Normal Mikrop Florası ve Mikroorganizma-çevre ilişkisi MİKROBİYOLOJİ DERSİ-1 Normal Mikrop Florası ve Mikroorganizma-çevre ilişkisi 2016-2017, Bahar dönemi, Trakya Üniv Tıp Fak 3. Kurul, 05.04.2017 Neşe Akış, PhD, Tıbbi Mikrobiyoloji Anabilim Dalı akisn@trakya.edu.tr http://personel.trakya.edu.tr/akisn/#.WKr6DyjC7WU

Neşe Akış Dersleri İzlencesi

1 Konağın işgali enfeksiyondur, ancak, her enfeksiyon hastalık yapmaz

İnsan Vücut Alanları Steril alanlar Dolaşım sisteminin çalıştığı alanlar + dış dünyaya açık kaviteler Normal Mikrop (mikrobiyota üyeleri) ile kaplı flora (mikroflora) alanları Dış dünyaya açık ve üzerinde mikrobiyotanın koloniler şeklinde yaşadığı alanlar: 1- Cilt 2- Mukozalar

FLORA alanları Solunum yolu Mide İnce bağırsak ve ileum

ASLA YALNIZ DEĞİLİZ %100 insan doğarız ama %90 mikrop ölürüz denir. Bunun anlamı kendi hücremizden 10 kat fazla mikrop hücresi, kendi genlerimizden 150 kat fazla mikrop geni ve kendi proteinlerimizden 360 kat fazla mikrop proteini ile birlikte yaşıyor olmamızdır.

İNSANA MİKROP BULAŞISI Damlacık bulaşısı Doğrudan temas Çevreden İnsandan Hayvandan bireye Artropod/ kemirgenle bulaşı Besin ve su ile bulaşı Doğarken Cinsel temas Fekal-oral bulaşı Doğrudan temas a) artropod↔artropod→insan b) aşağı omurgalı↔artropod→insan c) artropod↔insan a) artropod↔kemirgen→insan

Floranın Mikrobiyota Üyeleri Virota (virüs ve fajlar) Bakteriyota (Bakteri ve arkeler) Mikota PARAZİTLERimiz

Mikrobun Konakla İlişkileri KOMMENSALLER MUTUALLER (mikrobiyota) zararsız ilişmiştir (mikrobiyota) karşılıklı fayda PARAZİTOZ YAPANLAR (asalaklar) hastalık yapar

Mikrobiyotanın Faydaları İnsana gerekli bazı metabolizma reaksiyonlarını sindirim yolunda gerçekleştirir İnsana gerekli bazı maddelerin üretimini yapar Ürettiği bakteriyosin gibi antimikrobiyal maddelerle alan hakimiyeti kurar ve floraya ilişmeye çalışan patojenlerin steril alana girişini veya ilerleyişini engeller Mikrobiyotaya karşı savaşmaması için bağışıklık sistemini eğitir, ürünleriyle gereksiz tepkileri durdurur

TERMİNOLOJİ Simbiyontlardan büyük olanı= Konak 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 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

2 Mikroplarda Tropizm ve Bağlanma

Mikrop, Konak Hücrede Bağlanabileceği bir Mikrop Reseptörü Bulur ve buna Bağlanır Bakteri

Mikrop yapışkan ligandı ile konağın mikrop reseptörüne NON-KOVALENT bağlanır Su itici uç Su itici uç Hidrojen iyonik van der Waals Hidrofobik bağı bağ bağı bağ

BAĞLANMA BİYOFİZİĞİ Başlangıç: Konakta RESEPTÖR ile mikropta LİGAND yüzeyleri arasında birbirine değecekleri karşılıklı FİZİKSEL UYUM olmalıdır (anahtar-kilit gibi) Sonra: Yakınlaşan YÜZEYLER arasında kuantum çekimi ile sıkı bağlanma yenidenyapılanması başlar ve güçlü yapışma gerçekleşir baglanma bölgesı

MİKROBİYAL Tropizm Mikroplar, ligandıyla yapışacağı reseptörü bulunduran türe tutunabilir. Bu nedenle her mikrop her türe yerleşemez. Mikrobun yapışacağı reseptör her hücrede bulunmayabilir. İlgilendiği hücrelerin yer aldığı alana yerleşmelidir. Vajinaya yerleşenler akciğere tutunamayabilir. Mikrop konakta ilgilendiği alanı arayacaksa önce detektörleriyle koordinatını saptar ve seyahatini ona göre başlatır. Koordinatını saptamada yumuşalık, sıcaklık, koku ve asit gibi bilgilerden yararlanır.

BAKTERİN BAĞLANMA LİGANDLARI-1 Bakteri Ligand Hedef Reseptör Fibronektin , LTA, M protein Fibronektin Mannoz

BAKTERİN BAĞLANMA LİGANDLARI-2 Bakteri Ligand Hedef Reseptör P1 Klamidya Membran yüzey lektini N-asetil glıkozamin …

Mikropların vücutta yer tercihi Zorunlu hücreiçi yaşayanlar (anaerop) Hücre dışında yaşayanlar Bakteriler (bazı) Mantarlar (bazı) Protozoa (bazı) Helmintler Artropodlar Virüsler Bakteriler (bazı) Mantarlar (bazı) Protozoa (bazı) Her ikisinde de yaşayanlar (fakültatif)

Mikroorganizmaların aileleri, akrabaları, rakipleri ve düşmanları 3 Mikroorganizmaların aileleri, akrabaları, rakipleri ve düşmanları

Mikroplarda aileden rakiplere dönüşme Virüs, bakteri, arke, mantar, protist ve prostoma grubu üyelerinin her biri ortak birer atadan türemiştir. Grubun başlangıçtaki ilk kabilesinde üyeler birbirinin aynıdır. Genomun kimyasal stabilitesi pKa sabitine bağlıdır ve nesilleri üretecek genom çoğalmasında termodinamik nedenlerle genom kendiliğinden biraz değişir. Bu duruma doğal mutasyon demekteyiz. Sonuçta yeni nesil atadan farklanır. Bu farklanma ökaryotlarda dizi tamir mekanizmalarıyla oldukça dizginlenebilmiştir. Ancak, virüsler ve prokaryotlar etkin tamir mekanizmalarından yoksundur ve nesiller geçtikçe üyeler atalarına daha az benzerler.

E.Coli O157:H7 suş Sakai genomundan bir parça (gi|213695,1392 baz) 5’AAATGTCGTATTATTAGAGAATTTCCAGATATAGTTTTTAAAGGACTAACACTAGTTCAAGTCTCCCAAAAGTTTGGTAAGGCAGGGTTTGAAGATGTGAAAAAAGTCACCGAGGAAATTGTACATTTGAATGAAGACTGTTGCAAAGGTGATGCTGTGGAATGTATGATGGAAAGGATGGAAGCCACCGATCATATTTGTGAGGCTAAGGACAAATTATCATCCAAACTAGCTGACTGCTGTGCTAAAAGTATTCTAGAGCGAACACCCTGTCTTCTTGCCCTGCCAAACGATGAATCTGACTTGTCCAAAGAACTGAAAAATTATTATGAAGATGAACGTGTGTGTGAGAACTATAAAAAAGACAAGTTATTATTCCTTGCCCACTTTACACACGATTATGCCAGAAGCCACCAGGAATCATCACCTCAGTCTTGTCTACGAGTTTCTAAAGGATTTGAAGGGTTGCTCGAAAAGTGCTGTGCTAGTGAAAACCATGCCGAGTGTCTCAAGCAAGCCCCTATTTTGTTAGAGGCTGCACTGAAAGAAATTGAAGAGCTAAGGAAACAGAACTGTGGTGCCTTGCAGCTGCTCGGGTTCAGAGATTATAATATTCAGCTGCTTTTTCGATACTTTTTTAAGATGCCTCAGGTAACGGCCCCAACGCTTGTTGAATTAGCTGGTAGAATGACCAAGGTTGCAGTCTACTGCTGTGGCTTGGCTGAGAACAAACAGCAAACCTGTGCTGAAGAAAAGCTGGATATTCTTTTGGGAGAGATGTGCGAAAAGGAAAAGCATACATTCGTAAATGACAATGTTCGCCATTGTTGCGTCGACTCATATGCTAATAGAAGAAAATGCTTCACTGATCTTCAACGTTATCCTAATTATGTAGCGCCCAAGTGGGATGAAAGTAAGCTCCACTTTAATGAGGACTTATGTAAAGGTTCCGAAGATGACCAGATAAAGAAGAAACTGGAAGTGTTGGTTGAATACATGAAAATGAAGCCTGACTGTGGGCCAGAAAAACTTAAAGAGGTTGTTGAAGCCTTTAGAAAAATAGATATAAAATGCTGCGCAGCAGAGGACCACCAGAAATGCTTTGATGACGAGAAAGCAGGCCTTCTTCAAATAATTGAGGCCCATTAACATGGAACAGGCCACAAGCTAATATAACAAGACAGCCTTGAGCCACTAGGTTAAATCATCATCAACTGGTCACTGAATACATGTTGCTGATACATGTCTCTGAAGACTCAAGTAGAAAAAAACTACCATCGTTTTACTGCAAAATAATAAAAAAATAAATTCTTTATGACCAGAAAAAAA3’ Kromozomda kırmızıyla gösterilen genin translasyonu= KCRIIREFPDIVFKGLTLVQVSQKFGKAGFEDVKKVTEEIVHLNEDCCKGDAVECMMERMEATDHICEAKDKLSSKLADCCAKSILERTPCLLALPNDESDLSKELKNYYEDDLQRYPNYVAPKWDESKLHFNEDLCKGSEDDQIKKKLEVLVEYMKMKPDCGPEKLKEVVEAFRKIDIKCCAAEDHQKCFDDEKAGLLQIIEAH

Mikroplarda aileden rakiplere dönüşme -devam Nesillerboyu benzeşmezlik arttıkça kabile üyeleri arasındaki ilişki aileye, sonra akrabalığa ve en sonunda rakipliğe değişir. Kabile üyeleri birbirlerini yüzeylerindeki kabilesel motiflerden tanır. Çünkü her birinde motifi tanıyan reseptör bulunur. Benzeşme azaldıkça tanıma da azaldığından üyenin karşısındakine vereceği tepki değişir. Daha benzer daha dosttur, yabancı düşmandır. Düşman hem kurbandır hem de karşıt savunma yapılması gerekir. Sibirya'daki bir E.coli Afrika'daki bir E.coli 'nin aile üyesidir. Enterobakteriase üyesi akrabaları Salmonella, Şigella, Klebsiella ve Proteus'dur. Pseudomonas rakibidir. Lambda fajı düşmanıdır.

Virüslerde Tanınmada Kullanılan Genom ve Yüzey Motifleri HÜCRE DIŞINDA HÜCRE İÇİNDE Viroid Faj RNA genom DNA genom Virüs

ProkaryotlardaTanınmada Kullanılan Genom ve Yüzey Motifleri Gr+ membran Bazların metillenme motifleri Şeker zincirleri Gr- membran Lipidli şeker zinciri Protein zincirleri Fosforlu CG’ler

Ökaryotlarda Tanınmada Kullanılan Yüzey Motifleri Mantar Helmint Mannozlar Kütikül Protist Proteinler şekerler Artropod Duvar proteinleri

MİKROORGANİZMALARIN DÜŞMANLARI Virüs (molekül ve kapsitli) Prokaryot (bakteri ve arke) Tek hücreli (mantar ve protist) Protostom (helmint ve artropod) DÜŞMAN Virofaj Transpozon Bağışık yanıt eylemcileri Bakteriyofaj Farklı bakteri Virüs Bakteri Farklı protist/mantar Mantar Protist Farklı protostom MİKROORGANİZMALARIN DÜŞMANLARI

SALDIRAN MİKROORGANİZMA Virüs (molekül ve kapsitli) Prokaryot (bakteri ve arke) Tek hücreli (mantar ve protist) Protostom (helmint ve artropod) KURBAN Prokaryot Tek hücreli Çok hücreli Farklı mantar/farklı tek hücreli Farklı çok hücreli MİKRRORGANİZMALARIN KURBANLARI

Mikroorganizmaya Detektörlerden Gelen Bilgiler Sıcaklık değişti mi? Nem değişti mi? Basınç değişti mi? Toksin var mı? Besin azaldı mı? pH değişti mi? Faj geldi mi? Nüfus kalabalıklaştı mı?

Bakteri Kararları ve Operon İfadesi Aktive edilen genler Olay/ yer tahmini Konak içinde Toprakta Besin bol ortam Savaş alanı Tehlikeli ortam Faj enfeksiyonu Virülans adacıklarındaki genleri aktifleştir Metabolizma ekonomisi yap Hangisi? Özgül katabolizma Toksin yap + Direnç geni çal + gerekirse mutasyon Stres yanıtı ve stres proteinleri Biyofilm yap Hangi faj? Savunma yap

Rakiplerarası ve Düşmana Karşı Düzenekler Bir kabile üyesi beslenmek maksadıyla akraba veya rakip kabilenin alanını kullanmak isteyebilir. Rakip kabile buna karşı zehir üreterek savunma yapar. Rakip kabile üyeleri ürettikleri zehirden kendilerinin etkilenmemesi için kendilerinde panzehir taşırlar. Bazı akraba kabileler de aynı panzehire sahip olabilir. Virüslerin zehiri ürettikleri eşlenek parçalar (anti-sens RNA dizileri) ve panzehiri taşıdıkları nükleaz enzimidir. Prokaryotların zehiri antibiyotik ve panzehiri taşıdıkları antibiyotik direnç enzimidir.

4 Mikrobiyota

Flora Alanlarında Mikroorganizma Sayıları

Farklı Alanlarda Farklı Mikrobiyota Üyeleri Yerleşiktir

Sindirim Sistemi Bakteriyotasının Kabilesel Dağılımı

Mikrobiyota üyesi olmak Başarılı bir mikrobiyota üyesi: Hedefine göre konağın cildi veya en az bir mukozasındaki reseptörüne yapışabilmeli Konakta karşılaştığı ilk bağışıklık sistem savunmalarını atlatmalı (konak yenidoğan ise pek savunma yok) Hedefine zarar vermeden komensal veya mutual uyumla yavaş ve sınırlı sayıda çoğalarak kabilesini kurmalı (virüs ise hücreiçine girerek) Rakipleriyle veya düşmanlarıyla savaşmalı ve yerleşimini genişletmeli Konak bağışıklık sistemi güçten düşerse bunu fark etmeli ve patojen modunda çalışmaya başlamalı Üye kolonize olurken: Döküntüleri çevreye istemeden saçılır. Ancak bir zarar algılamayan bağışıklık sistemi ona karşı ciddi savunma yapmamayı öğrenir.

VİRÜSde giriş STRATEJİsi Çok Hücrelilerde enfeksiyon STRATEJİsi Yapışan virüs küçükse pinositozla, zarflı ise füzyon veya endositoz ile hücre içine girer, Girerken veya içeride soyunur ve salt genom halinde kalır, Kabiliyeti varsa kendisini konak genomuna ekler. Yoksa, RNA virüsü ise sitoplazmada, DNA virüsü ise çekirdekte tümlenerek çoğalır. Gerekiyorsa dışarı çıkar. Fajlar bakteri içinde virüslerdir ve bakteri parçalandığında meydana çıkarlar. Çok Hücrelilerde enfeksiyon STRATEJİsi Solucan ve böcekler yapışmak için emici ağızlarını veya güçlü bacaklarını kullanır.

Latensi (saklanma tarzı) Aralıklı latensi (arada bir ortaya çıkar. Latent period mikroba göre birkaç günden birkaç on yıla kadar uzayabilir) Sessiz latensi (genelde ortaya çıkmaz)

Enfeksiyon Hastalığı Yapmak 5 Enfeksiyon Hastalığı Yapmak

Enfeksiyon Hastalığı Yapan Mikroplar Fırsatçı patojenler Konak savunmasının caydırıcılığı düştüğünde hastalık yapan mikrobiyota üyeleri Patojenler Virülans stratejileri geliştirmiş asalaklar

19. yüz yıl Avrupasının enfeksiyon hastalıkları 20. yüz yıl Asya-Afrika-Güney Amerikasının enf. hast. Kolera Verem Çiçek Difteri Cüzzam Tifo İshaller Verem Solunum yolu enf. AIDS Kızamık Çocuk felci Tetanoz Sıtma Flariyaz Şistozomas

Patojen olmak Başarılı bir patojen: Patojen çoğalırken: Yapışma molekülleri ile konaktaki mikrop reseptörüne tutunabilmeli, Vücut dışında ise içine girebilmeli (hasar yapabilir), Konaktaki ilk ve sonraki bağışıklık sistem savunmalarını atlatmalı (zarar verebilir), Kendine emniyetli oyuk veya hücreiçi bulup burada çoğalmalı, Hedeflediği organa dümen alıp varmalı, Hedef organı veya hücrelerini istila etmeli, yayılmacılık stratejileriyle alanını genişletmeli ve dev kabileler kurmalı (zarar verir ve hasar yapar), Çoğalan soyları vücuttan çıkarak diğer insanlara bulaşmalı. Patojen çoğalırken: Döküntüleri çevreye istemeden saçılır, Hasar ve zarara karşı konakta stres yanıtı başlar ve bağışıklık sistemi saldırıya geçer.

PATOJEN MİKROORGANİZMALAR ÖZEL VİRÜLANS GENLERİ TAŞIR Patojen bakteri virülans gen adası taşır. Gen ürünleriyle enfeksiyon ve hastalıklarını yapar Virülans adaları mühendislikle çıkarılan bakteriler ve virüsler masumlaşır. Bunlar moleküler biyolojide masum mikrop olarak ve ilaç taşıyıcı olarak kullanılır Bakterinin enfeksiyon odağı oluşturma yeteneği (infektivite) ve konağa zarar verme potansiyeli(toksijenite) virülans kudretini gösterir

İSTİLA MİKROP SAYISI YAPIŞKANLIK Mukoz membranlar Solunum yolu GİRİŞ YOLU Mukoz membranlar Solunum yolu Gastrointestinal yol Genitoüriner yol Konjüktiva Deri Parental yol KONAK SAVUNMASINI ATLATMA Kıyafet değiştirme Enzim ve toksin salma Bağışıklık sistemini şaşırtma ve bloke etme KONAK HÜCRE HASARI (SİTOPATİK ETKİ) Doğrudan hasar vermek Zehirlemek ÇIKIŞ YOLU Her mikrop genellikle girdiği yoldan çıkar YAPIŞKANLIK

PATOGENEZ Enfeksiyon Hastalık Bağışıklık Sistemini anormal yanıta sürükleme Bağışıklık Sistemini atlatma Virülans Faktörlerinin çalışmaya başlaması İstila Doku hasarı Hastalık

ENFEKSİYONDA VİRÜS-BAKTERİ İŞBİRLİĞİ Virüslerin mukoza bariyerlerinde açtıkları lezyonlar bakterilerin buralarda enfeksiyon hasarı oluşturmasına yol açar

Bağışıklık sisteminin dengesizliğinden kaynaklanan hastalıklar (virülans kudretinin yüksekliği veya mikrop yok edilse bile savunmaya devam nedeniyle) OTO SALDIRI ve DOKU HASARI OTOİMMÜN HASTALIK İMMÜN KOMPLEKS YIĞIŞMALARI

Enfeksiyon hastalıklarının günümüzdeki başlatııcları İlacı olmayan yeni mikropların evrimleşmesi Hastaların toplum içine önlemsiz girmesi Ekolojik değişiklikler ve Seyahat Hastane enfeksiyonları (hastanede yatan hastaların üçte biri antibiyotik tedavisi altındadır. Her 10 hastadan biri enfeksiyonu hastanede yatarken edinir) Halk sağlığı önlem ve kontrollerinin gereğince yapılmaması Bağışıklığı bozan etmenler ve çevre kirliliği Kötü gıdalar Yoksulluk, Cehalet ve Hijyensizlik Savaş, Afet ve İnsan topluluklarının göçleri

Hasta Olmak ya da Olmamak 6 Hasta Olmak ya da Olmamak

Konak Savunması Başarılı bir konak: Hücrelerinde gıda azalması, maddi hasar, hücreiçi geometrisinde değişiklik, genlerinin çalışmasındaki zorluk sorunlarını ilgili sensörleriyle tanıyarak hemen stres yanıt sistemini aktive etmeli Mikropların yüzey moleküllerini, zehirlerini, döküntülerini ve stres yanıtını tanıyan bağışıklık sistemi hemen akut yanıt savunmasını başlatmalı Savunma, mikrobu yok etmeli veya en azından çoğalmamaya iteklemeli Mikrop çoğalmayınca savunma ve stres yanıtları hemen durarak tamir sistemini işletmeye başlamalı

Enfeksiyon Hastalıkları ile Toplumsal Refah Maliyetinin İlişkisi Aşılama ve antibiyotik kullanımı yaygınlaşıncaya kadar insan ölümlerinin başlıcası ve büyük kısmı patojenlerle olan kitlesel salgınlarla meydana geliyordu. Ortalama insan ömrü 40 yaş idi. Günümüzde enfeksiyon hastalıklarından ölümler tüm ölümlerin %17’sine inmiş ve ortalama ömür 80’e yükselmiştir.

Başarısız konak olmanın nedenleri Kişinin bağışıklık sistemi; genetik, hücre program ayarı ve/veya anatomik açıdan yetersiz çevredeki kimyasal, fiziksel ve psikolojik etkenlerin baskısı altında yeterli yanıt için dokudan izin alamıyor olgunlaşmasını tamamlayamamış yaşlı veya sağlıksız bir vücutta bulunuyor Patojen; yüksek virülans kudretli (patojenitesi yüksek) konakta mutasyonla daha çok virülans kazanıyor iyi saklanma stratejisi var dikkat çekmeyecek kadar az ve/veya yavaş ürüyor

Enfeksiyonda olasılıklar Konak hücre ile mikrobun karşılaşması Kommensal ilişki (savunma durdurmuş, hasar yok) Tedaviyle iyileştirme (mikrobun, parçalarının, etkilerinin silinmesi) İyileşme Enfeksiyon Mikrop yok ediliyor Hastalık (savunma yetersiz, hasar hızla artıyor) Ölüm Hastalık (sistemler normal işlevine dönemiyor) Yayılma (savunma yavaşlamış, hasar yavaş artmakta) Kalıcı (savunma saldırıyı sabitlemiş, sabit düzey sürekli hasar)

Terminoloji Patojen Mikrobiyom Konak: Enfeksiyon ajanını ağırlayan canlı Aşılama: Vücuda mikrobu öldüren protein ürettirme Enfeksiyon ajanı: Patojen mikroorganizma Fırsatçı enfeksyon Eradike etmek: Silmek DSÖ: Dünya Sağlık Örgütü Parazitlik: Asalaklık yapmak Enfeksiyon: İşgal etmek Mutasyon Stres Sistemi Tamir Sistemi Akut