Neşe Akış Mikrobiyoloji ve Viroloji dersleri için ders kitabı: Murray ve ark. Tıbbi Mikrobiyoloji, 6.baskı, Çev: Başustaoğlu ve ark. Atlas Kitapevi, Ankara, 2010 90 TL (Öğrenciler ortak veya bireysel kitap kullanmak üzere para toplayarak doğrudan kitapeviyle temas edebilirler)

Mikroorganizma-çevre ilişkisi 2015-2016, Bahar, Trakya Üniv Tıp Fak 6. Kurul, 17.02.2016 Neşe Akış, PhD, Tıbbi Mikrobiyoloji Anabilim Dalı akisn@trakya.edu.tr http://personel.trakya.edu.tr/akisn

Mikroorganizmaların aileleri, akrabaları ve düşmanlarıyla ilişkileri 1 Mikroorganizmaların aileleri, akrabaları ve düşmanlarıyla ilişkileri

Bir mikrobiyom kabilesinde üyelerin birbirleriyle ilişkileri Mikrobiyomda farklı soylardan veya akrabalardan gelen mikroorganizma kabileleri yer alır. Her kabile aynı soydan gelen aile üyelerinden oluşmuştur. Aile üyeleri birbirlerini ’’motif tanıyan algaçlarıyla’’ (reseptörleriyle) tetkik eder ve kabilesel motife rastlayınca tanır. Motif tanıyan algaçlar hücre içinde veya yüzeyinde olabilir. Hücre içindeki algaçlar sitoplazmadaki DNA veya RNA’nın kendine mi yoksa enfeksiyon yapan bir ajana mı ait olduğunu ayırt eder. Hücre yüzeyindeki algaçlar diğer üyenin çevreye salgıladığı moleküllerden veya birebir temas ile yüzeyindeki moleküllerden karşısındakinin aile üyesi olup olmadığını ayırt eder.

Mikrobiyom kabilelerinin birbirleriyle ilişkileri Bir kabilenin üyesi beslenmek maksadıyla bir diğer kabilenin alanına girmek isteyebilir. Eğer bir kabile kendi besin alanlarını diğer kabilelerle ve asalaklarla paylaşmak istemiyorsa alanlarını savunmalıdır. Alan savunmasının bir yöntemi kabile çevresini özgül zehirle (prokaryotlarda antibiyotikle) kuşatmaktır. Kabilenin kendi üyelerinde kendi zehirine karşı panzehir bulunduğundan (prokaryotlarda antibiyotik direnç enzimi) kendileri zehirlenmezler. Prokaryotların, ayrıca, alanlarını korumak için biyofilm tabakası oluşturdukları ve burada yuvalandıkları bilinir (ameliyat gereçlerinin yüzeyinde yuvalanmaları insan sağlığı için tehlikelidir).

SALDIRIYA UĞRAYAN MİKROORGANİZMA Virüs (molekül ve kapsitli) Prokaryot (bakteri ve arke) Tek hücreli (mantar ve protist) Protostom (helmint ve artropod) RAKİP veya DÜŞMAN Virofaj Tanspozon Bağışık yanıt Bakteriyofaj Bakteri Virüs Mantar Protist Protostom MİKROORGANİZMALARIN DÜŞMANLARI

Mikropların savunma ve savaşma becerileri Bir mikroorganizma kabilesinin alan savunma yöntemleri her zaman caydırıcı olamayabilir. Rakip veya düşman, alana sızabilecek yeteneklere sahip olabilir. Kabile alanında karşısındakinin kabilesel motif taşımadığını algılayan bir üye bireysel savaşma ve savunmaya geçmelidir. Bu maksatla: Virüsler hedef parçalayıcı enzimler oluşturur (virüs bağışık yanıtı). Prokaryotlar ve mantarlar benzer enzimleri içeri veya dışarı salgılar, ayrıca, hedefe yapışan ve felç eden yapışkanları dışa salgılar (prokaryot bağışık yanıtı). Protistler prokaryotların becerilerine sahiptir, ancak, ek olarak özellikle yapışkanları kullanarak hedefi endositoz edebilir, güçlü enzimlerle sindirebilir (protist bağışık yanıtı). Protostomların hücreleri prokaryotlar kadar becerilidir, ancak, hücrelerarası işbölümü olduğundan savunma işiyle kendi bağışıklık sistemlerinin molekül ve hücreleri meşgul olur.

SALDIRAN MİKROORGANİZMA Virüs (molekül ve kapsitli) Prokaryot (bakteri ve arke) Tek hücreli (mantar ve protist) Protostom (helmint ve artropod) KURBAN Rakip virüs Prokaryot Tek hücreli konak Çok hücreli konak Rakip prokaryot Rakip mantar/rakip tek hücreli Tek hücreli Rakip çok hücreli MİKRRORGANİZMALARIN KURBANLARI

Mutasyonla akraba soy üretimi-1 Savaş sonrası mikroorganizmalar, tükettikleri aşırı enerji ve ürettikleri bol atıklarla yüksek hata içeren replikasyon reaksiyonlarına sebep olabilirler. Böylece mutant soylar türer ve bunlardan akraba kabile gelişir. Bir kabilenin bazı üyeleri genomuna entegre olan virüslerle başa çıkamayabilir ve enfekte mutant olarak yaşamını sürdürebilir (prokaryotlarda transdüksiyon; ökaryotlarda viral transformasyon). Ancak, gelen virüs önceki konaktan genler çalmış ve yeni konak genomuna onları entegre etmişse, mutant soylar çok daha farklıdır. Bunlardan bazen akraba kabile gelişir.

Mutasyonla akraba soy üretimi-2 Prokaryotlar arasında savaş gerçekleştiğinde etrafa her iki kabileden de genetik materyaller saçılır. Eğer savaşçı bir prokaryot savaş esnasında karşı tarafın genlerini içer ve böylece karşı tarafın panzehirini kazanıp bunu genomuna entegre edebilirse (transformasyon davranışı) artık mutantlaşmıştır ve karşı tarafın alanına kolayca sızabilecektir. Transformasyonla mutantlaşan bir prokaryot kabile üyesi kazandığı panzehir genini çoğaltarak hızla aile üyelerine dağıtır (konjugasyon davranışı). Böylece kabilenin tamamı mutant becerisini kazanır.

Akraba kabileleri Savaş sonrası bazen bir prokaryot kabilesinin mutantı konjugasyona vakit bulamaz. Ürettiği mutant soylarla ayrı bir kabile gelişir. Salmonella, Şigella ve E.coli, Enterobakteriase ailesinden türeyen birbirinin akrabası türlerdir. Fırsat verilirse konjugasyonla birbirlerine genetik materyal nakli yapabilir ve yine tek kabile haline gelebilirler.

Mutasyonla sonuçlan diğer simbiyozlar 2 Mutasyonla sonuçlan diğer simbiyozlar

Mutasyonel simbiyotik ilişkiler EKTOSİMBİYOZ non-invaziv ilişkidir. Biri diğerinin yüzeyine ilişerek yaşamaya çalışır. Bitin insana yapışması gibi.. ENDOSİMBİYOZ invazivdir. Biri diğerinin içine girerek yaşamaya çalışır ve bazıları mutasyona sebep olur: Plazmidler prokaryotlarda yaşayan virüslerdir İnsan genomunun yarısı tekrarlayan dizili virüslerle kaplıdır Geçmişte bir ökaryotik hücre bir diğerine girerek genom duplikasyonuna yol açmış (diploid kromozom), bu daha sonra bir kez daha tekrar etmiştir (günümüz diploidisi) Mitokondria tek hücreli bir ökaryotiğin endosimbiyozu sonucudur Makrofaj bir amip endosimbiyozunun sonucudur

Aile ile düşmanı ayırt ettiren motifler 3 Aile ile düşmanı ayırt ettiren motifler

Ökaryotlar Virüsler Prokaryotlar RNA dünyası Mantarlar Hayvanlar Bitkiler Arkeler Prokaryotlar RNA hücresi RNA dünyası Ribozim

Viral Motifler Viroid Faj Virüs HÜCRE DIŞINDA HÜCRE İÇİNDE RNA genom DNA genom Virüs

Prokaryotik motifler Gr+ membran Gr- membran Bazların metillenme motifleri Şeker zincirleri Gr- membran Lipidli şeker zinciri Protein zincirleri Fosforlu CG’ler

Ökaryotik Mikroorganizma Motifleri Mantar Helmint Mannozlar Kütikül Protist Proteinler şekerler Artropod Duvar proteinleri

Aynı klondan türeyen kabile üyeleri ve akrabalar aynı kabilesel motifleri taşır Kabilesel motif soydan soya aktarılır Bir üyede motiflerde de mutasyonlar başlayınca orijinal kabileye akrabalık azalmaya başlar Motif benzerliği çok aza indiğinde üyede oldukça yüklü mutasyonlar gelişmiş demektir. Buna uzak akraba yerine yeni tür diyoruz. E.coli ile Pseudomonas gibi.. Farklı canlı modülleri arasında motif benzerliği bulunmaz, virüs ve bakteri gibi..

Mikroorganizmaların konak kullanımları 4 Mikroorganizmaların konak kullanımları

Simbiyontlardan büyük olanı: Konak- 1 Rezervuar konak: gelişkin simbiyontun son konağa varmak üzere arayışta olduğu süre boyunca lojistik maksatla çoğalıp yuvalandığı konak. Mikroorganizmalar gıda, su, hava ve toprak gibi insan ve hayvanı da rezervuar olarak kullanabilir Son konak: simbiyotik ilişki kurulması hedeflenen son konak

Simbiyontlardan büyük olanı: Konak- 2 Ara konak: parazitin gelişiminin değişik ara aşamalarında kullandığı konaklar Vektör konak: simbiyontun hedeflediği son konağa varmak için kullandığı eskort araç. Tesadüfi veya her zaman kullandığı taksi olabilir. Mikroorganizmalar su, gıda, hava, tıbbi cihaz ve diğer araçlar gibi insan, hayvan ve böcekleri de eskort olarak kullanabilir

Terminoloji Primer patojen: Mutlaka enfeksiyon yapar Mikrobiyom Virülans: Saldırganlık kabiliyeti Fırsatçı enfeksyon Parazitlik: Asalaklık yapmak Mutasyon Yangı Sistemi Stres Sistemi Tamir Sistemi Akut Kronik