Gıda Kaynaklı Hastalıklar ve Toksikoloji Doç. Dr. Arzu Çağrı Mehmetoğlu
Dersin İçeği Gıda kaynaklı hastalık ve toksikolojisine giriş Mikrobiyal toksinler Pestisitler Metaller Endüstri atıkları Gıda üretimi sırasında üretilen toksinler Genetiği değiştirilmiş gıdaların güvenliği Bitkilerde bulunan doğal toksinler Gıda katkı maddeleri Gıda alerjenleri Esterojenler ve antiesterojenler Gıdada besin olmayan antitoksinler
Bir dönem projesi ve sunumu 2 quiz, ara sınav ve final yapacağım Pazartesi öğleden sonra, Sali 14 e kadar Çarşamba bütün gün Perşembe öğleden sonra Cuma bütün gün müsaatim
Giriş Gıda Toksikolojisi Nedir? Gıdada bulunan toksinleri araştıran bir bilim dalıdır Gıda bilimi, beslenme ve toksikoloji biliminin ortak bir dalı olarak kabul edilebilir Gıda bilimi gıda toksikolojisi alanına gıda güvenliği, pestisit kimyası, risk ölçümü, toksikokinetik ve gıda toksin bulunmasının legal açıdan inceler.
Gıda Kaynaklı Hastalık ve toksikolojisi Nedir?
Hastalık Yapıcı Gıda Kaynakları Biyolojik Hastalık yapıcılar Doğal olarak bulunan maddeler? Bulaşan maddeler? Kimyasal Kaynaklı Hastalık Yapıcılar??
GIDA Hayatta kalabilmenin en önemli şartı İnsan hayatında 30 ton gıda tüketmektedir Gıda Kimyasalların Karışımı Besinler (99,9%) Toksin Bulaşanlar Katkılar Uygun gıda üretimi
Gıda Tüketimi Sağlık Riski Microbiyolojik Riskler Toksikolojik Riskler Enfeksiyon Intoksikasyon
A. Bitkilerin içerdiği toksinler Doğal Toksinler B. Doğal Bulaşanlar - Yenilebilir bitkiler+ toksin - Hayvanlar tarafından üretilen toksik maddeler - microbiyal toksinler (bakterilerin toksini, mikotoksin)
A. Biological Tehlikeler Mikroorganizmalar Maya Küf Bakteri Virüsler Protozoalar Parasitik kurtlar
Gıda nasıl bulaşır?
Bakteriyel tehlike Gıda enfeksiyon ve intoksikasyonu Spor üreten ve spor üretmeyen bakteriler
Spor üreten Bakteriler Clostridium botulinum Proteolitik Proteolitik olmayan Clostridium perfringens Bacillus cereus
Spore üretmeyen Bakteriler Brucella abortis, B. suis Campylobacter spp. Patojen Escherichia coli (e.g., E. coli O157:H7) Listeria monocytogenes Salmonella spp. (e.g., S. typhimurium, S. enteriditis) Shigella spp. (e.g., S. dysinteriae) Pathogenic Staphylococcus aureus (e.g., koagulaz pozitif S. aureus) Streptococcus pyogenes Vibrio spp. (e.g., V. cholerae, V. parahaemolyticus, V. vulnificus,) Yersinia enterocolitica
Ette ve tavukta: Salmonella bacteria (kümes hayvanları ve yumurta) Trichinella spiralis paraziti (domuz) Meyve ve sebzeler: E. coli (elma suyu) Cyclospora parazitler (çilek) Hepatit A virüsü (strawberries)
I. Gıda kaynaklı zehirlenme tipleri A. Enfeksiyon Örnek istilacı: Salmonella, Campylobacter, Listeria, E. coli O157:H7, Hepatitis A İstilacı olmayan: enterotoxigenic E. coli, V. cholerae, Giardia, Cryptosporidium B. İntoksikasyon Örnek Mikrobiyal : S. aureus enterotoksin, botulinum toksin, aflatoksin, mikotoksinler
Enfeksiyon oluşumu Mukus bariyer görevi yapar hareket edemeyen organizmalara karşı mekaniksel bariyer görevi vardır Vibrio cholerae tarafından salgılanan mukunaz enzimi mukus tabakasını parçalar IgA ve demir bağlayan proteinlerin goblet hücreler tarafından salgılanması
Tutunma Hücre duvarı bileşenleri (fimbriyalar) epitelyum reseptörlerine bağlanır Uç kısmıyla konak hücre yüzeyinde bir reseptör molekülüne tutunur Konak reseptörler genellikle glikoprotein veya glikolipittir Bu bağlanmanın spesifikliği, bakteri için gerek konak spesifikliğini gerekse konakta yerleşim yeri spesifikliğinin temel nedenidir
Bakteri Tutunma (Adhesin) Faktörleri Fibria İpliksi yapıdadır. yüzeylere ve diğer bakterilere bağlanmasında yardımcıdır Pili-İpliksi yapıdadır, reseptörlere bağlanıp, genetik materyalleri transfer eder Kapsül-Ekzopolisakkarit yapıdadır, tutunmada yardımcıdır, fagositozu engeller
Lifsi olmayan bağlanma Kapsüllün hücre duvarı proteinleri ve karbonhidratları epitelyum üzerine ya kolonize olurlar (enterotoksijenik E. coli) ya da Reseptör vasıtalı endositozla geçiş yaparlar (enteroinvasive E. coli)
İnvazyonda (İstila) rol oynayan virulans faktörler Bakterilerin fagositik olan hücrelere girmeleri aktin polimerizasyon-depolimerizasyonuna bağlı olarak hücre iskeletinin yeniden düzenlenmesi ile gerçekleşir
Sinyal değişimi Artan hücre içi Ca2+, İnositol fosfat salınımını Mikrovilide epitel hücre proteinlerinin fosforilasyonunu Yakın tutunma aktin filamentlerinin ve diğer epitel hücre proteinlerini genişletir
Fagositik olmayan hücrelere bakterilerin girebilmesi için bakterinin konak hücreye yapışması ve hücre zarında değişikliğe neden olur buda bakterinin içeri girmesini sağlar
Bağışık sisteminden korunmada rol oynayan virulans faktörler Ürettikleri bazı maddelerle fagositik hücreleri parçalarlar Bu bakterilere agresinler adı verilir Kapsülde fagositozdan korur Bazı bakterilerde fagositoza karşı dirençlidir
Çoğalmaya yönelik virulans faktörler Bakteriler canlılıklarını sürdürebilmek için gereksinim duydukları serbest demir iyonlarını sentezledikleri siderofor denilen transport proteinler ile sağlarlar Fe 3 ---Fe 2 (çözünür) Salmonella virulansılılığı direk olarak demir alımıyla ilişkilidir - fur (düşük hücre içi demir tetikler) Konukçu doku tarafından azaltılan demir Transferin, ferrin ve ferritin için konukçu ile rekabete girer
Konak doku ve hücrelerde hasar yaratan virulans faktörler Agresin bakteriler hücre ve dokulara zarar verici maddeler üretirler Kollagenaz-kollageni parçalar Kinaz-fibrini parçalar Hidrojen peroksit gibi metabolik son ürünler
Toksinler Ekzotoksinler- GR(+) Çok toksindirler Sitotoksin-çeşitli hücre tipine etki eder AB toksin (Enterotoksinler) Difteri, kolera, dizanteri Membran yıkımına neden olanlar Süper antijenler Endotoksinler Lipopolisakakrit (LPS)-lipit A
Sitotoksin Isıya duyarlı dış membran proteinidir (56-78 kda) Maksimum üretimi ph 7 de, 37C ve erken durgunluk fazı süresince gözlenir Üretimi ve salgılanması asidik ph ve yüksek sıcaklıkla (42C) düşer Fonksiyonları: Protein sentezini engeller Hücrenin parçalanmasını sağlar
Vi antijeni Bakterinin makrofaj içinde öldürülmesini engeller Bakteri yüzeyine tutunmasını engeller Fagositozu önler Ayrıca makrofaj içinde hidrojen peroksitin sitolitik etkisine direncini sağlar böylece hücre içinde canlılığını sürdürür
LT ve ST Enterotoksinleri LT nin yapısı Isıya duyarlı toksindir: 60 o C de 30 dakika sonra etkisini kaybeder Bir A alt ünitesi vardır: aktif bölümüdür Beş tane B alt ünitesi vardır: Hücre yüzeyindeki reseptörlere bağlanır gangliosid GM1
LT fonksiyonu 1- Beş tane B alt ünite hücre yüzeyindeki GM1 reseptörüne bağlanır 2-A alt ünite hücre içene girer ve A1 ve A2 olacak şekilde ikiye ayrılır 3-A1 plazma membranında bulunan hücrenin adenilat siklazı ın düzenleyici alt ünitesine bağlanır 4- Hücre içi biriken camp ye bağımlı protein kinazın aktif olmasını sağlar 5- Protein kinaz sodyum ve klor emilimini ve salınımını durdurur ve sulu ishale sebebiyet verir
camp Protein kinazları aktive eder Ayrıca iyon kanallarından Ca2+ geçişini düzenler
STnin yapısı Isıya dirençli toksin: 30 dakika kaynamanın sonunda hala aktiftir Plasmid kodlar LT ve CT nin antikorlarıyla nötralize olmaz
ST nin mekanizması 1-Bağırsak epitelyum hücrelerin spesifik reseptörlerine bağlanır 2- Direk olarak guanilat siklazı aktive ederek, cgmp nin birikimini sağlar Buda bağırsağın bol sıvı ve elektrolit salgılanmasına neden olur buda ishal oluşumuna neden olur
Endotoksinler Hücre duvarında LPS bulunur Polisakkarit kısmı O antijenlerini oluşturur Lipit A kısmı ise toksik kısmıdır Ateş yükselmesine, kan basıncı değişikliğine ve ölümcül şok oluşturur Konak organizmada reseptörlere bağlanmasını sağlar hücre içinde yaşaması LPS nin yan zinciri ile ilgilidir
Enfeksiyonu etkileyen gastrointestinal faktörler Asit - Gram negatif enterikler ve enterovirusler (hepatit A) aside dirençlidir, sodyum bikarbonat ağızdan alınan infektif dozu 10,000 kez gıdalar da gastrit asidi azaltır. Proteolitik enzimler - pepsin Safra - Gram negatif enterikler ve enterovirüsler (hepatit A) dirençlidir
Bağırsak enfeksiyon tipleri İstilacı olmayanlar- İnce bağırsağın epiteline bağlanır, enterotoksin üretir ve ishal takip eder Örnekler: Enterotoksijenik E. coli turist ishali V. cholerea - kolera İstilacı olanlar: Bağlanır ve kolonun (Shigella) veya ileumundan (Salmonella) epitel dokuya geçiş yaparak ekzotoksin üreterek ishale neden olurlar. Epitelyumun alt tabakalarına geçiş fazla görülmeyen bir durumdur. örnekler: Shigella basiler dizanteri Salmonella - enteritis Enteroinvasiv E. coli - enteritis or dizanteri Campylobacter - enteritis Sistemik: İnce bağırsağın epitelyumuna bağlanma ve geçişi epitelyumun alt dokularına geçiş ve sistemik yayılma izler Örnekler: S. typhi - tifo E. coli O157:H7 - HUS L. monocytogenes - menenjit
Enteretoksinin neden olduğu gıda zehirlenmeleri 1. Önceden üretilmiş enterotoksinin gıda ile tüketimini izleyen bağırsak emilimi (belirtilerin başlaması 1-12 saat arasında değişir) Örnekler: S. aureus enterotoksinler sinir uçları üzerine etkilidir: mide bulantısı, kusma ve ishale neden olurlar. B. cereus - emetik: mide bulantısı, kusma C. botulinum Nörotoksinin bağırsak emilimi botulizm zehirlenmesine neden olur 2. Çok sayıda mikroorganizmanın vücuda alınmasını izleyen sınırlı üreme, enterotoksin üretimi ve bağırsak emilimi (başlama süresi 12-48 saat) Örnekler: C. perfringens kramplar, mide bulantısı, ishal B. cereus ishal, kramplar, sulu ishal
İshal Tanımı: Tuzun ve suyun emiliminin azalması vücuttan sıvının kaybına neden olur (sıvı salımı > sıvı emilimi) Sebepler iyonların zayıf emilimi Çözücünün artan salınımı- enterotoksinler ince bağırsakta Na+/Cl- dengesini bozar ve Na+ ve Cl- ün daha fazla suyla kaybına neden olur Bağırsaktaki yapısal abnormaliteler- mukozal hasar Artan bağırsak hareketleri ve mukozal hasardan azalan emilim
Kusma Tanım bulantı, fazla tükürük salgılama, solgunluk ve terleme ile başlayan mide içeriğinin kuvvetli kasılmalarla dışarı çıkmasıdır Mekanizma Düz kaslar ile kontrol edilir ve beyin (medulla) ile merkezi sinir sistemi kusma refleksini koordine eder Enterotoksinler bağırsak mukozasında reseptörleri uyarır Bağırsak mukozasındaki sinirsel reseptörler beyindeki kusma merkezini mide siniri vasıtasıyla uyarır Beyin diyafram ve abdomene sinir uyarıları göndererek kusmayı başlatır
Gıda kaynaklı patojenlerin hücre içinde çoğalması Salmonella - lamina propria Shigella - sitoplâzma E. coli O157:H7 sitoplâzma Y. enterocolitica lenfoid doku L. monocytogenes lenfoid doku
Çevresel etkiler ile zehirliliğin kontrolü Fizyolojik sinyaller demir sıcaklık kalsiyum karbon kaynağı anaerobiklik ozmolarity
Demir-sınırlı büyüme şartı Tip I Shiga ya benzer toksinin ve difteri toksininin üretimi
Sıcaklık oda sıcaklığından 37ºC ye kadar artışı Shigella da virb, ipa ve inv nin transkripsiyonun artmasını ve dolaylı olarak hücre yayılımını artırır E. coli da pili üretimini artırır Yersinia türlerinde plazmit tarafından kodlanan zehirlenme genleri olarak bilinen vir, Icr ve yop sadece 37ºC de meydana gelir
Oda sıcaklığının etkisi Bazı zehirlenme faktörleri sadece oda sıcaklığında ortaya çıkar Yersinia pseudotuberculosis de ki inv yayılmacı geni Vibrio cholerae daki toxr toksin geni
Kalsiyum 37ºC de yop geninin transkripsiyonu kalsiyum yokluğunda engellenir Paradoks: zehirsiz büyüme
Ozmolarity Kolera toksininin konukçu dokunun fizyolojik şartlarında optimum olarak üretimi Yüksel ozmolarity S. typhimurium da yayılımcı geni olan inva nın etkisini artırır
Anaerobiklik S. Typhimurium da doku hücresine yayılma etkisini artırır V. cholerae da toksin üretimini artırır
Karbon Kaynağı Büyüme hızını, metabolik son ürünü ve ph ı değiştirerek zehirlilik faktörlerini etkiler
Stres Şartları- besin azlığı, asidik ph, ısı şoku CO 2 /N 2 yokluğuna ve asidik ph maruz kalmış S. Typhimurium un makrofajda hayatta kalabilmesi için gerekli genlere sahiptir ısıl şok, oksidatif stres ve asit stresiyle L. Monocytogenes de, listeriolisin O nun oluşumu sağlanır membranın parçalanması ve sitoplazmaya kaçışı sağlar Isıl şok proteini oluşturan birçok organizma diğer streslere karşıda direnç kazanırlar (radyasyon veya dezenfektan maddeler)
Konukçu duyarlılığı A. Yaş B. Bağışıklık durumu- yeni doğanlar, yaşlılar, hamile kadınlar C. Hasta olanlar- AIDS, kanser, alkolizm D. İlaç terapisi altında- organ transferinde kullanılan bağışıklığı bastıran ilaçlar E. Beslenme bozukluklarında- antikor üretimi ve fagosayt aktifliğinin azalması F. Çevresel faktörler- yorgunluk ve stres
Gastrointestinal sistemi Mukoza tabakası epitel hücre sırası lamina propriya (bağlayıcı doku ve lenf damarları + düz doku hücreleri + lemfoid doku) kas tabakası
Fonksiyonları Gastrointestinal bölge ile vücut dokusu arasında seçici geçici bariyer sağlar Gıdanın taşınmasını ve sindirimini sağlar Sindirilmiş gıdanın emilimini artırır
İnce bağırsak yaklaşık olarak 5-6 metre uzunluğunda Yapısı Villi - Mukozanın dışarı doğru büyümesiyle meydana gelir (0.5-1.5 mm) ( epitelyum ve lamina propriya ) Kript villi arasındadır tüpsü bezlerdir
Mukozanın üstünü örten özel hücre yapısı Mikrovilli çizgili sınırların dışarı uzantısı (~ 3000 mikrovilli / emilim hücreleri) En önemli görevi besinler için yüzey temas alanını artırır (~557 m2)
Enfeksiyona bariyer Mide -Düşük ph Asit karşıtları canlı kalmayı başarır Normal Flora - 10 11-10 14 CFU/g (1/4 dışkı kütlesi) Mukus tabakası ve epitelyumdan oluşan bağırsak duvarına bağlıdırlar Denge durumu- ekolojik hücreler değişir
Diğer bakteriler tarafından kolonileşmeye gösterilen direnç- bakteriosinler, diğer inhibitörler (asetik ve propiyonik asit Shigella ya karşı etkilidir) besinler için ve bağlanma yeri için yarış
Emzirilen bebekler: lactobasilli bakterileri tarafından zengindir ve patojenik E. coli yın gelişmesini engeller Biberonla beslenenler: E. coli zehirlenmesine karşı daha hassastır
Konukçu savunması İki ana sistemle 1. Fagositler: nötrofiller, monositler ve makrofajlar İstila eden bakteriye kemotaksis Hücre içi öldürme: Lisozom üreten yeni üretilmiş hücre içi boşluğuna tutulan bakterinin tutulduğu fagozamın içeri çekilmesi Hidrolitik enzimlerle (lisozom, fosfolipaz, ve değişik proteaz enzimleri) dirençli olmayan bakteriler öldürülür 2. Süperoksidaz ve hidrojen peroksit üretilmesi
C. Patojen Savunma Mekanizması 1. Lipopolisakkarit ve asidik polisakkarit antijenlerin üretilmesi fagosistosize karşı direnç sağlar 2. Yüzey kapsülleri 3. Değişik virulans faktörler
Suşları farklı kılan genler arasında toksin ve yapışma (adezyon) faktörleri gibi hastalık (virulans) faktörleri vardır Örneğin O157:H7 suşunun taşıdığı Şiga toksini geni, E. coli 'ye Shigella'dan geçmiştir E. coli 'nin hastalık yapmasını sağlayan özelliklerin hepsi bir arada olmaz, belli E. coli suşları bu faktörlerin belli kombinasyonlarına sahiptir
Pilus veya fimbriumlar bakterinin üstünde bulunan ve onun belli yüzeylere bağlanabilmesini sağlayan saç görünümlü yapılardır Zararsız E. coli 'ler de piluslara sahip olmakla beraber ETEC tiplerinde bulunan özelleşmiş piluslar onların ince bağırsak epitel hücrelerine bağlanmalarını sağlar Bu sayede bakteri dışkıyla atılmayıp ince bağırsakta yerleşir ve orada çoğalabilir Bu yüzden bu pilus türlerine kolonileşme faktörü denir Bu faktörler konak organizmaya özgün olup bakterinin hangi hayvanlarda çoğalabileceğini belirler
Patojenite özellikleri Salmonellaların çeşitli virulans faktörleri vardır Yüzey antijenleri Dokuya invazifliği sağlayan faktör Endotoksin Enterotoksinler Sitotoksinler
Zehirlenme Mekanizması 10 5-10 8 bakteri hücresi alınmalıdır Mideyi geçerek ince bağırsağa gelen hücrelerin safrada üremesi kolaylaşır Mukus engelini aşarlar Epitel hücrelerine ulaşır ve hücre içine girerler Makrofajlar içine alınan bakteri hücreleri üremeye devam ederler Makrofaj içinde mesenterik lenf bezlerine gelerek orada çoğalırlar kana karışırlar Kan dolaşımıyla bakteriler tüm doku ve organlara ulaşırlar Dokularda makrofajların birikmesi ile tifo nodülleri oluşur Kılcal damarlarda tutunmalar sonucu nekroz gelişir Bağırsak kanamaları ve delinmeleri görülebilir Safra kesesinde gelişen bakteriler tekrar ince bağırsağa atılır ve gastrointestinal belirtiler görülür
Flagella ve hareketlilik Bozulmamış tam uzunluktaki kamçı istila ve hücreden hücreye geçiş için önemlidir (flaa, flab) kemotaksik çekim L-fukoz a bağırsak bağırsak musininde Kirpikler bakterinin barsak yüzeyindeki mukusa tutunup, bağırsaklara yerleşmesine yardım eder. C. fetus suşlarında hücre yüzeyini büyük bir protein olan antijenik bir tabaka kaplar Serumun bakterisit etkisinden ve fagositozdan korur Bu yapı diğer suşlarda yoktur C fetusun bağırsaklar dışında yayılmasını sağlayan faktördür