1 - Tıbbi Mikrobiyoloji Bakterilerin Beslenmesi ve Üremesi Bakterilerin beslenmesi ve üremesi Prof. Dr. A. Nedret KO Ç Erciyes Ü niversitesi T p Fak ü ltesi, T bbi Mikrobiyoloji Anabilim Dal , Kayseri.Mikroorganizmalar ı n Üreyebilmeleri için uygun fiziksel, kimyasal ? ko ş ullar ı n var olmas ı ve besin maddelerinin bulunmas ı gerekmektedir. aminoasitleri, karbohidratlar ı ve lipitleri elde ? etmek veya sentezlemek zorundad ı rlar. Üreyebilmesi için gerekli olan minimal ? ihtiyaçlar: karbon kayna ğı , azot kayna ğı , enerji kayna ğı , su, de ğ i ş ik iyonlar. ÜREME İ Ç İ N GEREKEN MADDELER Enerji ve Karbon Kayna ğı : ? Su: ? Zorunlu (Esansiyel) Elementler: ? hidrojen, oksijen, azot, fosfor ve kükürte ? gereksinim duyarlar Kalsiyum, demir, potasyum ve manganez ? gibi mineraller Eser elementler: kobalt, çinko ? Vitaminler ve Aminoasitler ?Enerji ve Karbon Kayna ğı : Bakteriler üreme, hareket etme, metabolizma ? ve protein sentezi için enerjiye ihtiyaç duyarlar. Fototrof organizmalar enerjilerini fotosentez ? yolu ile güne ş ten al ı rlar. Kemotrof organizmalar inorganik ? maddelerdeki veya organik moleküllerdeki kimyasal ba ğ larda bulunan enerjiden al ı rlar (kimyasal ba ğı n parçalanmas ı sonucu). Enerji ve Karbon Kayna ğı : Bakterilerin ço ğ u organotroftur, ? enerjilerini organik bile ş iklerden ( ş ekerler, aminoasitler) al ı rlar. Baz ı bakteriler litotroftur, enerjilerini ? azot-demir-sülfür içeren inorganik maddelerden sa ğ larlar. Enerji ve Karbon Kayna ğı : Tüm mikroorganizmalar ı n karbon ? kaynaklar ı na gereksinimleri vard ı r. Mikroorganizmalar ı n bir k ı sm ı inorganik ? karbonu-karbondioksidi (ototrof bakteriler), bir k ı sm ı da organik moleküllerdeki ? karbonu (heterotrof bakteriler) karbon kayna ğı olarak kullan ı rlar. Bakterilerin ço ğ u kemoheterotroftur. ?Su: Bakterilerin hücre yap ı s ı nda %70-90 oran ı nda ? su bulunur. Birçok mikroorganizma suyun az oldu ğ u ? yerlerde üreyemezler, canl ı kalamazlar. Suyun yeterli olmamas ı durumunda ortamdaki ? besin maddelerinin, enzim ve metabolitlerin hücredeki al ı ş veri ş i güçle ş ir. Kuru ortamda birçok bakteri türü ölmeden ? inaktif olarak kalabilir. Uygun nem sa ğ lan ı rsa bu bakteriler tekrar canlanabilirler. Zorunlu (Esansiyel) Elementler: Tüm mikroorganizmalar karbon d ı ş ı nda ? hidrojen, oksijen, azot, fosfor ve kükürte gereksinim duyarlar. Hidrojen ve oksijen birçok organik molekülün ? yap ı s ı n ı olu ş turur Fosfor ATP ve nükleik asitler için gereklidir. ? Sülfür proteinler için, ? Azot ise nükleik asit ve proteinler için ? gereklidir.Zorunlu (Esansiyel) Elementler: Metaller de hücre için gereklidir. ? Kalsiyum, demir, potasyum ve manganez gibi ? mineraller bakterilerdeki çe ş itli yap ı maddelerinin ve enzimlerin yap ı lar ı na girerler. Tüm bakteriler baz ı elementlere de eser ? düzeyde ihtiyaç duyarlar (ör. kobalt, çinko). Bu eser elementler kültür ortam ı için kullan ı lan suda ço ğ unlukla erimi ş olarak bulunurlar.Vitaminler ve Aminoasitler: Baz ı bakteriler bu maddeleri hücre ? içinde sentezleyemezler, bu nedenle bu maddelerin bakterilerin bulundu ğ u ortama konmas ı gerekmektedir. F İ Z İ KSEL GEREKS İ N İ MLER   A. Oksijen ? B. pH ? C. Is ı ? D. Osmotik bas ı nç ? E. Karbondioksit ?A. Oksijen Bakteriler beslenme ve ü remeleri esnas nda ? oksijene kar ş olan durumlar na g ö re d ö rt grupta incelenirler. 1-Aerob bakteriler: Ö r. Mycobacterium ? tuberculosis , Corynebacterium diphteria gibi. 2-Anaerob bakteriler: Ö r. Clostridium tetani. ? 3-Fak ü ltatif anaerob bakteriler: Ö r. Salmonella ? t ü rleri, Streptococcus t ü rleri, E.coli bakterileri 4-Mikroaerofilik bakteriler: s n rl oksijen ? konsantrasyonunda ü reyen Ö r. Helicobacter, Campylobacter . B. pH Mikroorganizmalar ı n pH 6-8 ’ de üremeye ? uymu ş lard ı r. Baz ı mikroorganizmalar asit ortamlarda, ? baz ı lar ı ise bazik ortamlarda daha iyi ürerler. pH de ğ i ş ikliklerine kar ş ı çok duyarl ı olan baz ı ? mikroorganizmalar ı n üretilmesinde besiyerlerine pH de ğ i ş melerini önlemek için tampon maddeler konur. C. Is ı Üredikleri ı s ı ortam ı na göre bakteriler üç ? gruba ayr ı l ı rlar: 1) Termofil bakteriler: Optimum üreme ? s ı cakl ı klar ı 45 o C ’ nin üzeridir. 2) Mezofil bakteriler: İ nsanlarda hastal ı k ? yapan patojenler bu gruba girerler (+20 o C ile +40 o C aras ı nda). Bu gruptaki bakteriler daha çok 37 o C ’ de ya ş arlar. 3) Psikrofil bakteriler alçak ı s ı larda ? ya ş arlar. En iyi olarak 200 o C ’ nin alt ı nda ürerler, bakterilerin hepsi 0 o C ’ de üreyebilir. D. Osmotik bas ı nç Bakteriler, peptidoglikan tabaka sayesinde ? osmotik ş ok sonucu patlamaktan korunurlar. Mikroorganizmalar ı n ço ğ u optimal osmotik ? bas ı nçl ı ortamlarda ürer Ortam dü ş ük osmotik bas ı nca sahipse su ? molekülleri bakteri hücresini ayr ı l ı r hücrenin susuz kalmas ı na neden olur. E. Karbondioksit: Mikroorganizmalar ı n bir k ı sm ı için ? karbondioksit büyük önem ta ş ı r, bulunduklar ı atmosferde %3-10 oran ı nda karbondioksit bulunursa daha kolay geli ş irler. Üremek için yüksek karbondioksit oran ı na ? ihtiyaç duyan bakterilere kapnofilik bakteriler ad ı verilir. Bu bakteriler laboratuvarda içerisinde bir mum ? yak ı lan kavanoz içerisinde üretilirler. BAKTER İ LER İ N ÜREMES İ Bakteriler belirli bir büyüklü ğ e ula ş ı nca ikiye ? bölünürler ve bu ş ekilde ço ğ al ı rlar. Bir bakteriden iki yeni bakteri olu ş umuna kadar ? geçen süreye bölünme zaman ı denir. Ba ş lang ı çta bakteri toplulu ğ u yava ş ça ço ğ al ı r, ancak ? bir süre sonra ço ğ alma patlay ı c ı bir tarzda olur. S ı k olarak kar ş ı la ş ı lan bakteriyel patojenlerin bölünme ? zaman ı genelde k ı sad ı rMikroorganizmalar ı n üreme h ı zlar ı ve dönemleri Bakteriler kat ı kültürlerde üredikleri zaman ? olu ş turdu ğ u toplulu ğ a koloni denir. S ı v ı kültürlerde ise koloni görülmez, ? bakterilerin üremesi genellikle s ı v ı n ı n bulan ı kla ş mas ı ile anla ş ı l ı r. S ı v ı kültür ortamlar ı n ı kat ı la ş t ı rmak için kültür ? ortam ı na agar ad ı verilen bir madde kat ı l ı r.Bakterilerin s ı v ı bir kültür ortam ı na ekilmeleri sonucu bir üreme e ğ risi Bakteri üremesinde ba ş l ı ca dört dönem vard ı r. ? ¦ Ba ş lang ı ç Dönemi: Bakteri bu dönemde ? ço ğ alma için haz ı rl ı klar ı n ı yapar. Ortamdaki bakterilerin metabolizmalar ı artar. Bakterilerin üremesinde yava ş yava ş artma görülür. ¦ Logaritmik Üreme Dönemi: Bakteri ? say ı s ı n ı n h ı zla artt ığı dönemdir. Bakterilerin s ı v ı bir kültür ortam ı na ekilmeleri sonucu bir üreme e ğ risi ¦ Durma Dönemi: Ölen bakteri ile üreyen ? bakteri birbirine e ş it oldu ğ undan ortamdaki bakteriler say ı ca de ğ i ş mez. ¦ Ölüm Dönemi: Ölen bakteri hücreleri ? say ı ca artm ı ş t ı r. Daha sonra üreyen bakteri say ı s ı s ı f ı ra dü ş er. Sonuçta ortamda hiç canl ı bakteri kalmaz. Bu e ğ rideki fazlar ı n süresi mikroorganizmalar ? aras ı nda ve farkl ı çevresel ortamlar aras ı nda farkl ı l ı k gösterir. Bakterilerin s ı v ı bir kültür ortam ı na da üreme e ğ risiBakterilerde üreme: ? E ş eysiz üreme Bakteri hücresi ortam ş artlar ı uygun oldu ğ unda mitoz bölünmeyi and ı ran (Fissyon bölünme) bölünme ile h ı zla ço ğ al ı r. Sporlanma Baz ı bakteri türleri ya ş ad ı klar ı ortam ş artlar ı bozulunca endospor ? olu ş turarak kötü ş artlar ı geçirirler. Endosporlar, kal ı t ı m materyalinin çok az bir stoplazmayla ? beraber çevrilmi ş halidir Endosorlarda metabolik faliyetler minumum seviyededir. 60 y ı l canl ı kalan bakteri sporlar ı tespit edilmi ş tir. ? Baz ı türlerde bir bakteriden birden çok endospor meydana ? gelebilir. Ör: C. tetaniSporlanmaKal ı tsal Varyasyon (E ş eyli Üreme benzeri) (Kojugasyon) Kal ı tsal Varyasyon; kal ı tsal çe ş itliliklerini artarak de ğ i ş en ? ortamlara uyum yapma imkan ı d ı r. Konjugasyon ;DNA yap ı s ı farkl ı iki bakteri yan yana gelerek ? aralar ı nda geçici bir zardan köprü olu ş turlar. köprü arac ı l ığı ile DNA parçalar ı n ı de ğ i ş tirirler. Bunlarda gamet olu ş umu ve döllenme yoktur. ?Kal ı tsal Varyasyon (E ş eyli Üreme benzeri) : 1-Konjugasyon: ? Kar ş l kl gen al ş veri şi şeklinde ger ç ekle şir 2-Transformasyon: Ortamda farkl ı özellikte bakteri geninin al ı n ı ş ı ile gerçekle ş ir 3-Transduksiyon: Bakteri virüsleri arac ı l ığı ile farkl ı bakteri genlerinin al ı n ı ş ı ile gerçekle ş irBakterilerde Mutasyon Bakteriler di ğ er canl ı lara göre daha ? kolay mutasyona u ğ rarlar. Mutasyon genellikle zararl ı ve öldürücü olmakla beraber, bakterilerde bazen olumlu sonuçlar veren faydal ı mutasyonlar olu ş abilmektedir.Bakterilerin üredi ğ i ortamlar= Besiyerleri Bakteriler besinyerleri yani kültür ortamlar ı nda ? üreyebilirler Bu mikroorganizmalar ı n izolasyonu, tan ı mlanmas ı ve ? üretilmesinde besiyerleri kullan ı l ı r. Besiyerleri Canl ı ve cans ı z ortamlar olarak ikiye ? ayr ı l ı rlar. Canl ı ortamlar; olarak s ı kl ı kla hücre ? kültürleri, embriyonlu yumurta ve deney hayvanlar ı ndan yararlan ı lmaktad ı r. Cans ı z ortamlar; genellikle bakterileri ? izole etme, üretme, ay ı r ı c ı tan ı yapabilmede kullan ı lan s ı v ı veya kat ı besiyerleridir. Genel Kullan ı m Besiyerleri Günlük (= rutin) laboratuvar ? çal ı ş malar ı nda kullan ı lan, insan ve hayvanlar ı n normal flora üyeleri ile bir çok hastal ı k etkeni mikroorganizman ı n üreyebildi ğ i besiyerleridir. Üreticilik özelliklerine göre temel ya da ? basit maddeler ile zenginli ş tirilerek haz ı rlanm ı ş olmak üzereTemel (basit) besiyerleri; et suyu, pepton, tuz gibi maddelerden ? haz ı rlanmaktad ı r. En s ı k kullan ı lan s ı v ı besiyerine buyyon denir. Buyyona agar eklenmek suretiyle elde ? edilen basit besiyerine ise jeloz denir.Zenginli ş tirilmi ş besiyerleri Temel besiyerlerine kan, serum, glikoz, ? yumurta gibi maddelerin ilavesi ile haz ı rlan ı r. Basit besiyerlerinde üretilemeyen baz ı mikroorganizmalar bu ortamlarda üretilebilirler.Genel Kullan ı m Besiyerleri Özel Besiyerleri ? Üremeleri güçlük gösteren baz ı ? mikroorganizmalar ı n üretilmeleri için haz ı rlanan besiyerleridir. daha kompleks yap ı dad ı rlar. ? Seçici (selektif) besiyerleri: Üretilmesi istenen mikroorganizmay ı ? bask ı lamayan ancak, normal flora gibi di ğ er mikroorganizmalar ı n üremesini inhibe eden seçici antimikrobik maddeler yer almaktad ı r. Örne ğ in, kolistin nalidiksik asitagar (CNA) ? besiyeri; Gram negatif mikroorganizmalar ı n üremesini inhibe ederken, Streptokoklar ı n üremesini etkilememektedir.Genel Kullan ı m Besiyerleri ¦ Ay ı rt ı c ı besiyerleri: ? besiyerlerine kat ı lan çe ş itli indikatörler ? ve kimyasal maddeler yard ı m ı yla, üreyen kolonilerin ald ı klar ı renge göre mikroorganizmalar ı tan ı mlamak mümkündür. Örnek; Endo agar ve Mac Concey gibi ? besiyerlerini, Genel Kullan ı m Besiyerleri ¦ Özgül besiyerleri: Yaln ı z tek veya ? s ı n ı rl ı say ı da mikroorganizman ı n üretilmesi amac ı yla kullan ı lan besiyerleridir. Örnek, Mycobacterium tuberculosis için ? kullan ı lan Löweinstein Jensen besiyerini, Corynbacterium diptheriae için, Löffler besiyerini.Genel Kullan ı m Besiyerleri ¦ Ay ı raçl ı besiyerleri: Besiyerlerinin ? bile ş imine çe ş itli indikatörler (bromtimol mavisi, fenol red,..) ve kimyasal maddeler (karbonhidrat, sitrat,üre....) kat ı l ı r. Bu maddeler yard ı m ı yla mikroorganizmalar ı n çe ş itli biyokimyasal karakterleri belirlenmektedir. Örnek: TS İ agar ? Organizmalar ürerken ve beslenirken aras ı nda kar ş ı l ı kl ı İ li ş kiler içindedirler Birden fazla ve farkl ı organizman ı n birlikte ? ya ş amalar ı na, genel olarak, sembiyozis (symbiosis) ad ı verilmektedir. organizmalardan biri (sembiont, sembiot), ? partneri olan organizman ı n üzerinde ya ş ı yorsa buna ektosembiyozis, içersinde ya ş ı yorsa endosembiyozis olarak ? adland ı r ı l ı r. Mutualizim: Organizmalar birbirlerine kar ş ı l ı kl ı yararlar ? sa ğ larlar Birbirlerinin metabolitlerine gereksinim ? duyarlar Biri olmazsa di ğ eri de olamaz ? Örn; fenil alanin içermeyen bir ortamda ? Lactobacillus plantarum ve Streptococcus faecalis tek ba ş ı na geli ş emez ve üreyemez. (S. faecalis, fenil alanin 'i ve L. plantarum 'da pteroylglutamic asidi sentezler).Komensalizm: Mikroorganizman ı n biri faydalan ı r, di ğ eri ? ise ne yarar ve ne de zarar görür. İ nsanlar ı n barsaklar ı nda ya ş ayan baz ı ? bakteriler de, K-vitamini yönünden yararlar sa ğ larlar. Likenler ile algler aras ı nda da bu tarz bir ? ya ş ant ı vard ı r.Sinergizm iki veya daha fazla mikroorganizman ı n, ? birlikte yapt ı klar ı etki tek ba ş ı na yapt ı klar ı etkiden daha fazla olmas ı d ı r. Örne ğ in, insanlar ı n a ğı z mikrofloras ı ? aras ı nda yer alan Trepanema vincentii ile Fuseubacterium nucleatum mikroorganizmalarla birlikte Plaut Vincent anjini, stomatit meydana getirir. Antagonizm iki veya daha fazla mikroorganizman ı n, ? birlikte yapt ı klar ı etki tek ba ş ı na yapt ı klar ı etkiden daha az olmas ı d ı r. Örn; E. coli ’ nin olu ş turdu ğ u kolisin, P. ? aeruginosa ’ n ı n sentezledi ğ i piyosin bunlar ı sentezlenmeyen etkenler üzerine inhibitör etkisi bulunmaktad ı r.Parazitizm Baz ı mikroorganizmalar üzerinde veya içinde ? ya ş ad ığı konakç ı dan yararlan ı rlar. Konakç ı ya hiç bir faydalar ı yoktur ve hatta direkt veya indirekt zararl ı etki yaparlar. İ nsanlar ve hayvanlarda hastal ı k yapan ? etkenleri bu yönlerden (bakteri, virus, mantar, helmint, v.s.) parazit olarak kabul edebiliriz. Bunlar konakç ı s ı n ı n zarar ı na, ya ş ant ı lar ı n ı ? sürdürürler. Oportunizm=f ı rsatç ı İ nsan ve hayvanlar ı n çe ş itli sistemlerinde ? normal olarak ya ş ayan, fakat hastal ı k olu ş turamayan etkenler, konakç ı n ı n sa ğ l ığı n ı n bozulmas ı veya çevre ko ş ullar ı n ı n de ğ i ş mesi sonu hastal ı k olu ş turabilirler. Örn; insanlar ı n streptokoklar veya oral flora, ? dengenin konakç ı zarar ı na bozulmas ı sonucu, kalp kapaklar ı nda bozukluk yapabilirler. Kompetisyon (rekabet) Ayn ı g ı da, reseptör, substrat, vs için iki ? etkenin kar ş ı l ı kl ı rekabete girmesi, birinin yerini di ğ erinin almas ı tarz ı nda ortaya ç ı kan bir ya ş am tarz ı d ı r. örneklerini, barsaklardaki ayn ı ? reseptörü, g ı day ı , kimyasal ı , vs. payla ş an mikroorganizmalar aras ı nda görmek mümkündür.Mikroorganizmalar ı n Beslenme Tarz ı na Göre Klasifikasyonu karbon kayna ğı , ? enerji kayna ğı , ? hidrojen/elektron kaynaklar ı ,   ?Karbon Kayna ğı na Göre S ı n ı flama İ norganik karbondan yararlananlar: ? mikroorganizmalar kendileri için gerekli olan karbonu inorganik karbonlu bile ş iklerden (Örn, CO2 gibi) yararlan ı rlar (ototrofik mikroorganizmalar). Karbondioksitin asimilasyonu için gerekli ? enerjiyi kimyasal maddelerden sa ğ larlar (kemotrof) I ş ı k enerjisinden yararlan ı rlar (fototrof). ?Enerji Kayna ğı na Göre S ı n ı flama Mikroorganizmalar biyosentez ? olaylar ı nda gerekli olan enerjiyi ba ş l ı ca iki kaynaktan sa ğ larlar. 1) Kimyasal enerji: ? 2) I ş ı k enerjisi: ?1) Kimyasal enerji Bir k ı s ı m mikroorganizmalar biyosentez ? olaylar ı nda gerek duyulan enerjiyi inorganik maddelerin oksidasyonundan sa ğ lamalar ı na (kemolitotrof) gerek duyulan enerjiyi organik bile ş iklerden ? elde ederler (kemoorganotrof). Kemolitotrofik karakterdeki enerji ? metabolizmas ı özellikle, Pseudomonas familyas ı na ait türlerde rastlanmaktad ı r. Kemoorganotrofik mikroorganizmalar, organik ? maddeleri, ya aerobik veya anaerobik ayr ı ş t ı rarak lüzumlu enerjiyi sa ğ larlar.2) I ş ı k enerjisi Fototroflar: Mikroorganizmalar ? biyosentez için gerekli enerjiyi ı ş ı ktan sa ğ larlar. Fotolitotrofik: mikroorganizmalar ı ş ı k kayna ğı n ı inorganik basit kaynaklardan yararlanmak için kullan ı r Fotoorganotrofikler: ise ı ş ı k enerjisini ? organik bile ş iklerde kullan ı rlar.   ?Hidrojen/elektron (H/e-) Kayna ğı na Göre S ı n ı flama Bütün mikroorganizmalar metabolizmalar ı için ? elektron kayna ğı na ihtiyaç duyarlar. Kemolitotrofik mikroorganizmalar: ? elektron donörü olarak inorganik bile ş ikleri kullan ı rlar. Kemoorganotrofik mikroorganizmalar: ? hidrojen vericisi olarak organik bile ş ikleri kullan ı rlarBakteriyel Fotosentez fotootroflar mikroorganizmalarda bulunan ? fotosentetik pigmentler güne ş ı ş ığı ile yay ı lan enerjiyi absorbe etme özelli ğ ine sahiptirler ve bunu kimyasal enerjiye çevirerek metabolik olaylarda kullan ı rlar. Böyle mikroorganizmalar, havadaki serbest ? (CO2)'i kendi yap ı lar ı nda bulunan, hidrojen verici bile ş iklerle (H2S) redükte ederek, organik bile ş iklerin esas ı n ı olu ş turan basit karbonhidratl ı substanslar ı (CH2O) sentezler (Fotosentez).