BAKTERİLERİN İNCE YAPISI Trakya Üniv Tıp Fak., 2015-2016, Güz, 1. Kurul, 28.09.2015 BAKTERİLERİN İNCE YAPISI Araştırma Görevlisi Şebnem Bukavaz Prof.Dr.H.Murat Tuğrul Doç.Dr.Neşe Akış Tıbbi Mikrobiyoloji Anabilim Dalı

1 Bakteri Şekilleri

1- Dairesel (sferik) ya da oval şekilli bakteri= Kok (Coccus; çoğulu Cocci) Bakteri hücresi

Kokların kümeleşme çeşitleri

2- Çomak şekilli bakteri= Basil (Bacillus; çoğulu Bacilli) 3- Çok kısa çomak= Kokobasil (çoğulu Coccobacilli)

5- Uçları sivri biten çomak= Fusiform 4- Hilal şeklinde eğrilen çomak= Vibrio 5- Uçları sivri biten çomak= Fusiform

5- Sert sarmal çomak= Spiral (Spirilla) 6- Dalgalanan sarmal çomak= Spiroket (Spirochetes)

Bakteri Şekilleriyle İlgili Kurallar Bakteri membranının yüzeyini kaplayan zarf çoğu bakteride duvar ismi verilen kıkırdakımsı bir tabaka ile desteklenmiştir. Bu tabakanın inşaa planı bakterinin şeklini tayin eder. Bir çok farklı bakteri şekil ve küme görüntüleri açılarından birbirine benzer. Bu nedenle hastalığa neden olan bakterinin görüntüleri laboratuvar tanısında sadece yardımcıdır. Antibiyotikler bakterilerin şekil veya küme yapısını değiştirebilir. Bu nedenle antibiyotik kullanan hastadan izole edilen bakterinin görüntülerine şüphe ile yaklaşılır.

Bakteri kabileleri=Bakteri kolonileri ve morfolojileri 2 Bakteri kabileleri=Bakteri kolonileri ve morfolojileri

Bakteriler fiziksel olarak 2 farklı görüntüde kabile yaşantısı sürdürür Doğuran bakteri ve hemen yanıbaşında evlatlarından oluşan ailesel koloni Bakterilerarası işbölümüyle oluşturulan 2 boyutlu film ve 3 boyutlu filizlenme tabakaları

Bakteri koloni yapısı türe özgüdür (boyu, görüntüsü, ıslaklık durumu, rengi)

Koloni yapısı isimlendirmeleri S koloniler (kamçılı patojen bakterilerin oluşturduğu düzgün yüzeyli, smooth) R koloniler (muhtemelen patojenitesi azalmış ve kamçısını kaybetmiş bakterilerin oluşturduğu çökmüş yüzeyli, rough) M koloniler (mukoid yapılı ıslak ve yapışkan)

Bakteri koloni yapısı iyi bir laboratuvar tanı yardımcısıdır Pseudomonas bakterisi Stafilokok bakterisi

Bakteri Anatomisi ve Kimyası 3 Bakteri Anatomisi ve Kimyası

Bakterilerin 7 adet hepsinde (sarı ile gösterilenler) ve 3 adet çoğunda bulunan hücre bileşenleri Ribozomlar Depo besin tanecikleri Kapsül, vb.. Plazmid Nükleoid Cogunlugu tek bir flagella kullanarak hareket eder.  Karisik hücre duvariyla siklikla kalin bir kapsülle cevrilidir. Baslica yapilari ya cok tabakali zarf ve ekleri, (hücre duvari), nukleoid (ic, oz, cekirdeksi) ve sitozol, sitoplazmadan cok sitozol denir cünkü nukleusu yoktur ve sitozol genetik materyalden ayrilmaz. Bakteri zarfı Sitoplazma Kamçı (Flagella) Sitoplazma membranı Kirpik (Pili, Tüycük, Fimbirya)

Bakteri Hücresinin Kimyasal Yapısı prokaryot hücre her seviyede ökaryot hücreden daha basittir. Tek karmasik yapilari hücre zarlaridir. Bu yapilara ek olarak prokaryotlarda; 

Kapsül ve Diğer Zarfdışı Tabakalar 4 Kapsül ve Diğer Zarfdışı Tabakalar

Bazı bakterilerde hücre zarfının yüzeyi koruyucu Glikokaliks ile kaplıdır 3 boyutlu ise biyofilm Organize ise kapsül Gevşek bağlı ise sümüksü tabaka Genellikle bakteri çapından daha kalın. Tek veya çok şekerli kalıntılarından yapılı polisakkaritlerdir Bazıları şarbon basili Bacillus anthracis’ in kapsülünü oluşturan glutamik asid polimerleri gibi basit polipeptidlerdir bakteri bakteri bakteri bakteri bakteri

Basil Zarfını Çevreleyen Kapsülün Çini Mürekkebiyle Negatif Boyanmış Fotoğrafı elektron mikroskobundacekilmis, bölünmeye baslamis bakteri hücresi, hücre duvari, dis membran, sitoplazma membrani, nükleoid ve ribozom

Bakteriler neden kapsül geliştirmiştir? Bakteriyi çeviren sulu ve sıklıkla oldukça kalın bu jel tabaka, faj ve toksik maddelerin zarfa erişmesine engel olur Kuruluğa karşı bakteri yaşamını kurtarır Yapısı konak hücre yüzey yapısını taklit ettiğinden bağışıklık sistemi kandırılır Güçlü bir adezindir, örneğin dişlere yapışmada rol oynar

Sümüksü (slime) tabaka ve Biyofilm tabaka özellikleri Sümüksü tabaka; bakteriye tam bağlı değildir, dezenfektanlara karşı da koruyucudur Sümüksü Normal Bakteri katmanlaşması Biyofilm; aşırı salgılanmış sümüksü tabakadır içinde bakteriler yüzerek etkin işbölümü yaparlar Genellikle bakteri çapından daha kalın. Tek veya çok şekerli kalıntılarından yapılı polisakkaritlerdir Bazıları şarbon basili Bacillus anthracis’ in kapsülünü oluşturan glutamik asid polimerleri gibi basit polipeptidlerdir Zaman

Hücre Zarfı ve İçeriğinde Bulunabilen Duvar Yapıları 5 Hücre Zarfı ve İçeriğinde Bulunabilen Duvar Yapıları

Elektron Mikroskopu Altında Hücre Bölünmesi Yapan Kapsüllü Bir Basil ve Duvarlı Zarfı Hücre duvarı Kapsül Sitoplazma membranı elektron mikroskobundacekilmis, bölünmeye baslamis bakteri hücresi, hücre duvari, dis membran, sitoplazma membrani, nükleoid ve ribozom Nükleoid Ribozomlar

Bakteriler zarflarında neden duvar örer? Duvardaki peptidoglikanlar sayesinde hücre osmotik patlama basıncına ve diğer 5-20 atm mekanik basınçlara karşı dayanıklıdır Toksik kimyasalların (örneğin penisilinin) içeri girişi ve sferoplastın ortaya çıkışı engellenir Fajların bakteriyi enfekte etmesine karşı bariyerdir Bağışıklık sistem saldırılarına (örneğin lizozime, ß-lizine, safra tuzları ve sindirim enzimlerine) karşı kalkandır

Tıp öğrencisi Hans Christian Gram’ın geliştirdiği boyama tekniği ile bakteri duvarı tanımlanabilir Gram pozitif duvar Gram negatif duvar sitoplazma membranı dış membran sitoplazma Gram pozitif bakterilerdeki kaln peptidoglikan tabaka, negatiflerde oldukca ince, periplasmik alan ve negatiflerde dismembran varligi farkliliklari Gram pozitiflerde peptidoglikan tabaka 20-80nm kalinlikta, negatiflerde 5-10nm ve dis membran var periplazmik boşluk peptidoglikan

Hastalığa neden olan bakterinin duvar özellikleri bakterinin biyolojisi ve patojenitesi hakkında bilgi sağlar. Bu nedenle laboratuvar tanısında önemlidir

Gram+ duvar: Kalın peptidoglikan tabaka ile bağlayıcı poli-alkollerden (teikoik asit ve lipoteikoik asitlerden) oluşur Koruyucu S tabaka Lipoteikoik asit Duvar Teikoik asit Peptidoglikan= murein, mukopeptid Peptıdoglıkan ve mureın sadece prokaryotlarda bulunur Sitoplazma membranı

Peptidoglikan tabakanın katmanları NAG ve NAM isimli glikanların proteinler tarafından birbirlerine yapıştırılmasıyla elde edilen düzlemsel glikan zincirinden oluşur 4 amino asitlik peptid zinciri Çapraz peptid bağı Yan zincir yapan amino asit Çapraz köprü kuran amino asit NAGA Peptid bağı Glikozamin iskelet

Teikoik asit ve lipoteikoik asit zincirleri gliserol fosfat ya da ributol fosfat polimerleridir ve düzlemsel glikan zincirlerini bağlar. Ayrıca; Duvarın %50 sini oluşturur Bakteriyi konağa yapıştıran adezin ve M protein moleküllerini sabitleyerek patojeniteyi arttırır. Bağışıklık sistemi tarafından kolayca tanınır Lipoteikoik asit Teikoik asit

Gram– duvar: Dış membran ve ortasında ince bir peptidoglikan tabaka bulunan plazmadan oluşur Koruyucu S tabaka Dış membran (standart yapı taşı fosfolipidlerden yapılı) Peptidoglikan tabaka Periplazma jeli Sitoplazma membranı (standart yapı taşı fosfolipidlerden yapılı)

Gram– duvar dış membranın dış tarafından lipopolisakkarid zincirleri (LPS); iç tarafından lipoprotein zincirleri ve Bayer bağlayıcısı filizlenmiştir Konakta ateşe neden olur. Yüksek miktarda toksiktir ve ölümcül şoka neden olur Dış membranı peptidoglikan tabakaya bağlar Bayer bağlayıcısı Dış membranı sitoplazma membranına bağlar

Gram– bakterilerin laboratuvar tanısında LPS çeşitlerine göre tanımlama önemlidir LPS’nin tabanı Lipid A’dan yapılmıştır Lipid A’dan dışarı doğru ‘’O antijen’’ isimli polisakkarid yan zincirler uzanır. Bunların lipide yakın kısımları akraba bakterilerde aynıdır ve adına çekirdek sakkarid (kor sakkarid) denir. Yan zincir lipidden uzaklaştıkça bakteriye özgün yapılaşma artar

Gram– bakterilerin periplazma ve membranlarındaki diğer proteinler Porin kapısı bakterinin su içmesini ve iyon vb.. madde girişini sağlayan proteinden yapılmış bir dış membran kapısıdır Periplazma içinde iki membran arasında nakledilen proteinler ve bunların trafiğini sağlayan taşıyıcılar bulunur. Ayrıca, stok savunma enzimleri yer alır. Membran proteinleri çoklu algaçlarla bakterinin dış dünya ile iletişimi, stres algılama ve yanıt verme, içeride bazı ayarlamaların yapması gibi işlevler görür

Duvar yapısına göre bakteriler aslında dört ana grupta toplanır Gram pozitif duvarlı bakteriler Gram negatif duvarlı bakteriler Gram boyamanın asit basamağına dirençli duvarı olan bakteriler (peptidoglikan + mikolik asit + arabinogalaktan duvarlı Mycobacterium tuberculosis gibi..) Duvarsız bakteriler (Kliamidya bakterisi vücut dışında iken Gram- gibi boyanabilirler. Mikoplazma ve Üreaplazma gibi Molikütel bakteriler ise boyanmazlar) Gram boyamanin esasi iyot-kristal viyole kompleksinin etanol veya asteonla muamelesinden sonra gram negatiflerden kolaylikla ayrilirken gram pozitiflerde salinmaz ve zid bir boyayla boyanarak sulu fuksin gibi negatifler pembe boyanirken pozitifler mor olarak kalir.

Gram boyamayla verimsiz sonuç alınan bakteriler farklı boyalarla ayırt edilir Boyanırken kümeleşerek zor ayırt edilen Gram- sarmal bakteriler Fontana yöntemi ve Giemsa yöntemi ile boyanırlar Aside dirençli bakteriler Ziehl-Neelsen ile pembe renge boyanır Gram boyamanin esasi iyot-kristal viyole kompleksinin etanol veya asteonla muamelesinden sonra gram negatiflerden kolaylikla ayrilirken gram pozitiflerde salinmaz ve zid bir boyayla boyanarak sulu fuksin gibi negatifler pembe boyanirken pozitifler mor olarak kalir. Duvarlı bir bakteri herhangi bir nedenle duvarını kaybedebilir. Buna L-tipli bakteri denir ve Gram boyamayla tanı konamaz.

Duvar Terminolojisi Sakkarid: Şeker Polisakkarid: Çoklu birbirine eklenmiş şeker, nişasta gibi.. Lipoprotein: Lipid eklenmiş protein Lipopolisakkarid: Lipid eklenmiş çoklu şeker Faj: Bakteri virüsü, bakteriyofaj Sitoplazma: İşlevsel moleküller içeren ve jel kıvamında sıvı Sferoplast/protoplast: Duvarsız bakteri Periplazma: İçten-dışa ve dıştan içe nakil işleri yapan proteinler ve hidrolizle hedefi parçalayıcı enzimler içeren jel kıvamında sıvı. Sayesinde duvar yumuşadığı için bakteri daha hızlı koşabilir.

Sferoplast/protoplast membranı 6 Sitoplazma Membranı= Plazma Zarı= Hücre Zarı= Sferoplast/protoplast membranı

SİTOPLAZMA MEMBRANININ İŞLEVLERİ Seçici geçirgenlik ile beslenme maddelerini ve haberleşme moleküllerini içeri alır Oksijensiz ortamlarda elektron taşınmasını sağlayan mekanizmaları devreye sokar Hücreiçi trafik proteinlerini, algaçları ve hareket gerçekleştirme düzeneklerini içerir Parçalayıcı dış enzimleri salgılar Çoğalmayı sürdürür Ribozomlar içeriden membrana ilişiktir

7 Kamçı

KAMÇININ İŞLEVLERİ Gram- ve Gram+ bakterilerin yüzme benzeri hareketlerini sağlar Hareket, bağlantı cisminin içerdiği aktif motorla sağlanır Kamçının ipi Bakterilerin ufak boyutlu olmasi v cok basit olarak dizayn edilmis olmalari onlarin dogadaki basarisini aciklar. İp kökü Dış membran Bağlantı cismi Sitoplazma membranı

Lefson boyamasıyla boyanmış kamçılar bakteri kamçı

8 Kirpik

(çoğul Pili, tekil Pilus) KİRPİĞİN İŞLEVLERİ (çoğul Pili, tekil Pilus) Kamçıdan daha ince ve kısadır Bir grubu adezindir (bel soğukluğu hastalığına yol açamada rol alır) Diğer grubu bakteriler arasında genetik madde nakli yapan hortum görevi yapar

9 Sitoplazma= Sitozol

SİTOPLAZMANIN İŞLEVLERİ Bakterinin metabolik reaksiyonları burada gerçekleşir Sitoplazmada 2000-3000 farklı enzim çalışır Glikojen ya da poli-metafosfat içerikli depo besin tanecikleri (inklüzyon tanecikleri) sitoplazmada bulunur Bakteriyel genom materyalleri sitoplazmada yer alır

Bakteri Genetiği Bileşenleri 10 Bakteri Genetiği Bileşenleri

Bakteride gen bilgisi içeren materyaller Nükleoid kromozomal DNA ve mRNA karışımı yığına verilen isimdir: Yığının içinde DNA’yı paketleme ve gen yeri işaretleme proteinleri de (transkripsiyon faktörleri) yer alır Kromozomal DNA tek adettir ve çoğunlukla daireseldir Kromozomda 2000-6000 gen taşınır (Mycoplasma ~470 gen, H. influenzae 1750 gen, E. coli 4300 gen, S. meliloti >7500 gen taşır) Feulgen boyası ile boyanabilir Plazmid isimli DNA’lar bakteriye yardımcı gen taşıyan simbiyotik faj genomlarıdır: Bakteride 200 çeşitte ve her biri 1-4 kopya olarak sitoplazmaya dağılmıştır Antibiyotik gibi bakteri zehirlerini parçalayan enzim genlerini taşırlar

Bakteride gen okuyan Ribozomlar 70 S değerindedir ve tRNA, rRNA ve küçük-RNA’ların proteinlerle bağlı karışımlarıdır 70S RNA’lar bazı antibiyotiklerin saldırdığı hedeflerdir

11 Gram+ Bakterilerden Bazıları Zor Şartlara Karşı Endosporlaşarak Kendini Korur

Bakterinin anne hücre ve spor biçimlerine dönüşmesi

Bakteride Sporlaşma Spor: Ufak, suyu az, metabolik olarak sessiz, buzul-kaynar ve diğer sert koşullara dirençli, yüzyıllarca canlı kalan bir bakteri formudur Besin kıtlığı durumunda gelişir. Uygun koşullarda tekrar jerminasyona girer. Şarbon, gazlı gangren, tetanoz, botilismus gibi en üst seviye riskli enfeksiyon ajanlarıyla oluşan hastalıkların genel bulaşı formudur

TERMİNOLOJİ Kok, diplokok, streptokok, stafilokok Adezin Çomak, basil, kokobasil, vibrio, fusiform basil, spiral, sipiroket Gram boyama Bakteri duvarı, Gr+ duvar, Gr- duvar Koloni, biyofilm/film Mukoid: Islak Plazmid: Simbiyont faj Nükleoid: Genetik materyal Ribozom: Gen ifade makinası Bakteri zarfı Kamçı Kirpik/Pili Kapsül Çapraz peptid: Dizili molekülleri bağlar Adezin Peptidoglikan tabaka Yan zincir: Dışarı sarkar Dış membran Şok: Aşırı tansiyon düşmesi LPS: Lipopolisakkarid Lipid A O antijen Kor sakkarid Porin Algaç. Reseptör Hücreiçi trafik İnklüzyon: Taneli Endospor/spor