve Bakteriyal Üreme Anaeroblar Aerotolerantlar: O 2 gerekli değil, oksijen varlığında daha yavaş ürerler. Zorunlu anaeroblar: O 2 varlığında genellikle ölürler 55

56 56 Copyright McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display.

57 a- Zorunlu aerob b- Zorunlu anaerob c- Fakültatif aerob d- Mikroaerofil e- Aerotolerant 57

58 Toksik Oksijen Formları Oksijen kolayca toksik formlara indirgenebilir Hidrojen peroksit Hikroksil radikalleri Aeroblar koruyucu enzimler üretirler Katalaz peroksidaz 58

59 Kesinlikle Zorunlu Anaerob Mikroplar Bütün zorunlu anaerob mikroorganizmalarda hiç olmayan veya çok az bulunan; Toksik oksijen bileşiklerini parçalayan enzimler.. Örn: katalaz gibi Oksijeni tolere edemezler Oksijensiz ortamda üretilebilirler gaspak anaerobik oksijensiz inkübatör sistemi 59

60 60 Copyright McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display.

61 Oksijensiz Kavanoz 61