BAKTERİ GENETİĞİ DERSİ

Transkript

1 BAKTERİ GENETİĞİ DERSİ 1.Prokaryotların Yapısal Özellikleri Bakterilerin dış yüzeyleri bulundukları çevreyle doğrudan yüzleşen kısımlardır. Bu nedenle çevreyle bağlantılı çok çeşitli özelliklere (Ör: Hareket, yüzeylere yapışma-tutunma, çevre şartlarına hassasiyet ve besin alımı vbg) sahiptirler.

2

3

4

5

6

7

8

9 1.1.YÜZEY UZANTILARI Prokaryotlarda akış ve amöboid hareket yoktur. Bakterilerde üç çeşit temel hareket gözlenir. Bunlar kirpik adı (= Flagella) verilen uzantılarla yönelerek (Ör: E.coli), kayarak (= gliding) (Ör: Neisseria meningitidis) ve eksen flaman (Ör: Spirochete (Borrelia burgdorferia) ve spiral diğer mikroorganizmalarda bulunur) ile hareket ederler. Kirpik (= Flagella): Bakteri sıvı ortam içerisinde ise bulunduğu ortamda yönelim ya da uzaklaşma hareketi yapabilmek için kirpikleri kullanır. Bunlar uzun, spiral görünümlü, yapışkan yapılı yüzey bileşenleridir. Kirpikler tek bir makromolekülden yapılmış saç görünümünde nm kalınlığında içleri boş silindirik yapılardır. Kimyasal ve X ışınları kırılımı yöntemi analizleri ile Flagellin adı verilen esnek protein alt birimlerinden yapılmış olduğu gösterilmiştir. Kirpikli bakterilerin hücre çeperleri lizozim ile eritilirse, kirpiklerin sitoplazma zarına bağlı olarak kaldığı görülür. Zara bağlandıkları noktaya bazal cisim, kinetoplast ya da kirpik motoru denir. Bakteri hareketini kirpiği döndürerek yapar. Bakterilerde bir veya daha fazla kirpik bulunabilir

10

11

12

13 Bu yapıların varlığı ve sayısı bakteri genomu tarafından kontrol edilir. Mutasyonlarla bu bakterilerin, kirpik yapıları yok edilebilir. Kirpikler aynı yöne dönerse ileri veya geri hareket edebilirler, Kirpikler farklı yönlerde dönerse, bu taktirde bakteri takla atar(= Tumbling). Bazı bakterilerde memeli hücresi içine girince hareket özelliği kazanabilir. Ör: Shigella dysenteria Gram negatif, rod şekilli, kanlı daireye yol açan ve hareketsiz olarak tanımlanan bu bakteriler özellik kazanabilen yetenektedirler. Memeli epitel hücrelerine girdikten bir süre sonra bir ucunda aktin filamentleri yoğunlaşmaya başlar. Bakteri bunun çalışma sisteminin yönünü değiştirerek, hücre içinde kendi hareketini sağlamasında kullanır. Bu aktin kuyruklar daha sonra bakteriyi ileri doğru iter ve bakterinin bir hücreden diğerine geçmesini sağlar. Böylece enfeksiyonu yandaki komşu hücrelere taşırken, enfekte canlının bağışıklık sistemi hücrelerinden de korunur.

14 Şekil 5. Shigella dysenteria bakterisinin aktin kuyruk oluşturarak hücre içi hareketi (Microbiology Salyers A.A. ve Whitt D.D. 2001).

15 Pilus (= Fimbria): Özellikle E. coli de yapılan çalışmalarla ortaya çıkan ve yalnız gram negatif bakterilerde görülen hareket fonksiyonuyla hiç ilgisi olmayan sert yüzey uzantılarıdır. Adı, yapısı saça benzediği için Latince (pilus = saç) veya (fimbria = püskül) kelimesinden gelir. Bakteri kirpiklerine benzemesine rağmen, kirpiklerden farklı olarak çok daha kısa,düz yapılardır. Kalınlıkları Å arasında değişir. En kalın piluslar bile kirpiklerden daha ince ve kısadır. Bakterilerde arasında değişen sayıda aynı tip ya da farklı tip pilus bulunabilir. Kirpiklere benzer şekilde Pili adı verilen birimler Pilin adı verilen 17 kda molekül ağırlığında protein alt birimlerinden oluşmuştur.

16 Pili ler soğukta ve nötral reaksiyonda derhal birleşerek pilusu oluşturur. Daha kısa ve ince olanlarına zaman zaman fimbria adı verilse de aynı şeydir. Bakteri canlılığıyla doğrudan ilişkili olmayan buna karşın genetik olaylarda çok önemli olan yapılardır. Pilusların, memeli ve bakteri hücrelerine tutunma ve yüzey filimi oluşturmada önemli rolleri vardır. Bakterilerin pilus yapma özelliği kromozomal ya da plazmit genlerinin kontrolü altındadır. Mutasyon oranları oldukça yüksektir ve mutasyona uğrayarak kaybolabilir. İki büyük gruba ayrılır. 1.Yaygın Piluslar: 7nm kalınlıkta, 0,5-2 m uzunluktadır. Bir bakteri üzerinde ortalama tane bulunabilir. Ortasında Å çaplı bir kanal vardır. Hücrenin dışında fırça görünümüne sahip piluslardır (Şekil 7). Oksijenin sınırlı olduğu ve yüksek hücre yoğunluğu olan besiyerlerinde üremeyi arttırır Neisseria gonorrhoaea suşları ile yapılan çalışmalarda patojenitede etkili olduğu görülmüştür.

17 2.Seks Pilusları: Bu piluslar yaygın piluslardan daha uzun, esnek görünümlü ve biraz daha kalın (8,5 nm) uzantılardır. Bakterilerde 1-4 adet bulunabilirler. Uçlarında yumruya benzer oluşumlar ile diğer piluslardan ayrılırlar (Şekil 8, 9). İki tipi vardır. F Pilusları; Bakteri içinde F plazmiti ya da F faktörü adı ile bilinen, bakteriye vericilik (Erkeklik) özelliği kazandıran genetik elemanların bulunması halinde oluşurlar. Bu plazmiti taşıyan bakteriler genellikle birkaç F-pilusu yaparlar. Benzer yapıda olan F piluslarına, F-benzer (F-like) pilusları adı verilir. Bu piluslar bazı RNA fajlarına (Ör: MS2, R17, f 2, Qβ, 2 ve fd) özgü adsorbsiyon yaparlar. Bu RNA fajlarının bir hücreye girmesi ve bakterinin katı besiyerinde plak oluşturması; bu bakterinin F ve F-benzer pilusu içerdiğinin ve verici bir bakteri olduğunun kesin kanıtıdır. I Pilusları: I pilusları adını Col plazmitlerinden Ib tarafından oluşturulduğu gözlendiği için almıştır. Bir çok fonksiyonları ve özellikleri bakımından F piluslarına benzerler Buna karşın sadece kendine özgü ve F pilusların tutunmayan RNA fajlarına tutunurlar. Morfolojik ve serolojik olarakta F piluslarından daha kısa ve incedirler. İki pilus tipide antijenik olarak birbirinden farklıdırlar.

18 1.2.YÜZEY POLİSAKKARİTLERİ Kapsül: Bakterileri saran bu yapı birkaç bakteride (Ör: Bacillus anthracis) protein yapısında olmakla beraber genellikle polisakkarit yapıdadır (Ör: E. coli, Neisseria meningitidis vbg ). Yapılan deneyler görünüşte kapsülsüz olan birçok bakterinin kapsül salgısı ürettiğini göstermiştir. Kapsüllü bakteriler genellikle mukoid formda koloniler oluştururlar. Ortam koşullarına ve mutasyonlara bağlı olarak kapsülsüz forma dönüşebilirler. Bu durum bakterinin virülansı üzerine de etkilidir. Ör: Kapsülsüz forma dönüşen pnömokoklar da patojenite de ortadan kalktığı gösterilmiştir. Kapsülün patojenite üzerindeki etkisinden daha önemli olan görevi özellikle insan fagosit hücrelerinden korunmaktır. Çünkü bakteriler bu yapı sayesinde fagositler tarafından fagositoza ve sindirime dirençli hale gelirler.

19 Biofilm: Yüzey polisakkaritleri bakteriler tarafından tutunmada da kullanılırlar. Doğal oluşumların yüzeyinde bakterilerin bir araya gelmesiyle oluşan biofilm adını alan tabakalar yer alır. Genellikle bu tabaka birden fazla çeşit bakteri içerir. Bu filmin ilk tabakası bakteriler pili benzeri tutunma mekanizmalarıyla bir yüzeye tutunmasıyla oluşur. Daha sonraki katmanlarda yüzey polisakkaritleri bir çimento gibi görev alır. Biofilm pekçok probleme yol açar. Bunlar arasında; su boruları ve sucul ortamlarda su ile reaksiyona girip asit üreterek zarar vermeleri, ağız florasında dişler üzerinde birikip kalsifiye olarak diş plağı oluşumuna ve çürüklere neden olmaları yer alır. Bu bakteriler bölünmezler ama çoğunlukla metabolik olarak aktiftirler ve böylece yeteri kadar asit ürettiklerinde bağlandıkları ortamlara zarar verirler.

20 1.3.BAKTERİ HÜCRE DUVARI Bakteriler gram boyama ile mikroskobik olarak incelendiğinde gram pozitif ve gram negatif olarak ikiye ayrılmıştır. Bu ayırım bakteri hücre duvarı organizasyonu arasındaki farktan ileri gelir. Bu sert hücre duvarı çok sayıda çapraz bağlı polisakkarit ve peptit içerdiğinden peptidoglikan adını alır (Şekil 10). Peptidoglikanın iskelet yapısı tekrar eden N-asetil-glukozamin (NAG) N-asetil-muramik asit (NAM) birimlerinden oluşur. NAM a bağlı peptitler ile bir sonraki NAM a bağlı peptidler arasında çapraz bağlar oluşmasıyla düzenlenir. Peptidoglikan tabakaya murein adı da verilir

21

22

23 Gram Pozitif Hücre Duvarı:Gram pozitif hücre duvarı kalın bir peptidoglikan tabakayla çevrilidir, proteinler ile sıkıca paketlenmiş olarak görülebilir. Bu tabakaya S tabakası denir.

24 Bu tabaka çevre şartlarına hassastır. Proteinleri ve diğer moleküllerin serbeste geçişine izin verir. Peptidoglikan tabakanın üzeri teikoik asit denilen yüklü polisakkaritlerle örülüdür (Şekil 12). Şekil 12. Teikoik asit yapısı (employees.cs bsju.edu/.../ cho/peptidogly can.gif) Teikoik asit moleküllerinin bazıları hücre zarında yer alan lipit moleküllerine bağlanır ve peptidoglikan içinde uzanır. Bu moleküllere lipoteikoik asit (LTA) adı verilir. Enfeksiyonda fagositler gram pozitif bakterileri yüzeyinde yer alan LTA lar yardımıyla tanırlar ve saldırıp enfeksiyonu yok ederler.

25 Gram Negatif Hücre Duvarı:Gram negatif bakteriler farklı tipte bir hücre duvarına sahiptirler. Dış zarla çevrili ince bir peptidoglikan tabaka içerir. Dış zar bir lipoprotein yardımıyla peptidoglikanı sabit tutar. Bu lipoproteinin bir ucu kovelent bağ ile peptidoglikan tabakaya diğeri dış zara bağlanır.

26 Bu zar fosfolipit içermesine rağmen çift tabakalı fosfolipit tabaka içermez. Bu zar polisakkarit ve lipit moleküllerinden oluşan lipopolisakkaritten (LPS) yapılmıştır. Bu LPS formun lipitleri yapraklar şeklinde dış zarın dışında yer alır. LPS enfeksiyonda tanıma ve tutunma mekanizmasında önemli rollere sahiptir.

27 Gram negatif bakteri dış zarı bakterinin beslenmesi için gerekli küçük molekülleri ve besin maddelerini, porin adı verilen küçük proteinler yardımı ile, peptidoglikandan oluşan periplazma adını alan dış zar ve hücre zarı arasındaki bölgeye geçirir. Dış zar proteinleri vitamin ve demir bağlayabilir. Kirpiklerde benzer olarak dış zara bağlanır. Burada yer alan porlar kendinden daha büyük moleküllerin geçişine izin vermez. Böylece bir taraftan dışarıdan gelecek büyük proteinlerin periplazmaya ulaşmasına engel olurken, diğer taraftan hücrenin salgıladığı büyük proteinlerinde burada birikmesine yol açar. İnsanların bağışıklık sisteminin bakterilere karşı salgıladığı lizozim enzimi, peptidoglikan üzerine etkilidir.dış zar üzerinde yer alan porlar sayesinde bu enzimin ve büyük yapılı antibiyotiklerinde periplazmik alana geçmesine engel olarak gram negatif bakteriyi korur.

28 İlkel (Archaea) Bakterilerin Hücre Duvarı:Genellikle ilkel bakterilerde hücre duvarı yoktur. Bazı cinslerinde ilkel bir hücre duvarı yer alır. Fakat bunlarda yer alan muramik asitlere bağlı amino asitler ve şekerler farklıdır. Bu nedenle bu tip hücre duvarı pseudomurein adını alır. Diğer hücre duvarına sahip ilkel bakteriler hekzagonal protein alt brimlerinin sıkıca paketlenmesiyle (S tabaka) oluşur. Başka bir değişle birkaç cinste görünen bu durumda hücre S tabakasıyla sarılıdırlar. Dolayısıyla penisilin gibi peptidoglikan sentezine etki eden antibiyotiklere duyarlı değillerdir. Bu özellikleri nedeniyle bilim adamları yavaş büyüyen ilkel bakterileri izole ederken ortama penisilin gibi antibiyotikleri yüksek düzeyde koyarak hızlı büyüyen normal bakterileri ortadan kaldırırlar