Mikrobiyoloji 101


Yaşar Yurtsever – İstanbul Teknik Üniversitesi, MBG

Mikroplar içerisinde milyonlarca türün bulunduğu bir grubu temsil eder. Bu grupta çeşit çeşit bakteri ve virüs gibi organizmalar birbirleri ile etkileşim içerisinde milyarlarca yıldır yaşamaktadır. Hatta 3 milyar yıl önce bile yeryüzünde bakteriler vardı ki bu tespit edilen en eski hayvandan 2 milyar yıl önce bile var olduğu anlamına geliyor. Peki biz bu kadar eski zamanlardaki verilere nasıl ulaşabiliyoruz? Bakteriler, 16S ribozomal RNA adı verilen prokaryotik 30S ribozomun alt birimi sayesinde bu bölgedeki genler evrimsel olarak yavaş değişmekte oldukları için istenilen genomik bilgilere ulaşabilmemize izin veriyor. İlk defa 1977 yılında Carl Woese ve George E. Fox bu yöntemi geliştirerek 16S ribozomal RNA’ların incelenebilmesini sağlamıştır. [1]


Bakteriler görünüşleri bakımından farklı formlara sahiptir. Çubuk veya küre şekline sahip oldukları gibi spiral şeklinde de bulunabilirler. Peptidoglikan adı verilen dış duvara sahiptirler hatta bazıları duvarın üzerinde ikinci bir zara sahiptir. Bu da onların boyanabilirlik yani gram (+) ve gram (-) durumlarını belirler. İkinci dış zara sahip bakteriler boyayı içeri alamayacakları için gram (-) olarak sınıflandırılır ancak dış zarı olmayan bakteriler belirli boyalarla boyanabilir ve kültür ortamında rahatlıkla takip edilebilirler. Bakteriler eşeysiz ürerler yani ikiye bölünerek tamamen birbirlerinin kopyası halinde çoğalırlar, ancak doğada sadece bu şekilde klonlanarak yaşayamazlar, ortam koşullarına karşı direnç kazanabilecekleri veya doğal seçilimin farklı darbelerine karşı kendilerini savunabilecekleri yatay gen transferi adı verilen birbirlerine sitoplazmik köprüler oluşturarak plazmid adı verilen minikromozomları yani halkasal genomlarını aktarırlar. Bu halkasal genomda üreme üzerine katkı sağlayacak pek gen bulunmaz ancak antibiyotik direnci, ısı direnci, kapsül oluşturabilmek gibi çevre şartlarına uyum ve direnç sağlayabilecekleri genleri birbirlerine aktarabilirler. [2]


Şekil 1. Vibrio cholera (solda) ve Clostridium tetani (sağda) bakterilerinin mikroskop altında görüntüsü.

Vibrio cholera koleraya sebep olmaktadır ve Clostridium tetani tetanoz toksinini salgılar. [3,4]


Bakteriler çok çeşitli ortamlarda yaşarlar örneğin vücudumuzun içi ve dışı, dokunduğumuz her yer veyahut da deniz ve akarsularımız gibi. Mesela, derimizde 1010, ağzımızda 1010 ve ince bağırsaklarımızda 1014 adet mikroorganizma yaşamakta. Bu muazzam sayı aynı zamanda muazzam bir dengeye de ihtiyaç duymakta tabiki. Örneğin, yediğimiz, içtiğimiz, uyku vakitlerimiz gibi şeyler ince bağırsaklarımızın amazon ormanlarını diğer adıyla mikrobiyotamızı şekillendirmekte. Yapılan araştırmalara göre de aynı zamanda bizim psikolojimizi ve hatta kanıtlanmasa da kararlarımızı etkilediklerinden bahsedilmekte. [5]


Ancak bağırsaklarımızdaki mikrop dünyasında yüksek oranda bir mücadele de vardır. Antibiyotik kullanımında (özellikle de gereksiz ve yüksek dozlarda kullanımında) ortamdaki dirençsiz bakterilerde ölür ister faydalı ister zararsız olsun, açılan boşluğu doldurmaya hazır bekleyen dirençli mikroplar ortamda dengesizlik yaratır. Örneğin, Clostridium difficile bağırsakta bulunan ancak sayısı belli bir oranın üzerine çıktığında şiddetli ishale sebep olmaktadır ve bu bakteri antibiyotiğe karşı aşırı dirençli olduğundan çok az sayıda antibiyotikten etkilenir ancak bu antibiyotiklerin vücuda verdiği diğer hasarlar yüzünden pek kullanılamamaktadır. Bunun yerine bu hastalara yakın akrabalarından ve sağlıklı olmaları kaydıyla dışkı nakli yapılır. Dışkı nakli, özellikle bağırsak enfeksiyonlarına ve antibiyotiğin verdiği zararı düzeltmek için günümüzde tercih edilen bir yöntem. Endoskopi (Ağız) veya kolonoskopi (makat) ile vücuda verilir ve kaybolan düzenin, yıkılan krallıkların geriye gelebilmesini sağlar.


Simbiyoz yani birlikte yaşam sırasında canlılar birbirlerine karşı çeşitli uyaranlar kullanırlar bazı durumlarda birbirlerini destekler, bazı durumlarda da bu ilişkiden zarar görürler. Mutualism, kommensalizm ve parazitizm olarak üç ana tipi vardır. Mutualism de iki tarafta fayda sağlar, kommensalizm de bir taraf kazanırken diğer canlı etkilenmez, ancak parazitizm de bir taraf fayda sağlarken diğer taraf zarar görür. Bağırsaklarımızda çok çeşitli canlıların bulunması sebebiyle bu tarz ilişkiler çok fazla karşımıza çıkar. En ufak bir dış etki bu düzeni bozar ve çeşitli sindirim problemlerine sebep olur.


Virüsler de aynı zamanda bakterileri etkiler. Bakteriyofaj (Bakteri yiyici) adı verilen virüsler isminden de anlaşılacağı gibi bakterileri çoğalmak için kullanırlar. Virüsler bakteriye tutunduğunda hücre zarını delici enzimler salgılayarak genomlarını bakterinin içerisine aktarırlar ve bakterinin genomuna bağlanarak kendi genomlarını çoğaltırlar. Bu çoğalma işlemi bir yerden sonra sınıra ulaşır ve içerdeki yeni virüsler bakteriyi parçalayarak dışarıya çıkar. Tabi ki bu her zaman başarılı olmaz, bakteriler de bu duruma karşı bir savunma sistemi geliştirmiştir. Virüs genomu girdiği zaman içerideki çeşitli enzimler tarafından yakalanır ve tekrar bölgeleri adı verilen yere genomun sonuna entegre edilir. Tekrar bir tekrar dizisi ile kapatılarak sindirici enzimler tarafından kesilmeyi bekler. Bu olay bir yoğurt fabrikasında 1980’li yıllarda keşfedilmiş ve 2012 yılında Jennifer Doudna ve Emmanuelle Marie Charpentier’in 2012 yılında Science dergisinde yayınladıkları makale ile CRISPR adlı bu yöntem aydınlatılmış ve bu yöntemi kendi yararımıza örneğin endüstriyel fabrikalarda, yoğurt ve süt ürünleri üretim tesislerinde (bakteriyofajların en çok zarar verdiği alanlardan birisidir) veya kalıtsal hastalıkların tedavisinde kullanılabilmesi için çalışmalara başlanmıştır. (Makaleye 7 numaralı referanstan ulaşabilirsiniz). [6]


Bakteriler ve virüsler arasındaki bu etkileşim inanılmaz gelişmelere sahip bir yöntemi de bizlere gösteriyor. Özellikle bugüne kadar CRISPR-Cas9 enzimi ile yapılan sayısız deney her sene çıkan on binlerce makale bize bu yöntemin potansiyelini açıklamaya yetiyor da artıyor bile. CRISPR sayısız genetik tabanlı nadir hastalığın tedavisinde ve çeşitli biyoteknolojik üretimlerde çok umut verici bir yöntem olarak neredeyse sınırsız bir kullanım alanına sahip. Bakteri ve virüsleri tanıdıkça bu alanda ki yetkinliğimiz ve yöntemlerin maliyetleri de bi o kadar düşmekte. Bunun en büyük örneklerinden biri insan genom projesi olarak gösterilebilir. 2000’li yılların başında toplam 3 milyar dolar tutan genom haritalama bugün çok düşük fiyatlarda yapılabiliyor, bu da kişiye özel tedavilerin herkese ulaşabilmesinin yolunu açıyor. Ancak bunun gibi birçok yöntem de halihazırda araştırılmakta veya keşfedilmeyi bekliyor. Sonuçta ne kadar bilirsek aslında o kadar bilmiyoruz, ne kadar aydınlandık desek de daha da karanlığa batıyoruz, ancak bu karanlık çok farklı bir geleceğin sabahını müjdeliyor bizlere.




Referanslar

1) Woese, C., Kandler, O., & Wheelis, M. (1990). Towards a natural system of organisms: proposal for the domains Archaea, Bacteria, and Eucarya. Proceedings Of The National Academy Of Sciences, 87(12), 4576-4579. doi: 10.1073/pnas.87.12.4576

2) VIEIRA, J., & MESSING, J. (1989). Production of Single-Stranded Plasmid DNA. Recombinant DNA Methodology, 225-233. doi: 10.1016/b978-0-12-765560-4.50017-4

3) Internet, A. (2020). Antibiotic resistance in Vibrio cholerae: Understanding the ecology of resistance genes and mechanisms - AMR Insights. Retrieved 23 August 2020, from https://www.amr-insights.eu/antibiotic-resistance-in-vibrio-cholerae-understanding-the-ecology-of-resistance-genes-and-mechanisms/

4) File:Clostridium-tetani-kunkel-97312ag-wm.jpg - microbewiki. (2020). Retrieved 23 August 2020, from https://microbewiki.kenyon.edu/index.php/File:Clostridium-tetani-kunkel-97312ag-wm.jpg

5) Yong, E., & Taş, S. Mikrobiyota.

6) Cossart, P. The New Microbiology: From Microbiomes to CRISPR.

7) Jinek, M., Chylinski, K., Fonfara, I., Hauer, M., Doudna, J., & Charpentier, E. (2012). A Programmable Dual-RNA-Guided DNA Endonuclease in Adaptive Bacterial Immunity. Science, 337(6096), 816-821. doi: 10.1126/science.1225829

95 görüntüleme

Türkiye'nin Tek Popüler Genetik Bilim Dergisi

Bezelye Dergi ISSN: 2587-0173

Bizi Takip Et
  • Beyaz Facebook Simge
  • Beyaz Instagram Simge
  • White Twitter Icon
  • Icon-gmail
  • kisspng-white-logo-brand-pattern-three-d
  • images
  • medium
  • Dergilik
  • YouTube

© 2019 by Bezelye Dergi