Bakteri Ders (PDF)
Bakteri Ders (PDF)
Bakteri Ders (PDF)
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
BAKTERĠLERĠN YAPISI,<br />
ÜREME ÖZELLĠKLERĠ VE<br />
GENETĠĞĠ<br />
Doç.Dr. Hikmet Eda Alışkan<br />
Mikrobiyoloji ve Klinik<br />
Mikrobiyoloji ABD
Hücre nedir?<br />
• Hücre, yaşayan organizmaların temel<br />
yapıtaşıdır.
Hücre yapısı<br />
• Hücreler, bir çekirdeğe (genetik materyal ve onu<br />
saran bir zar) sahip olup olmamalarına göre iki<br />
büyük gruba ayrılır.<br />
• Belirgin bir çekirdeğe (nukleus) sahip olan<br />
hücreler ökaryot (Yunanca gerçek çekirdek),<br />
• Çekirdeğe sahip olmayan hücreler ise prokaryot<br />
(Yunanca primitif çekirdek) olarak isimlendirilir.
Hücre Yapısı<br />
• Ökaryotlar: Hayvan, insan, bitki ve<br />
mantarlara ait hücrelerdir<br />
• Prokaryot: <strong>Bakteri</strong>ler ve mavi-yeşil algler<br />
• Prokaryot hücreleri, ökaryot hücrelerden<br />
ayıran en önemli fark bir çekirdek zarına<br />
sahip olmamalarıdır.
Tablo 1: Prokaryot ve ökaryot hücrelerin temel özellikleri<br />
Ökaryot<br />
Prokaryot<br />
Ana gruplar Mantar, protozoa, bitki <strong>Bakteri</strong>ler, mavi-yeşil algler<br />
Büyüklük >5 µm 0,5-3,0 µm<br />
Çekirdek zarı Var Yok<br />
Kromozom Diploid, linear DNA Haploid, bir tane, çembersel DNA<br />
Mitokondri Var Yok<br />
Golgi aygıtı Var Yok<br />
Endoplazmik retikulum Var Yok<br />
Ribozom (sedimentasyon<br />
katsayısı) 80 S (60S+40S) 70 S (50S+30 S)<br />
Sitoplazmik zar Sterol içerir Sterol içermez (Mycoplasma spp. hariç)<br />
Hücre duvarı<br />
Sadece mantarlarda var<br />
(+) Peptidoglikan, protein ve lipid<br />
yapıda<br />
Üreme Seksüel ve aseksüel Aseksüel (ikiye bölünme)<br />
Hareket Kompleks flajel Basit flajel<br />
Solunum Mitokondride Sitoplazmik zarda
<strong>Bakteri</strong>ler<br />
• 1-5 µm boyutlarındadır<br />
• Bağımsız olarak yaşayabilen en küçük<br />
hücrelerdir<br />
• Sadece mikroskopta görülebilirler
<strong>Bakteri</strong>ler<br />
• Her hücrede, genetik bilginin kodlandığı bir<br />
DNA genomu bulunur.<br />
• Bu genetik bilgi, mRNA ve ribozomlar<br />
aracılığıyla proteinlere dönüştürülür.<br />
• Sentezlenen bu proteinler, enerji üretimi<br />
ve biyosentez için gerekli mekanizmaları<br />
kontrol eder.
<strong>Bakteri</strong>ler<br />
• Tüm yapılar bir zar ile paketlenmiştir.<br />
• Ayrıca her hücre bölünerek çoğalır.<br />
• Bu fonksiyonların hepsi temel olarak bütün<br />
hücrelerde aynı olmakla birlikte, bakteriler<br />
ve çok hücreli canlılarda farklılıklar<br />
göstermektedir.
<strong>Bakteri</strong>lerin sınıflandırılması ve<br />
isimlendirilmesi<br />
• <strong>Bakteri</strong>ler, fenotipik, analitik ve genotipik<br />
özelliklerine göre sınıflandırılır.<br />
• <strong>Bakteri</strong>lerin tanımlanmasında öncelikle<br />
fenotipik olarak<br />
– makroskobik<br />
– mikroskobik<br />
– biyokimyasal özellikleri incelenir.
<strong>Bakteri</strong>ler<br />
• <strong>Bakteri</strong> kolonilerin rengi, şekli ve kokusu<br />
gibi özellikler makroskobik tanımlamada<br />
kullanılır.<br />
• Mikroskobik özelliklerin incelenmesinde ise<br />
en sık Gram boyama yöntemi kullanılır.
Gram boyama<br />
• <strong>Bakteri</strong>leri başlıca iki ana sınıfa ayırır.<br />
• Gram pozitif ve<br />
• Gram negatif<br />
• Bu yöntem ile, duvar yapılarının farklı<br />
olmasından dolayı, Gram pozitif bakteriler<br />
mor,<br />
• Gram negatif bakteriler pembe-kırmızı<br />
boyanır.
Gram Boyama<br />
• Bu boyama tekniği ile bakteriler ayrıca<br />
• yuvarlak (kok),<br />
• çomak (basil) ve<br />
• kıvrık (spiral) şekilli olarak<br />
sınıflandırılabilir.
Gram boyama yöntemi<br />
Preperat hazırlama<br />
1) Agar plağından<br />
2) Kültür tüpünden
Agar plağı<br />
Kültür tüpü
<strong>Bakteri</strong>nin alınması<br />
Öze yardımı koloniler alır
Steril etmek için<br />
bunzen beki<br />
kullanılır<br />
Temiz bir preparata<br />
bakteri yayılır
1- Kristal viyolet<br />
damlatılır (1 dk)<br />
2-Çeşme suyunda<br />
yıkanır<br />
3-Ġodine solusyonu (1<br />
dk)<br />
4-Yıkanır<br />
5-Alkol ile yıkanır<br />
6-Safranin veya sulu<br />
fuksinle boyama<br />
7-Yıkanır, kurutulur
<strong>Bakteri</strong>ler nasıl boyanır ?<br />
• Gram negatif<br />
• Gram pozitif
Gram pozitif kok<br />
Gram negatif kok
Gram pozitif<br />
basil<br />
Gram negatif basil
<strong>Bakteri</strong> şekilleri
<strong>Bakteri</strong>lerin tanımlanması<br />
• <strong>Bakteri</strong> tanımlanmasında en sık kullanılan<br />
yöntem;<br />
• Çeşitli biyokimyasal özelliklerin<br />
• Karbonhidratları fermente etme yeteneği,<br />
katalaz, koagülaz, proteaz, lipaz gibi<br />
enzimlerin varlığı gibi tespit edilmesidir
<strong>Bakteri</strong>lerin tanımlanması<br />
• <strong>Bakteri</strong>lerin analitik özellikleri (hücresel<br />
yağ asidi, protein ve enzim analizleri),<br />
bakterilerin cins, tür ve alt tür düzeyinde<br />
sınıflandırılmasında kullanılır.<br />
• <strong>Bakteri</strong> tanımlanmasında en doğru sonuç ise<br />
bakterilerin genetik yapısının incelenmesi<br />
sonucu elde edilir.
<strong>Bakteri</strong>lerin isimlendirilmesi<br />
• <strong>Bakteri</strong>ler isimlendirilirken önce cins ismi<br />
(ilk harf büyük)<br />
• sonra tür ismi (ilk harf küçük) kullanılır ve<br />
italik harflerle yazılır.<br />
• Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae,<br />
Staphylococcus aureus v.b
BAKTERĠ HÜCRESĠNĠN<br />
GENEL YAPISI<br />
Flajel<br />
İnklüzyon cisimleri<br />
Ribozomlar<br />
Hücre<br />
duvarı<br />
Sitoplazmik<br />
zar<br />
Kapsül<br />
Pili<br />
Sitoplazma<br />
Mezozom<br />
Nükleoid
A. Sitoplazmik Yapılar<br />
• Sitoplazma, hücre zarfı ile çevrelenmiş,<br />
DNA, mRNA, ribozomlar, metabolitler,<br />
enzimler, iyonlar, plazmidler ve depolanmış<br />
granülleri içeren amorf ve sulu bir sıvıdır.<br />
• Gram pozitif ve negatif bakterilerin<br />
sitoplazmik yapıları aynıdır.
• <strong>Bakteri</strong> DNA’ sı ökaryot DNA’ sından<br />
farklı olarak, çift iplikli ve çembersel<br />
yapıdadır ve bir tanedir.<br />
• <strong>Bakteri</strong> DNA’ nın sitoplazmada bulunduğu<br />
bölge nükleoid olarak isimlendirilir ve<br />
ökaryot hücrelerde olduğu gibi belirgin bir<br />
zar ile çevrelenmemiştir.
• Plazmidler, bakteri kromozomundan<br />
bağımsız olarak çoğalabilen, çembersel,<br />
ekstrakromozomal DNA molekülüdür.<br />
• <strong>Bakteri</strong>nin DNA’ sından farklı olarak hücre<br />
canlılığı için gerekli olmayan,<br />
• Antibiyotiklere karşı direnç ve toksin<br />
üretimi gibi çeşitli fonksiyonları kodlayan<br />
genleri taşırlar.
• Ribozomlar, protein sentezleyen<br />
organellerdir.<br />
• Hem ökaryot hemde prokaryot hücrelerde<br />
bulunur.<br />
• <strong>Bakteri</strong> ribozomu 30S ve 50S alt<br />
ünitelerden oluşur ve 70S ribozom meydana<br />
getirir.<br />
• Ökaryot ribozomu ise 80 S (40S+60S) dir
B. Hücre zarfı<br />
• <strong>Bakteri</strong> sitoplazmasını<br />
dışarıdan çevreleyen<br />
yapıların tümüne<br />
hücre zarfı adı verilir.<br />
Hücre zarfı, hücre<br />
duvarı ve sitoplazmik<br />
zarı içerir.
I-Sitoplazmik (Hücre) zar<br />
• Sitoplazmik zar, ökaryot hücre zarı ile<br />
benzer olarak çift tabakalı fosfolipid<br />
yapıdadır.<br />
• Bununla birlikte ökaryotlardan farklı olarak<br />
sterol içermez (Mycoplasma spp. hariç).<br />
• Zarın dış tabakası polar fosfat<br />
gruplarından, iç tabakası ise polar olmayan<br />
lipid zincirlerinden oluşmuştur.
Sitoplazmik (Hücre) zar<br />
• Bu zar, hücre içine giren ve hücre dışına<br />
bırakılan moleküllerin yapısını ve miktarını<br />
sınırlayarak seçici geçirgen özelliktedir.<br />
• <strong>Bakteri</strong> hücresinde mitokondri, golgi aygıtı,<br />
endoplazmik retikulum gibi organeller<br />
bulunmaz.<br />
• Bu organellerin görevini bakteride<br />
sitoplazmik zar üstlenmiştir.
Sitoplazmik (Hücre) zar<br />
Sitoplazmik zarın başlıca fonksiyonları;<br />
a) Seçici geçirgenlik ve madde alışverişi,<br />
b) Elektron transportu ve oksidatif<br />
fosforilasyon,<br />
c) Çeşitli enzimlerin ve proteinlerin hücre<br />
dışına salgılanması,<br />
d) Biyosentez (hücre duvarı sentezi).
II-Hücre Duvarı<br />
• <strong>Bakteri</strong> hücre duvarı, ökaryot hücrelerde<br />
bulunmayan ve peptidoglikan (=murein,<br />
=mukopeptid) olarak adlandırılan bir ağ<br />
yapısındadır.<br />
– <strong>Bakteri</strong>nin şeklinin korunmasını,<br />
– Çevre şartlarına (osmotik basınç gibi) dayanıklılığını<br />
– Fagositoza karşı korunmasını sağlar<br />
– <strong>Bakteri</strong>nin üreme için bölünmesinde başlangıç rolü<br />
oynar
Hücre Duvarı<br />
• Hücre duvarının<br />
yapısı ve fonksiyonları<br />
Gram pozitif ve Gram<br />
negatif bakterilerde<br />
farklıdır.
Gram pozitif bakteri<br />
Gram negatif bakteri<br />
Dış zar<br />
Sitoplazmik zar<br />
Sitoplazma<br />
Periplazmik aralık<br />
Peptidoglikan tabaka
Gram pozitif bakteri duvarı<br />
• Peptidoglikan tabaka: Gram pozitif<br />
bakterilerde peptidoglikan tabaka, kalın ve<br />
çok tabakalı bir yapıdır. (%80-85)<br />
• Bu tabaka, teikoik asit, lipoteikoik asit ve<br />
komleks yapıdaki polisakkaritleri de içerir.<br />
• Protein yapıda olan teikoik asit ve<br />
lipoteikoik asit antijeniktir ve önemli<br />
virulans faktörlerinden biridir.
Gram negatif bakteri duvarı:<br />
Gram pozitif bakteri duvarına göre daha<br />
kompleks bir yapıdadır. Başlıca iki<br />
tabakadan oluşmaktadır<br />
• Peptidoglikan tabaka<br />
• Dış zar<br />
• Gram pozitif bakterilerden farklı olarak<br />
periplazmik aralık bulunur.
Gram negatif bakteri duvarı<br />
• Peptidoglikan tabaka: Gram negatif bakteri<br />
duvarının % 5-10’ nunu oluşturur.<br />
• Teikoik asit ve lipoteikoik asit içermez.
Gram negatif bakteri<br />
• Dış zar: Peptidoglikan tabakanın dışında<br />
yer alır.<br />
• Gram negatif bakterilere özgüdür. <strong>Bakteri</strong><br />
sitoplazmik zarı ve dış zar arasındaki<br />
boşluğa periplazmik aralık denir.<br />
• Burada bakteriye ait enzimler (proteaz,<br />
lipaz gibi) bulunur.
Gram negatif bakteri<br />
• Dış zar, iki tabakalıdır ve diğer biyolojik<br />
zarlardan asimetrik yapısı ile farklıdır.<br />
• İç tabaka, sitoplazmik zara benzer ve<br />
fosfolipid içerir.<br />
• Dış tabaka ise lipopolisakkarit olarak<br />
isimlendirilir ve diğer biyolojik zarlardan<br />
farklı bir yapıdadır.
• Dış zar, büyük moleküllere ve hidrofobik<br />
moleküllere karşı geçirgenlik bariyeri<br />
oluşturur ve bakterinin yapısının<br />
korunmasında görev alır.<br />
• Hücre içine metabolit girişi, dış zarda<br />
bulunan porin kanalları aracılığıyla<br />
gerçekleşmektedir.
C. Kapsül ve glikokaliks<br />
• Bazı bakteriler dıştan polisakkarit veya<br />
protein yapıda bir kapsül ile kaplıdır.<br />
• Kapsül antijeniktir.<br />
• <strong>Bakteri</strong>leri fagositozdan korur,<br />
• Glikokaliks bazı bakterilerde bulunur ve<br />
konak hücreye tutunmayı sağlar.<br />
• Bu nedenle kapsül ve glikokaliks bakteriler<br />
için en önemli hastalandırıcılık (patojenite)<br />
özelliklerinden birisidir.
D. Flajel<br />
• <strong>Bakteri</strong>lerin hareketini sağlayan protein<br />
yapıda uzantılardır.<br />
• <strong>Bakteri</strong>ler yüzeylerinde bir veya birden<br />
fazla flajel taşıyabilir.<br />
• Antijenik yapıdadır.
E. Fimbria (Pili-Pilus)<br />
• <strong>Bakteri</strong>lerin vücutta hastalık<br />
oluşturmasındaki en önemli basamak olan,<br />
konak hücreye tutunmayı sağlayan protein<br />
yapıda kısa uzantılardır.
F. Spor<br />
• Bazı bakteriler çevre koşulları bozulduğu<br />
(besin maddelerinin azalması gibi)<br />
dönemlerde canlı kalmayı sürdürebilmek<br />
için yapısal ve metabolik değişikliğe<br />
uğrayarak spor meydana getirir.<br />
• Sporlar bilinen en dirençli canlılardır.<br />
• Sıcaklığa, ultraviyole ışığına ve kimyasal<br />
maddelere dirençlidirler.
BAKTERİYEL ÜREME VE<br />
METABOLİZMA<br />
• Tüm hücreler yaşamlarını sürdürebilmek<br />
için belirli metabolik görevleri başarmak<br />
zorundadır.<br />
– Besinlerin alınmasını,<br />
– Bunların parçalanarak enerji sağlanmasını ve<br />
– Protein, nükleik asit ve yağ yapıtaşlarının<br />
sentezini kapsar.
A. <strong>Bakteri</strong>lerin üreme özellikleri<br />
• <strong>Bakteri</strong>ler ikiye bölünerek (bir ana hücreden<br />
birbirinin aynısı iki yavru hücre oluşur) çoğalır.<br />
• Bölünme süresi türlere bağlı olarak 20 dakika<br />
kadar kısa veya birkaç gün kadar uzun olabilir.<br />
• Örneğin E. coli’ nin bir tek hücresinden, uygun bir<br />
ortamda sekiz saat sonra 10 milyon hücre<br />
üreyebilir.
• Daha sonra besin maddeleri azalıp toksik<br />
atık ürünler biriktikçe, üreme yavaşlar ve<br />
tamamen durur (Durgun faz).<br />
• Durgun fazdaki hücreler uzun süre<br />
bekletilirse tümü ölür.
• Bir tek bakteri hücresi bir katı besiyerinin<br />
yüzeyine ekilirse, bu hücreden üreyen yeni<br />
hücreler bir arada kalır ve gözle görülebilir<br />
bir hücre yığını (koloni) meydana gelir.<br />
• Kolonilerin tüm özellikleri (renk, şekil, koku<br />
gibi) bakteri türlerinin tanımlanmasında<br />
kullanılır.
B. Metabolizma<br />
• <strong>Bakteri</strong>lerin üreme ve bölünmesi için;<br />
– üreme ve beslenme gereksinimleri,<br />
– uygun sıcaklık ve<br />
– pH gibi fiziksel faktörleri içeren özel üreme<br />
koşulları sağlanmalıdır.
Besinler<br />
• Her canlı gibi bakterilerde yaşamlarını devam<br />
ettirmek ve çoğalmak için karbon ve nitrojen<br />
kaynaklarına, suya ve çeşitli iyonlara ihtiyaç<br />
duyar.<br />
• Klinik yönden önemi olan bakterilerin tümü<br />
üremek için organik karbonu kullanır<br />
(Heterotrof).<br />
• Enerji ve karbon kaynağı olarak inorganik<br />
maddeleri kullanabilen ve karbondioksidi<br />
indirgeyebilen organizmalar ise ototrof olarak<br />
isimlendirilir.
• <strong>Bakteri</strong>ler ayrıca azot, kükürt, fosfor,<br />
potasyum, kalsiyum, magnezyum ve demir<br />
gibi elementleride kullanır.<br />
• <strong>Bakteri</strong>lerin çoğu üremek için üreme<br />
faktörleri adı verilen ancak organizmanın<br />
kendisinin sentezleyemediği çeşitli organik<br />
bileşimlere (vitamin gibi) ihtiyaç duyarlar.
Oksijen gereksinimi<br />
• <strong>Bakteri</strong>ler oksijen varlığında veya yokluğunda<br />
üreme yanıtlarına göre sınıflandırılabilirler.<br />
• Oksijen varlığında üreyen ve enerji üretiminde son<br />
elektron alıcısı olarak oksijeni kullanan<br />
bakterilere aerop,<br />
• hem oksijenli ortamda hem de oksijensiz ortamda<br />
üreyebilenlere fakültatif anaerob,<br />
• oksijensiz ortamda üreyebilen ve enerjilerini<br />
fermentasyon yolu ile üretenlere anaerob<br />
bakteriler denir.
Enerji üretimi<br />
• Tüm hücreler hayatta kalmak için enerjiye ihtiyaç<br />
duyar.<br />
• Bu enerji, çeşitli organik maddelerin<br />
(karbonhidrat, yağ ve protein) parçalanması<br />
sonucu (katabolizma) elde edilir ve adenosine<br />
triphosphate (ATP) yapısında depolanır.<br />
• Daha sonra bu enerji, hücre yapıtaşlarının (hücre<br />
duvarı, proteinler, yağ asitleri ve nükleik asitler)<br />
sentezinde (anabolizma) kullanılır.
• <strong>Bakteri</strong>ler karbon kaynaklarından enerji<br />
üretmek için başlıca 3 mekanizma kullanır:<br />
– aerop solunum,<br />
– anaerob solunum ve<br />
– fermentasyon.
• Aerop solunumda son elektron alıcısı<br />
olarak moleküler oksijen görev alır.<br />
• Anaerob solunum da son elektron alıcısı,<br />
moleküler oksijenin dışında inorganik<br />
bileşimlerdir (nitrat veya sülfat).<br />
• Fermentasyon, son elektron alıcısı olarak<br />
organik bir metabolik ara ürün (pirüvik<br />
asit, asetaldehit gibi) kullanıldığı ve<br />
anaerobik solunuma alternatif bir metabolik<br />
süreçtir.
• Metabolik işlemler tipik olarak hücre dışında, özel<br />
enzimler aracılığıyla, büyük makromoleküllerin<br />
(proteinler, yağlar ve polisakkaritler)<br />
parçalanmasıyla başlar.<br />
• Daha sonra oluşan küçük moleküller<br />
(aminoasitler, serbest yağ asitleri ve<br />
monosakkaritler) bu moleküllere özgül transport<br />
mekanizmalarıyla hücre içine alınır.<br />
• Bu metabolitler, hücre içinde ortak bir ara ürüne<br />
(pirüvik asit) parçalanır.<br />
• Pirüvik asitin yapısında bulunan karbon atomları<br />
ya enerji üretiminde ya da yeni karbonhidrat,<br />
aminoasit, yağ ve nükleik asit sentezinde<br />
kullanılır.
BAKTERİ GENETİĞİ<br />
• <strong>Bakteri</strong> kromozomu insan kromozomundan<br />
farklıdır.<br />
• <strong>Bakteri</strong> kromozomu bir tane, çift iplikli,<br />
çembersel DNA içerir ve haploiddir<br />
(kromozomlarından tek kopya vardır).
• İnsan kromozomu ise diploiddir (her<br />
kromozomdan iki kopya vardır).<br />
• Çoğu bakteri hücresi arasında DNA<br />
değişimi olur.<br />
• Bu genetik değişim bakteriye çeşitli<br />
avantajlar (antibiyotiklere karşı direnç veya<br />
zararlı toksinlerin üretimi) sağlar.
• Genler bir bakteri hücresinden diğerine üç<br />
ayrı mekanizma ile nakledilebilir.<br />
• Bu mekanizmalar;<br />
– Konjügasyon,<br />
– Transdüksiyon ve<br />
– Transformasyondur.
Konjugasyon<br />
• <strong>Bakteri</strong> hücreleri arasında bir köprü aracılığıyla<br />
temas kurulması sonucu, bir hücreden diğer bir<br />
hücreye genlerin nakledilmesine konjügasyon<br />
denir.<br />
• Verici ve alıcı hücrelerin, birbirine tutunması ve<br />
hücreler arasında DNA’ nın geçebileceği bir<br />
sitoplazmik köprü oluşturması için uygun bir<br />
genetik yapıya sahip olmaları gerekmektedir.
Transdüksiyon<br />
• <strong>Bakteri</strong> hücreleri arasında temas<br />
olmaksızın, bakteriyofaj (bakteri hücresi<br />
içinde çoğalan virus) aracılığıyla genler bir<br />
hücreden diğerine nakledilir.
Transformasyon<br />
• Genler bir bakteriden diğerine çıplak DNA<br />
aracılığıyla nakledilir.
• Saf bakteri kültüründeki tüm hücreler bir<br />
tek orijinal hücreden türediği halde, kültür<br />
içinde orijinal hücreden farklı ender<br />
hücreler bulunabilir.<br />
• Böyle varyantlar (mutantlar) çoğunlukla<br />
DNA’ dizilimlerindeki değişikliklere<br />
(mutasyonlara) bağlı olarak ortaya çıkar.