MİKROBİYOLOJİ DERS NOTLARI 1

DÜNYA ÖKARYOTLAR ( > 2 mikrometre ) : a) Algler b) Protozoonlar c) Mantarlar PROKARYOTLAR ( 0.2 – 5 mikrometre) : a) Arkebakteriler b) Siyanobakteriler (mavi-yeşil algler) c) Bakteriler Viruslar, viroidler ve prionlar ise bir hücre morfolojisine sahip olmayan yapılardır.Virüsler konak hücreye girerek onun genetik yapısındaymış gibi davranan kendisi için gerekli yapı taşlarını sentezletip hücreye zarar veren yapılardır. Yaklaşık 200-400 nm boyutlarında ancak elektron mikroskobu ile görülebilen canlılardır. En temel farklılıkları genetik yapı olarak ya sadece RNA ya da DNA içermeleridir . Viroidler kapsidsiz tek telli RNA viruslarıdır, otonom olarak hücre çekirdeğinde replike olabilirler ve bitki hastalıklarına yol açarlar. Diğer çıplak RNA‟ların aksine nükleazlara dirençlidir. Prionlar ise DNA ve RNA içermeyen protein yapılı etkenlerdir. İnsan (Kuru, Creutzfeld-Jacop,fatal familyal insomnia, Gertzman-Strausller sendromu) ve hayvanlarda (Scrapie, deli dana hastalığı,…vb) beyin hasarıyla karakterize klinik tablolar oluştururlar. Prionlar ısı ve dezenfektanlara çok dirençli, immun yanıt ve antikor oluşturmayan protein yapılardır . Nöronlarda vakuolizasyon ve amiloid plak birikimi ile karakterize süngerimsi (spongioform) ansefalopati tipik lezyondur. PrP protein yapısının önemli birimi ve infektiviteden sorumlu olduğu düşünülmektedir. Kısaca bakteriler (prokaryotlar) ökaryot mikroorganizmalardan boyutlarının daha küçük olması, stoplazmasında organeller içermemesi ve asıl önemlisi nükleer membranının bulunmaması ile ayrılırlar. Bazı özel durumları da burada hatırlamak faydalı olacaktır. SPĠROKETLER Burgumsu , özel yapılara sahip bakterilerdir. Periplazma kamçıları ve dingil telleri yapıları ile özel bir hareket yeteneğine sahiptir. İnsanda hastalık yapanları Treponema, Borrelia, Leptospira cinslerinde bulunur. Bakteriler arasında DNA genelde sirküler bir özellik gösterirken Borrelia burgdorferi lineer (DOĞRUSAL) bir DNA dizisine sahiptir. Spiroketler ince yapıları nedeniyle ancak karanlık alan mikroskoplarında gözlenebilirler.

Özellikler Viruslar Bakteriler Mantarlar Protozoonlar Hücre – Var Var Var Ortalama ölçüler (um) 0.02-0.2 1-5 3-10 15-25 Protozoon Nükleik asit DNA ya da RNA DNA+RNA DNA+RNA RNA+RNA Çekirdek tipi Yok Prokaryotik Ökaryotik Ökaryotik Ribozom Yok 70 S 80 S 80 S Mitokondri Yok Yok Var Var Dış yüzey yapısı Protein kapsid ve lipop- Peptidoglikanlı sert Kitinli sert duvar Esnek membran rotein zarf duvar Hareket Yok Bazılarında var Yok Pekçoğunda var Çoğalma şekli İkiye bölünmez İkiye bölünerek Bölünerek, eşeyli İkiye bölünerek eşeyli eşeysiz veya eşeysiz veya eşeysiz RĠKETSĠALAR Zorunlu hücreiçi paraziti olan küçük (300-600nm) bakterilerdir. RNA ve DNA birlikte içermeleri, ikiye bölünerek çoğalmaları ve hücre duvarı yapısına sahip olmaları nedeniyle viruslardan ayrılırlar. Tifüs etkeni olarak bilinirler ( R prowazekii, R typhi,…). Coxiella burnetii ( Q fever) , Ehrlichia cinsi bakteriler de bu aile içinde yer alırlar. Gram yöntemiyle iyi boyanmazlar, Giemsa , Gimenez boyalarıyla boyanırlar. KLAMĠDYALAR Küçük (200-1500nm) , zorunlu hücre içi bakterilerdir. Hücre içinde özel bir büyüme döngüsü oluşturur. Hücre içine giren bulaĢıcı yapı (elementer cisim) fagozom içinde metabolik olarak aktif olan retiküler cisim haline dönüşür. Retiküler cisimler ikiye bölünerek , içinde çok sayıda elementer cisimler oluşur ve hücre içinde inklüzyon cisimleri oluşur (Lugol ile boyanabilir). Sonuçta bu yapı parçalanarak elementer cisimler ortama dağılırlar. Nükleik asit, protein gibi yapıları sentezleme yetenekleri varken enerji üretimi için konak hücre enzimlerini kullanırlar (enerji parazitliği). Hücre duvarında peptidoglikan yapı bulunmaz. MOLLĠKÜLĠTLER Mycoplasma ve Ureaplasma cinsi bakteriler kültürleri yapılabilen en küçük prokaryotlardır (0.12-0.25 mikrometre) . Bu bakteriler sitoplazmik membranlarında sterol içeren yegane bakteriler olarak özel bir yere sahiptir. M. pneumoniae (atipik pnömoni) , M. hominis (ürogenital inf) ve U. urealyticum bu cinslerdeki en önemli patojenlerdir. BAKTERĠLERĠN YAPISI VE SINIFLANDIRMASI Bakteriler morfolojik özellikleri, üreme özellikleri, enzimatik aktiviteleri, nükleer materyal yapısı (Guanin/sitozin oranı) ,… gibi pek çok özellikleriyle sınıflandırılmıştır. Fakat günümüzde bu sınıflamada genetik bilginin önemi artmıştır.

MİKROBİYOLOJİ Günümüzde bu konuda en duyarlı test DNA-rRNA karşılaştırmasıdır. Çünkü rRNA mutasyondan en az etkilenen genetik materyaldir. Bu yöntemlerin kullanılmasıyla pek çok yeni tür ve cins ayrılmıştır. Bu amaçla araştırılan 16 s RNA , r RNA 30 S alt ünitesinde yer alan bir dizidir. SĠTOPLAZMA VE ĠÇĠNDE YER ALAN ĠNKLÜZYONLAR Sitoplazmada Golgi aygıtı, lizozom, mitokondri bulunmaz. Ribozomlar ise (70 S) sitoplazmada bulunurlar. Ribozomlarda protein sentezi gerçekleştirilir ve ökaryot ribozomlarından daha farklı yapısı nedeniyle antibiyotikler (aminoglikozid, tetrasiklin, makrolid,…) seçici olarak sadece bakteri ribozomlarını etkilemektedir. Ayrıca sitoplazmada dairesel kendi kendine çoğalabilen DNA dizileri (plazmid) ve küçük , çoğalmayan fakat diğer DNA dizilerine girebilen diziler (transpozon) de belirlenebilirler. BAKTERĠLERĠN YAPISI Yapı Kimyasal kompozisyon Fonksiyon Esansiyel komponentler Hücre duvarı Peptidoglikan Belkemiği şekerdir, yan zincir olan peptid Sert yapı sağlar. Osmotik basınca karşı korur, penisilin ve sefalosporinlerin etki çapraz bağlanmıştır alanıdır. Lizozimle yıkılır. Gram (+) bakterilerin yüzey Teichoic asit Majör yüzey antijenidir. Fakat laboratuar lifleri tanıda nadir kullanılır. Faj reseptörü Gram (-) bakterilerin dış Lipid A Endotoxinin toxic komponentidir. membranları Po lisakkarit Majör yüzey antijenidir. Laboratuar tanıda sıklıkla kullanılır. Sitoplazmik membran Lipoprotein, sterol içermez Oksidatif ve transport enzimlerinin bulun- duğu bölge Ribozom RNA, 50S ve 30S subunitelerindeki protein Protein sentezi; aminoglikozid tetrasiklin, eritromisin, kloramfenikolün etki alanıdır. Nükleosid DNA Genetik materyal Mezozom Plasma membranının invajinasyonu Hücre yapılarına ve sekresyona katılır Periplazmik aralık Dış membran ve plazma membranı arasında Bazı hidrolitik enzimler ve Beta laktamaz yer alır içerir Nonesansiyel komponentler Kapsül Polisakkarit Fagositoza karşı korur Ġki tiptir: 1-hücre yüzeyine tutunmayı sağ- Pilus ve Fimbria Glikoprotein lar. 2-sex pilus konjugasyonda iki bakterinin tutunmasını sağlar Flajel Protein Hareketi sağlar Spor Dipikolinik asit, keratin tabaka Dehidratasyon, ısı ve kimyasal maddelere karşı rezistans sağlar Plazmid DNA Toxinler ve antibiyotik rezistansı için bir tür gen içerir Granül Glikojen, lipid, polifosfatlar Sitoplazmadaki besin depolarıdır Glikokalix Polisakkarid Yüzeylere yapışmada görevli ID:

MİKROBİYOLOJİ MİKROBİK HÜCRE BİLEŞENLERİ Hücre Tipi Yapı BileĢim Mantar Gram Gram Mikoplaz- Klamidya Rickettsia Pozitif Negatif malar Bakteri Bakteri Zarf kapsül Polisakkarit veya – + veya – + veya – – – – polipeptid Duvar Kitin Poli-N-asetilgluko- + – – – – – zamin Peptidoglikan Poli-N-asetil- – + + – – + glukozamin-N asetilmuramik asit-tetrapeptidi Periplazmik aralık Proteinler ve – – + – + + oligosakkaritler Lipoprotein Lipoprotein – – + – + + Dış membran Proteinler, – – + – + + fosfolipidler ve lipopolisakkarit Ekler Protein – + veya – + veya – – – – Pili Flajel Protein – + veya – + veya – – – – Hücre membranı Proteinler ve + + + + (Sterol) + + fosfolipidler (ve ergosterol) Sitoplazma Protein, fosfoli- Organeller pidler ve nükleik + – – – – – asitler 80S Protein ve RNA + – – – – – Ribozomlar 70S Protein ve RNA – + + + + + Ribozomlar Genetik meteryal Protein, fosfoli- + – – – – – Nükleus pidler ve nükleik asitler Nükleoid Protein ve nükleik – + + + + + asitler Plazmidler DNA + veya – + veya – + veya – + veya – + veya – + veya – Spolar Tüm hücre + – – – – – Reprotüktif bileşenleri Sporlar Endosporlar Tüm hücre – + veya – – – – – bileşenleri ID :06t016 NUKLEUS Nukleus zarı ve çekirdekçik bulunmaz. Sitoplazmanın ortasında stoplazmaya belirli bölgelerden (mezozom) bağlanan , kıvrımlar halinde sıkıştırılmış olarak bulunan tek ve kapalı bir zincir halindeki DNA „dan ibaret nükleoid bulunmaktadır. DNA genelde kapalı (sirküler) bir yapıda iken bazı bakterilerde lineer olarak bulunmaktadır (LYME hastalığı etkeni Borellia burgdorferi lineer DNA taşır) .

MİKROBİYOLOJİ SİTOPLAZMİK MEMBRAN Tüm diğer canlı hücrelerde olduğu gibi iki lipid tabakası içinde (fosfolipid, fosfotidil kolin, serebrozid, trigliserid) proteinlerden oluşmaktadır. Ökaryot hücrelerden faklı olarak yapısında sterol bulunmaz (Mycoplasma cinsi hariç). Sitoplazmik membran görevleri Ģöyle özetlenebilir: • Bu bölge selektif geçirgenlik ve maddelerin transportunda kilit görev alır. Transport işlevinde permeazlar rol alır. Böylece ozmotik basıncı düzenleyerek hücreyi korur. • Hücre duvarının protein sentezi için gerekli enzimler hep burada yapılır (biyosentez) • Maddeleri parçalayan hidrolitik enzimler (beta laktamaz, Ig A proteaz,…) burada yapılır. Penisilinaz buna iyi bir örnektir; Gram (+) bakterilerde çevreye , Gram (-) bakterilerde periplazmik aralığa salınır. Ayrıca ekzotoksinlerin de sentez/salgı birimidir. • Pekçok duysal ve kemotaktik protein de sitoplazma zarı ile ilişkilidir. Kemoreseptörler de sitoplazmik membranda bulunurlar. • Bakterilerde solunum iĢlevini gören sitokromlar sitoplazma zarında bulunurlar ve bu özelliği ile sitoplazma zarı ökaryotların mitokondri iĢlevini görmektedir denilebilir . Mezozomlar ise sitoplazma zarının kıvrımlı girintileridir. Septumda (septal) ya da başka bir bölgede (lateral) oluşabilirler. Septal mezozom nükleoidin(DNA) tutunma yeridir ve bakterinin bölünmesinde rol oynar. Lateral mezozomlara plazmidler tutunabilir, spor oluşumunda ve ayrıca sekresyonda rol alırlar. Virulansla ilgileri yoktur . Hücre duvarı Bakteriyi iç basınca karşı koruyan, şeklini veren , su gibi düşük osmotik ortamlarda bakteriyi koruyan yapıdır. Gram boyanma özelliği de hücre duvar yapısındaki farklılıklardan kaynaklanmaktadır. Uygun olmayan koşullarda , lizozim ile ya da hücre duvarına etkili antibiyotiklerle karşılaştıklarında bakteriler hücre duvar yapılarını kaybederek hipertonik ortamda yaşamlarını devam ettirebilirler . Uygunsuz durum ortadan kalkınca normal hale dönebilirler . Bu bakteriler üreme ve bölünme yeteneğine sahipse L – formu bakteriler denir. Gram (-) bakteriler gibi boyanırlar, penisilinlere dirençlidirler, daha yavaş ürerler ve zar/filtrelerden süzülebilirler . Bu hale gelen bakteri Gram (+) duvar yapısındaysa protoplast ,Gram (-) hücre duvar yapısındaysa sferoplast adı verilir. Sferoplastlarda protoplastlardan farklı olarak dış membran kalıntıları bulunmaktadır. L-formu ile (özellikle endokarditlerde) kronik infeksiyonlar ve nüksler olabilir. Arkebakteriler dışında, hücre duvarı bulunan tüm bakterilerde sağlamlık , direnç ve şekili sağlayan en önemli hücre duvan tabakası, peptidoglikan (murein) katmanıdır. Mycoplazmalarda peptidoglikan bulunmaz, arkeabakterilerde ise farklı bir yapı (psödoglikan, psödomurein) bulunur. Peptidoglikan yapısının glikan bölümü N-asetil muramik asit ve N-asetil glukozamin kompleksinden ibarettir. Bu yapılar birbirlerine peptid bağları ile (beta 1-4 glikozid) bağlanmış durumdadırlar(bu bağlar lizozimin hedef bölgesidir). Aradaki tetrapeptidler arasındaki çapraz bağlar yapının dayanıklılığını sağlar.

MİKROBİYOLOJİ GR (+) HÜCRE DUVARININ KĠMYASAL YAPISI VE FONKSĠYONLARI İskelet yapı tüm bakterilerde aynıdır fakat tetrapeptid dizileri ile oluşan çapraz bağlar türden türe değişir. Tetrapeptid zincirde ilk aminoasit L-alanin, ikinci D-glutamik asittir. Üçüncü aminoasit Gram (-) bakterilerde diaminopimelik asittir. Gram(+) bakterilerde diaminopimelik asit ya da lizin (nadiren ornitin )olabilir. Dördüncü aminoasit D-alanindir. D-alanin tetrapeptidler arası çapraz bağlanmayı sağlar. Diaminopimelik asit Gram (-) bakterilerde lipoprotein tabakayı bağlar ve sadece prokaryot hücre duvarında bulunur . Uçtaki iki D-Ala vankomisin ve teikoplanin in başlıca etki bölgesidir.Transpeptidasyon eylemi; transpeptidaz, endopeptid, karboksipeptidazlarca yerine getirilir. Bu enzimler Beta-laktamlı antibiyotiklerin ana hedefidirler ve Penisilin bağlayan proteinler (PBP) adı verilir. Beta laktamlar moleküler benzerlik ile etki gösterirler. Penisilin ve sefalosporinlerin moleküler yapısı pentapeptidlerin terminalindeki D-Ala-D-Ala ile benzerlik gösterir. Transpeptidaz enziminin aktif bölgesine irrreversibl olarak bağlanarak D-Ala D-Ala ile kompleks oluşturmasını önlerler. Peptidoglikan sentezini 3. ve son aşamada engellerler. Penisilinlerin genelde bağlanma yeri PBP 1 ve 3‟tür. Ayrıca penisilinler bazı bakterilerde doğal olarak bulunan ve mureini hidrolize eden bakteriyel otolizinlerin inhibitörlerini bloke ederek te etklli olabilirler. Gram (+)‟lerde hücre duvarı kuru ağırlığının %50‟sini (%40-80), Gram (-)‟lerde ise %5-10‟unu peptidoglikan tabaka oluşturur; Gram (+)‟lerde hücre duvarı daha sağlam ve kalındır. Peptidoglikan, memelilerin idrar ve beyin omurilik sıvısı (BOS) hariç tüm salgılarındaki nonspesifik bağışık yanıt elemanlarından olan ve fagositozla

MİKROBİYOLOJİ bakteri öldürülmesinde büyük önemi olan lizozim enziminin (Muramidaz) hedefidir. Peptidoglikan miktarı Gram(+) bakterilerde daha fazla olduğundan lizozime daha duyarlıdırlar. Gram (+)‟lerde Lipoteikoik/teikoik ve bir miktar teikuronik asid, peptidoglikan tabaka içinde dağınık halde bulunur. Bu yapılar ribitol ve gliserolden oluşurlar. LĠpoteikoik asit, Gram (+)’lerin majör yüzeyel antijenik determinantı ve yapıĢma elemanıdır ve Gram (-)’lerde bulunmaz. Teikoik asit bakteriyi lizozimin etkisinden de korumaktadır. Ayrıca teikoik asitler Gram (+) bakterilerin fajları için reseptörleri de taĢırlar . Bazı Gram (+) bakterilerde polisakkarid tabaka (streptokokların C karbonhidratı) , dış protein (S pyogenes M proteini) ya da Mycobacterium cinsindeki bakteriler gibi glikolipidler bulunabilir. Hatta Listeria monocytogenes‟in hücre duvarında lipopolisakkarid elemanlar da bulunmaktadır. Gram(-)‟lerin hücre duvarının en dışında fosfolipid (FL) ve lipopolisakkaridden(LPS) oluşan bir dıĢ tabaka(dıĢ membran) bulunur. Dış membran ile sitoplazma arasındaki boşluğa periplazmik aralık denilmektedir. Dış membran altında peptidoglikan ile dış membranı birbirine bağlayan lipoprotein tabaka bulunur. Dış membranda bazı proteinler(porin, integral proteinler) de bulunur ve hidrofobik yapıları dışarı atabilme yeteneğine sahiptir. Böylece hücreyi dıĢ ortamın safra tuzu ve hidrolitik enzimlerinden korur . Dış membrandaki porinler, şeker, aminoasit, vitamin, gibi zorunlu maddeleri ve antibiyotiklerin hücre içine girişine izin vermektedir. Bazı büyük moleküllü antibiyotiklerin geçişi bu porinlerdeki defektler sayesinde engellenebilir ve direnç gelişebilir. Pseudomonas aeruginosa‟daki birçok antibiyotiğe karşı direnç bu şekilde olabilmektedir. Omp A dış membrandaki en büyük protein olarak göze çarpar ve dış membranı peptidoglikan tabakaya bağlar. Bazı büyük moleküllü antibiyotiklerin (vankomisin) geçişi bu porinlerdeki defektler sayesinde engellenebilir ve direnç gelişebilir. Porin değiĢikliği ile karbapenem gibi küçük moleküllü ab‟lerin girişi engellenebilir. DıĢ membran proteinleri aynı zamanda fajlar, bakteriyosinler ve piluslar için reseptör görevi de görürler. Dış membranın en yüzeyinde lipopolisakkarid tabakası (LPS) yer alır ve LPS tabakasında üç katman izlenir: a) Lipid A: Uzun zincirli yağ asitleri + glikozamin disakkarit üniteleri ( daima beta- hidroksi miristik asit bulunur). LPS tabakanın endotoksin etkisinin tümünden bu bölüm sorumludur. b) Kor: Tüm Gram(-) ortak polisakkarid yapı. Lipid-A ile ketodeoksioktülonatla bağlıdır. c) Polisakkarid : Türe özgül O antijeni (somatik antijen). Bazı Gram(-) bakterilerde dış membran LPS yoktur, bunlarda glikan yapısında çok sayıda çıkıntılar bulunur (Lipooligosakkarid:LOS) . Bu mekanizma ile konak yapısına benzerlik göstererek savunma sisteminden kaçabilirler ( Örneğin gonokok, meningokok, H influenzae, H ducreyi,..).

…