MİKROBİYOLOJİYE GİRİŞ VE TARİHÇE
MİKROBİYOLOJİ MİKROS BİOS LOGOS Küçük Canlı Bilim Mikroorganizmalar, tek hücre veya hücre toplulukları şeklindeki mikroskobik canlıları ve mikroskobik olan ancak hücre yapısında olmayan virüsleri içeren büyük ve çeşitlilik gösteren bir gruptur.
Mikrobiyoloji özellikle oldukça temel ve pratik öneme sahip büyük bir hücre grubu olan bakteriler esas olmak üzere hücreleri ve hücrelerin nasıl çalıştıklarını konu eder. Mikrobiyoloji toplumda, insan vücudu ,hayvan ve bitkilerde genel olarak dünyamızda mikroorganizmaların işlevi ile ilgilidir. Öyle veya böyle m.org.lar dünyamız üzerindeki tüm diğer yaşam formlarını etkiler ve bundan dolayı mikrobiyoloji bilimi büyük öneme sahiptir. M.org.lar , hayvan ve bitki gibi makroorganizma hücrelerinden farklıdır. Bu hücreler bağımsız olarak yaşayamazken m.org.ların çoğu aynı veya farklı tip olsun büyüme,enerji üretimi ve üreme gibi diğer hücrelerden bağımsız olarak yerine getirirler.
Mikrobiyoloji 2 temel konu ile ilgilidir: (1) Yaşamı anlama ile ilgili temel bilim ve (2) bilimin insan ihtiyaçları açısından uygulamaları. Temel biyolojik bilim olarak mikrobiyoloji, yaşamsal süreçleri izlemek için araçlar sunmaktadır. Yaşamın kimyasal ve fiziksel temelini en ileri düzeyde anlamamız, mikroorganizmaların çalışılmasıyla elde edilmiştir. Mikrobiyal hücreler çok hücreli organizmaların hücreleriyle birçok ortak biyokimyasal özelliğe sahiptir. Gerçekten bütün hücrelerin ortak pek çok özelliliği mevcuttur.
Üstelik, mikrobiyal hücreler laboratuvar kültüründe oldukça yüksek yoğunluklara ulaşabilirler ve biyokimyasal ve genetik çalışmalar için uygundurlar. Tüm bu özellikler mikroorganizmaları, insan dahil, yüksek organizmalarda hücre işlevinin anlaşılması bakımından mükemmel modeller yapmaktadır. Mikrobiyoloji, uygulamalı bir biyolojik bilim olarak tıp, tarım ve endüstrideki birçok önemli pratik problemle ilgilenir. İnsanlar, diğer hayvanlar ve bitkilerin en önemli hastalıklarından bazıları mikroorganizmalar tarafından oluşturulur. Mikroorganizmaların toprak verimi ve evcil hayvan üretiminde de büyük rolleri vardır. Buna ek olarak, antibiyotikler veya insan proteinlerinin üretimi gibi pek çok büyük ölçekli endüstriyel işlem mikrobiyolojiye dayalıdır.
Mikroorganizmaların yokluğunda daha yüksek yaşam formları asla ortaya çıkmayacak ve şu anda yaşamlarını sürdüremeyeceklerdi. Gerçekten, şu an soluduğumuz oksijen bile geçmişteki mikrobiyal aktivitenin bir sonucudur. Ayrıca insan, bitki ve hayvanların organik maddelerin yıkımı ve anahtar besinlerin dönüşümü için mikrobiyal aktivitelere nasıl bağımlı olduğunu öğreneceğiz Hiçbir yaşam formu, dünyada yaşamın desteklenmesi ve devamı için mikroorganizmalar kadar önemli değildir.
Hücre, yaşamın temel birimidir Hücre, yaşamın temel birimidir. Tek bir hücre, diğer hücrelerden bir zarla (ve belki bir hücre duvarı ile de) ayrılmış olan ve içinde çeşitli kimyasal maddeleri ve hücre içi yapıları içeren bir bütündür. Bölümlere ayrılmak, yaşam için bir gerekliliktir. Bu nedenle, yaşamın kimyasal bileşenleri gerekli kimyasal reaksiyonların oluşumunu sağlar Bir mikrobiyal hücre bağımsız olarak bulunabilir. Fototrofik (fotosentetik) mikroorganizmalar olan (a) mor bakteriler (b) ve siyanobakteriler'in fotomikrografları görülmektedir. Mor bakteriler dünya üzerindeki ilk fototroflar arasında yer alır iken siyanobakteriler oksijen üreten ilk fototroflardı.
Hücre Kimyası ve Anahtar Yapılar Hücreler esas olarak dört kimyasal bileşeni-proteinler, nükleik asitler, lipitler ve polisakkaritler-içeren oldukça organize olmuş yapılardır. Bu büyük moleküller makromoleküller olarak adlandırılır. Makromoleküllerin farklı hücrelerdeki kimyasal yapısı ve düzenlenişi canlıları birbirinden farklılaştırır. Bu yüzden, kimyasal yönden, ister bir bitki veya hayvan parçası isterse mikroorganizma olsun tüm hücreler pek çok ortak özelliğe sahiptir. Bir hücrede birçok anahtar yapı bulunmaktadır. Sitoplazmik zar, hücre içeriğini dışarıdan ayıran bir engeldir. Hücre zarı içerisinde, sitoplazmada askıda veya çözünmüş olarak bulunan çeşitli yapılar ve kimyasal maddeler bulunur. Sitoplazma, hücrenin çoğalması ve işlevi için gerekli sistemlerin bulunduğu makine'dir. Hücrenin genetik bilgisinin DNA (deoksiribonükleik asit)-depolandığı nükleus veya nukleoid ve hücrede yeni proteinlerin yapıldığı ribozomlar buradaki anahtar yapılardır.
Canlı Sistemlerin Özellikleri Yaşamın temel özellikleri nelerdir? 1.Metabolizma Çevreden besinlerin alımı, hücre içerisinde transformasyonu ve çevrede bulunan atıkların giderimi. Bu yüzden hücre açık bir sistemdir. 2. Üreme (çoğalma) Çevreden alınan kimyasal maddeler mevcut hücrelerin yönetimi altında yeni hücrelere dönüştürülürler. Canlı Sistemlerin Özellikleri Yaşamın temel özellikleri nelerdir? Hücreleri cansız objelerden neler ayırır? Yaşamla ilgili bakışımız dünya üzerindeki gözlemlerimiz veya fosil kayıtlarından elde ettiğimiz bilgilerle sınırlıdır. Ancak şu ana kadarki biyoloji bilgimizden, pek çok canlı sistem tarafından paylaşılan bazı ortak özellikleri belirleyebiliriz. 3. Farklılaşma Genellikle hücresel yaşam döngüsünün bir bölümü olarak, spor gibi yeni bir hücre yapısının oluşumu. 4. İletişim Hücreler esas olarak, salınan veya alınan kimyasal maddeler yoluyla iletişim veya ilişki kurarlar. 5.Hareket Canlı organizmalar genellikle bağımsız olarak hareket etme yeteneğindedir. 6. Evrim Hücreler genlere sahiptir ve yeni biyolojik özellikleri oluşturmak üzere evrimieşirler. Filogenetik ağaçlar hücreler arasındaki evrimsel ilişkiyi gösterir.
Mikroorganizmalar ve Doğal Çevreleri Hücreler doğada diğer hücrelerle birlikte popülasyon olarak adlandırılan birlikler halinde yaşarlar. Popülasyonlar, tek bir ana hücreden ardışık hücre bölünmeleri ile oluşan hücre gruplarından meydana gelirler. Bir mikrobiyal popülasyonun yaşadığı çevredeki bölgeye habitat denir. Hücre popülasyonu, mikrobiyal habitatlarda nadiren tek başına yaşar. Hücre popülasyonu, daha çok mikrobiyal topluluklardaki diğer popülasyonlarla birlikte yaşar ve onlarla ilişki içerisindedir. Bir mikrobiyal topluluğun üyeleri ve hücre sayıları habitatta var olan kaynaklar ve koşullar tarafından belirlenir. Mikroorganizmalarm doğal habitatlarm- da çalışılmasına mikrobiyal ekoloji adı verilir. Şekil 1.5 Mikrobiyal topluluklara örnekler, (a) Küçük bir gölün (Wintergreen Gölü, Michigan) derinlerinde oluşan bir bakteriyal toplulukta bulunan çeşitli boyutlarda hücreleri gösteren fotomikrograf. (b) Atık su çamur örneğindeki bir bakteri topluluğu. Örnek, her biri farklı bir bakteri grubunu boyayan bir seri boyayla boyanrruştır(ö°Öboyama işleminin detayları için Kısım 18.4 ve Şekil 18.1 lb). R. Aman, J. Snaidr, M. Wagner, W. Ludwig ve K.H. Schleifer, 1996 .Journal of Bacteriology, 178:3496-3500, Şekil 2b. ©1996 American Society for Microbiology.
Organizmaların Kendi Kendine ve Habitatlarına Etkisi Mikrobiyal birliklerdeki popülasyonlar, birbirleriyle faydalı veya zararlı çeşitli şekillerde ilişki kurarlar. Mikrobiyal popülasyonlar birçok yönden ilişki kurar ve işbirliği yaparlar. Örneğin, bazı hücrelerin metabolik aktiviteleri sonucu oluşan atık ürünler diğerleri için besin olabilir. Bir habitattaki organizmalar, fiziksel ve kimyasal çevreleri ile de ilişkidedir. Habitatlar özellikleri bakımından oldukça farklılık gösterirler ve bir organizmanın üremesi için uygun olan bir habitat, diğer bir organizma için zararlı olabilir. Organizmaları bir bütün olarak, çevrelerindeki fiziksel ve kimyasal bileşenlerle birlikte ekosistem olarak ifade edilir. Önemli mikrobiyal ekosistemler olarak sucul (okyanuslar, bataklıklar, göller, akarsular, buz ve kaplıcalar), karasal (toprak, yüzey altı derinlik) ve bitki ve hayvanlar dahil yüksek yapılı organizmalar sayılabilir.
Ekosistemler, önemli oranda mikrobiyal aktivitelerle kontrol edilirler. Organizmalar, metabolik yollarla besinleri çevreden alır ve bu maddeleri yeni hücreler oluşturmak için kullanır. Aynı zamanda, organizmalar metabolizmalarının atık ürünlerini çevreye bırakırlar. Böylece, mikrobiyal bir ekosistem, mikroorganizmalar tarafından besinlerin dönüştürülmesi sayesinde zamanla hem kimyasal ve hem de fiziksel olarak basamak basamak değişecektir.
Çevresel değişimler diğer mikroorganizmaların üremesine izin verebilir Çevresel değişimler diğer mikroorganizmaların üremesine izin verebilir. Örneğin, moleküler oksijenin (O,) bazı mikroorganizmalar için yaşamsal önemi varken diğerleri için zehir etkili olabilir. Ancak, bir grup organizmanın (aeroblar) oksijeni kullanma aktivitesi, oksik bir habitatı anoksik (oksijensiz) şekle dönüştürebilir ve böylece, bu ortam daha önce üreyemeyen anaerob organizmaların üremesi için uygun hale getirebilir
Mikrobiyal Yaşamın Kapsamı Mikroorganizmalar küçük olmalarına rağmen yüksek organizmaların biyokütlesi ile karşılaştırıldığında dünyadaki biyokütleleri çok büyük: Toprak ve su gibi doğal maddelerin incelenmesi sonucu her zaman mikrobiyal hücreler elde edilir. Bu küçük hücreler bağımsız görünüyor olslar da, tek hücreler hızlı çoğalama ve habitat üzeri önemli etkisi olabilen büyük popülasyonlar oluşturma yeteneğine sahiptirler.Bu nedenle, mikroorganizmalar son derece önemlidir ve gerçekte her ekosistemin kantitatif yönden önemli bileşenleridirler.
Hesaplamalar, Dünya üzerindeki topi mikrobiyal hücrelerin ve özellikle prokaryotların tahmini sayıs: 5 x 1030 hücre seviyelerinde olduğunu göstermektedir. Oldukça çok sayısında bulunan bu küçük hücrelerdeki toplam karbon miktarı dünya üzerindeki tüm bitkilerinkine eşittir (ve bitki karbonu hayvan karbonunun çok üzerindedir). Ayrıca, prokaryot hücrelerdeki toplam azot ve fosfor içeriği, tüm bitki biyokütlesindekinin 10 katından fazladır.
Böylece, prokaryotik hücreler küçük olmalarına karşın dünya üzerindeki biyokütlenin büyük bölümünü oluştururlar ve yaşam için gerekli temel besinlerin anahtar depolarıdır. Benzer çarpıcı bir durum da prokaryotik hücrelerin çoğunun dünyanın yüzeyinde değil, bunun yerine okyanus ve kararasal yüzeylerin altında bulunduklarının anlaşılması olmasıdır. Bu habitatlar nispeten keşfedilmemiş olduklarından, mikrobiyologların dünyada baskın olan yaşam formları ile ilgili keşfedecekleri ve öğrenecekleri daha çok şey mevcuttur.