Prof. Dr. Mustafa Arda

Ankara Üniversitesi Veteriner Fakültesi
Temel Mikrobiyoloji1

01. Giriş
02. Dış Yapılar
    02.01. Hücre Duvarı
    02.02. Kapsül, Mukoid Madde ve Mikrokapsül
    02.03. Kılıf
    02.04. Flagellum ve Hareket
    02.05. Fimbria (piluslar, mikrofibriller)
03. İç Yapılar
    03.01. Sitoplasmik Membran (hücre membranı)
    03.02. Protoplast, Sferoplast ve L-formları
    03.03. Sitoplasma
    03.04. Sitoplasmik Granüller
    03.05. Pigment
    03.06. Plasmidler
    03.07. Transpozonlar (Tn)
    03.08. Bakteriyofajlar
    03.09. Gaz Vakuolleri
    03.10. Kristaller
04. Endosporlar
05. Bakteri Pigmentleri
    05.01. Fotosentetik Olmayan Pigmentler
    05.02. Fotosentetik Pigmentler

Bakterilerin anatomik yapılarının incelenmesini kolaylaştırmak için iki temel kısma ayırmada pratik yarar bulunmaktadır. Bunlar da:

1) Dış yapılar: Hücre duvarı, kapsül, flagella, fimbria (pilus),

2) İç yapılar: Sitoplasmik membran, mesosom, nukleus (nukleoid), ribosom, sitoplasmik granüller, sporlar, pigment, plasmid, faj, transpozon, İS elementi,

Aşağıdaki şekillerde, bakterilerin anatomik yapıları gösterilmektedir

02. Dış Yapılar

Bakterilerin dış kısmında lokalize olan yapılar, bir hücrenin yaşamı için tam olarak ihtiyaç duyulan, zorunlu olan ve vazgeçilemeyen öğeler değildir. Bakteri bunlar olmadan da, bütün fizyolojik ve biyokimyasal fonksiyonlarını yerine getirebilir ve yaşamını sürdürebilir. Ancak, dışta lokalize olmuş organeller bakterinin antijenitesi, virulensi, toksijenitesi, dış etkilerden korunması, fajlara duyarlıllığı ve diğer fonksiyonları ile yakından ilişkilidir. Bunların olmaması durumunda, yukarıda bahsedilen karakterler yönünden önemli değişmeler ve azalmalar meydana gelir. Bu nedenle de dış strüktürlerin önemleri oldukça fazladır.

Bakterilerin etrafını tam ve kesintisiz olarak saran hücre duvarı (mikoplasmalar ve L-formları hariç), biyokimyasal aktif olan sitoplasmanın ve sitoplasmik membranın dışında lokalize olmuştur. Kalınlığı bakteri cins ve türlerine göre değişmek üzere, genellikle, 10-25 nm arasında bir ölçüye sahiptir. Hücre duvarı özel boya ve boyama teknikleri ve ayrıca elektron mikroskopta kolaylıkla görülebilmekte ve ince yapıları hakkında bilgi edilinebilmektedir.

Sert ve aynı zamanda elastik bir yapı karakterine sahip olan hücre duvarı, bu özelliği sayesinde, bakterilere şekil verir ve fleksibilite kazandırır. Hücre duvarının mekanik (sonik veya ultrasonik vibrasyon, vs) veya kimyasal yollarla giderilmesi (antibiyotikler: penisilin, sikloserin, enzimlerle: Lizozim, vs) hallerinde bakterinin şekli, iç ozmotik basıncın (% 5-20 sukroz konsantrasyonu) etkisi ile oval veya yuvarlak bir görünüm kazanır (protoplast ve sferoplastlar). Eğer bu işlem izotonik bir ortamda yapılırsa oluşan hücre duvarından yoksun ve sadece sitoplasmik membranla çevrili olan protoplast (Gram pozitiflerden elde edilir) veya sferoplastlar (Gram negatiflerden elde edilir) herhangi bir zarar görmeden bütün fizyolojik ve genetik fonksiyonlarını yerine getirebilir ve yaşamını sürdürebilirler. Ancak, bakterilerin antijenik, virulens ve hücre duvarına bağlantılı olan diğer fonksiyonlarında ve karakterlerinde büyük değişiklikler meydana gelir. Böylece hastalık yapma yeteneğini ve immunojenik özelliklerini kaybederler. Eğer, protoplast veya sferoplastlar, hipotonik veya hipertonik ortamlarda bulundurulursa, etraflarındaki sitoplasmik membran parçalanarak bakteriler ölürler (plasmoptiz ve plasmoliz). Bu nedenlerle hücre duvarının bakterilere hem şekil vermede, bir çok spesifik özellik kazandırmada ve hem de iç ozmotik basınca karşı koymada rolü oldukça fazladır.

Hücre duvarı, bakterileri çevresel faktörlerin etkisinden korumakla da yükümlüdür. Gerek doğada ve gerekse insan ve hayvanların vücudlarında bulunan bakteriler, çok değişik ve zararlı faktörlerle karşı karşıya gelirler. Bunlar arasında, fiziksel (soğuk, sıcak, ışık, radyasyon, basınç, vs.) ve kimyasal nedenler (antibiyotikler, sulfonamidler, çeşitli ilaçlar, dezenfektanlar, deterjanlar, vs.) en fazla etkiye sahip olanlardandır. Bakteriler bu olumsuz faktörlere, genellikle, hücre duvarının sağlamlığı ile karşı koymaya çalışırlar. Mikroorganizmalar vücutta da benzer zararlı etkilerle yüz yüze gelirler. Burada, mikroorganizmalar, vücudun çeşitli savunma mekanizmalarında rol oynayan, hücresel ve sıvısal faktörlerle (çeşitli enzimler, serum faktörleri, lizozimler, yağ asitleri, mikrofloranın antogonist etkisi, beta-lizin, lökosit proteinleri, safra tuzlarının deterjan etkisi, antikorlar, komplement komponentleri, fagositozis, fajlar, vs.) mücadele etmek zorundadırlar.

Bakterilerin yaşamı için önemi olan permeabilitenin veya osmosisin sağlanmasında ve devam ettirilmesinde hücre duvarının özel bir fonksiyonu vardır. Bilindiği üzere, permeabilite (geçirgenlik) hücre yaşamının sürdürülmesinde ve tüm vital aktivitenin yerine getirilmesinde vazgeçilmez bir biyofiziksel olgudur. Bakteriler bu özellikleri nedeniyle, dış ortamlardaki su, organik ve inorganik maddeleri içeri alabilir, ve aynı zamanda, hücre içinde oluşan çeşitli metabolitleri (toksik maddeler, toksinler, bakteriosinler, antibiyotikler, enzimler, metabolizma artıklarını, vs.) dışarı verebilirler. Bu durum hücre duvarının selektif bir süzgeç (elek, poros) gibi görev yapmasından kaynaklanmaktadır (selektif permeabilite).

Gram negatif mikroorganizmalar üzerinde yapılan çalışmalarda, permeabiliteyi sağlamada, Porin proteinlerinin (Trimer moleküller) ortalarında bulunan, çapları 0.6-2.3 nm arasında değişen ve genellikle, nonspesifik geçirgenlik karakteri gösteren hidrofilik kanalların (nonspesifik diffusyon kanalları) rolleri çok fazladır. Porin proteinleri, altta bulunan peptidoglikan tabakasına nonkovalent bağlarla bağlanmışlardır. E. coli K 12' de, OmpF (outer membran protein F), OmpC, LamB ve PhoE genleri tarafından kodlanan 4 tür porin proteini belirlenmiştir. Bunlardan OmpF ve OmpC, E. coli normal besi yerlerinde, PhoE ise fosfatlı besi ortamlarında üretildiklerinde ve LamB ise maltozlu ortamlarda oluşmaktadır. Porin proteinlerinin ortalarında yer alan deliklerin (porlar) anotomik yapıları birbirlerinden biraz farklıdır. Bu durum aşağıdaki şekilde gösterilmiştir

Gram negatif mikroorganizmalarda dış membranın yapısı (porin proteinler, OMP ;outer membrane protein)

OmpF porin proteinlerinin ortasındaki kanal yüzeyde 3 ayrı delikten orijin aldıktan sonra ortaya yakın birleşirler ve tek bir kanal halini alırlar. OmpC ve PhoE'de ise, delikler 3 ayrı bağımsız kanal halinde bulunurlar. Bu porin proteinlerinin kanal çapları ortalama 1.3 nm kadardır. Buna karşın, P. aeruginosa tarafından kodlanan protein P'nin ortasında tek ve daha geniş bir kanal (>2 nm) bulunur. OmpF ve OmpC porin proteinleri aynı zamanda bazı fajlar (Tula, Tulb, Mel) için de birer reseptör oluştururlar. S. typhimurium LT2 suşu normal besi yerlerinde üretildiği zaman 3 tür porin proteini meydana getirir (OmpF, OmpC, OmpD).

P. aeruginosa tarafından kodlanan porin proteinlerinin diğer bir özelliği de çevre koşullarına göre kanallarının daralmasıdır. Bu durum antibiyotiklerin geçişini sınırlar ve antibiyotiklere karşı direnci artırmada yardımcı olur.

E. coli maltozlu ortamda üretildiği zaman LamB geni tarafından kodlanan proteinlerin ortasındaki kanal, maltoz ve maltodekstrini geçirdiği için specifik kanal olarak da kabul edilmektedir. LamB porin proteini, aynı zamanda, Lambda fajı için de özel bir reseptör görevi yapar. P. aeruginosa 'nın protein P ve E. coli 'nin PhoE porin protein kanalları fosfat moleküllerinin geçmesini kolaylaştırdığı için spesifik kanallara dahil edilmektedir.

Yukarıda açıklanan nonspesifik ve spesifik kanallarla sağlanan geçirgenlik yanısıra, bazı büyük moleküllerin geçişi için de dış membranda bazı spesifik diffusyon proteinlerinin varlığı belirlenmiştir. Bunlar, porlardan ayrı bir fonksiyona sahip bulunmaktadırlar. Örn, E.coli'nin Tsx proteini (T6 faju reseptörü) nukleosid'lerin geçisini regule eder. BtuB proteini, Vit.B12 ve grup E-colicin'lerin geçişine yardımcı olur. Bu protein aynı zamanda, BF23 fajı için de reseptör görevi yapar. PhUA proteini ferrikrom transportunu sağladığı gibi T1, T2, 80 fajları ve colicin M için bağlanma reseptör yerlerini de oluştururlar.

E. coli, P. aeruginosa ve S. typhimurium gibi mikroorganizmalardan ayrı olarak S. marcescens, A. salmonicida, N. gonorrhoeae, B. abortus vs. gibi mikroorganizmalarda da porin proteinlerin varlığı belirlenmiştir.

Antijenik karakterlere sahip olan porin proteinlerinekarşı hazırlanmış poliklonal veya monklonal antiserumlarla yapılan çalışmalarda, E. coli 'lerin bu esasa (porin proteinlerin antijenik özelliklerine göre) dayanan bir sınıflamaya tabi tutulabileceği ortaya konulmuştur.

Hücre duvarı, bakterilerde bölünme sırasında septum formasyonu (septasyon) oluşturmada da rol alır. Hücre bölünmesi sırasında, çekirdek replike olduktan sonra, genellikle, hücre duvarının orta kısımdan (muhtemelen mesosomların bulunduğu yerlerden birinden), içeri doğru karşılıklı olarak septum formasyonu başlar ve bu oluşum bütün çevre boyunca da olmak üzere içeri doğru devam eder ve böylece bir septum oluşur. Bu olguya içte yer almış olan sitoplasmik membran da iştirak ederek tam bir bölünme meydana gelir ve bakteri iki eşdeğer kardeş hücreye ayrılmış olur. Bakterilerin bölünmesi, genetik kontrol altında olmasına karşın, çevresel koşulların, özellikle, ısı, besi yerinin bileşimi, ortamda metabolitlerin birikmesi, pH, osmotik basıncın değişmesi, vs. gibi faktörler septum formasyonuna mani olabilir veya geciktirebilirler. Bakterilerin bölünmesinde etkin bir rol oynayan folik asit, eğer bakteriler tarafından sentezlenemezse veya bu önemli metabolit ortamda yoksa bakterilerde bölünme durur. Bakteri kültürlerinde, özellikle, durma veya ölme dönemlerinde de bölünme geciktiğinden veya olmadığından normalinden daha uzun bakteriler ve flamentöz formlar meydana gelmektedir. Bakterinin bölünmesi ile nukleusun replikasyonu birbirinden bağımsız ancak birbirini izler. Şöyleki, önce nukleus replike olur ve sonrada hücre bölünmeye başlar.

Bakterilerin bölünmelerinde ve dolayısıyla da çoğalmalarında etkin bir fonksiyona sahip olan hücre duvarı, benzer işlevini, indirekt olarak aerobik sporlu(B. anthracis, B. cereus, vs.) ve anaerobik sporlu mikroorganizmalarda (C. tetani, C. welchii, vs.) sporulasyonda da üstlenir ve sitoplasmik membrandan başlayan sporulasyon yerinin belirlenmesinde görev alır.

Gram pozitiflerin hücre duvarı başlıca iki önemli kimyasal yapıdan oluşmaktadır. Bunlardan biri, peptidoglikan tabakasının içine dağılmış olan antijenik bir özelliğe sahip olan Teikoik asit ile lipoteikoik asit olup kuru ağırlığının % 40-50'sini oluşturmaktadır. Teikoik asit, poliribitol veya poligliserol fosfat moleküllerinden meydana gelmiş lineer polimer bir yapıya sahiptir ve peptidoglikan tabakasındaki N-asetil muramik asit (NAMA) molekülüne fosfodiester bağlarıyla kovalent olarak birleşmiştir. Yapısında bulunan şekerler, amino şekerler, kolin ve D-alanine, teikoik asitin antijenik özelliğini meydana getirmede önemli role sahiptirler. Dolayısıyla da, yüzey antijenik determinantları oluşturmada katkıları oldukça fazladır. Bu maddenin sentezi genetik bir karakter taşımasına karşın, çevresel koşulların da etkisi oldukça fazla olmaktadır. Örn, B. subtilis, fosfat içermeyen bir ortamda üretilirse teikoik asit sentezi gerçekleşemez. Bunun yerine basil, asitik bir polimer olan Teikuronik asid'i meydana getirir. Teikoik asidin, antijenik özelliği yanısıra, kuvvetli polar ve negatif yüklü dış yüzey karakteri oluşturmada ve iyon değişiminde de etkinliği fazladır. Kalınlığı bakteri türlerine göre değişmek üzere, yaklaşık, 10-12 nm arasında olduğu belirlenmiştir. Stafilokok'ların tiplendirilmesinde teikoik asitlerin önemi fazladır. Teikoik asitler bulundukları yerlere göre de başlıca iki kısma ayrılırlar (hücre duvarı teikoik asitleri ve membran teikoik asitleri). Duvar teikoik asitleri, Gram pozitif bakterilerde peptidoglikan tabakasına bağlanmış olup temel yapısında poliribitol fosfat (B. subtilis, S. aureus) veya poligliserol fosfat (S. epidermidis) vardır. Membran teikoik asitleri ise sitoplasmik membranın dış yüzeyinde lokalize olmuştur ve duvar teikoik asitlerine benzer kimyasal yapıya sahip olmakla beraber gliserol fosfat molekülleri hakim durumdadır.

Ta : Teikoik asit, Lta : Lipoteikoik asit, Ppb: Periplasmik boşluk, FL: Fosfolipid, PP: Periferal protein, Ip: İntegral protein, Sm: Sitoplazmik Membran

Gram pozitif mikroorganizmalarda, teikoik asit yapısından ayrı olarak ve buna fosfodister bağları ile bağlanmış olan diğer ikinci ve çok önemli antijenik strüktür daha bulunmaktadır ki bu da peptidoglikan (murein, mukopeptid, glikopeptid) olarak adlandırılmaktadır. Bu yapı, bakteriye şekil, elastikiyet, sağlamlık kazandırır ve N-asetil glikoz amin (NAGA) ve N-asetil muramik asit (NAMA) yapısındadırlar.

Hücre duvarının, yukarıda açıklanan önemli fonksiyonları yanı sıra, bakteriyofajların, plasmidlerin, antikorların, komplementin, çeşitli bakteriosinlerin, genetik materyallerin, vs. substansların bağlanmasında reseptör bölgelerini oluşturması bakımından da önemi fazladır. S. aureus 'un (veya diğer bakterilerin) hücre duvarının özel kimyasal karakteri, ancak kendine özgü fajlar için spesifik bağlanma bölgelerini meydana getirirler. Diğer mikroorganizmalara ait fajlar, stafilokok'ların yüzeylerindeki reseptörle bağlanma aktivitesine sahip değildirler. Bakterilerin hücre duvarında plasmidler için de sınırlı sayıda reseptör bölgeler vardır. Plasmidler, hücre duvarına adsorbe olduktan sonra, ancak bu bölgelerden içeri girebilirler. Bu nedenle hücre duvarının kimyasal yapısı ile plasmidlerin, fajların, bakteriosinlerin ve diğer genetik elementlerin bağlanmaları arasında spesifik kimyasal bir ilişki vardır.

Hücre duvarı, bakterilerin antijenik karakterlerinin ve virulens faktörlerinin oluşturulmasında da etkin bir fonksiyona sahiptir. Gram pozitiflerin hücre duvarında bulunan teikoik asit ve peptidoglikan ile protein yapıları bakterilerin antijenitelerini ve tür spesifik antijenik substanslarını oluşturduğu gibi virulenslerini sağlamada da etken bir aktivitesi vardır. Hücre duvarını kaybeden bakterilerde, antijenik karakterler ve virulens büyük ölçüde zayıflar veya kaybolur.

Gram pozitiflik ve Gram negatifliğin meydana gelmesinde de, diğer faktörlerin yanısıra, hücre duvarının rolü oldukça fazladır. Şöyle ki, peptidoglikan tabakası giderilmiş olan Gram pozitif bakteriler, genellikle, Gram negatif bir boyanma özelliği gösterirler.

Hücre duvarının kimyasal yapısı, Gram pozitifler ile Gram negatif bakteriler arasında oldukça farklı bir özellik göstermektedir. Bu yapı, Gram pozitiflerde daha basittir. Moleküllerinin birbirlerini izleyen ardışık sıralar halinde, beta-1,4-glikozid bağları ile birleşmesinden oluşan bir heteropolimerdir. NAMA molekülleri kısa bir tetra peptid'den (L-alanin, D-glutamik asit, D-l isin, D-alanin) oluşan zincirler ihitva eder. Bir NAMA molekülündeki tetrapeptidin 3. pozisyonunda yer alan L-lisin'in amino grubu ile diğer NAMA molekülündeki tetrapeptidin 4.pozisyonunda bulunan D-alanin'in hidroksil grubu arasında kurulan bir penta peptid köprüsü ile iki NAMA molekülü birleşmiştir. Peptidoglikan tabakası Gram pozitiflerde hücre duvarının kuru ağırlığının %40-90 kısmını oluşturur. Peptidoglikan (murein) katmanı suda erimeyen, poros, kros bağlantılı bir polimerdir.

Gram pozitif ve Gram negatif mikroorganizmalarda peptidoglukan yapısı

Peptidoglikan tabakası bazı enzimlerden glikosidase (glkozit bağlarını ayrıştırır), amidase (NAMA molekülleri arasındaki bağları koparır) ve lizosim'lerden (muraminidase, NAMA ile NAGA arasındaki beta-1,4-glikozid bağlarını ayırır) etkilendiği gibi, bir kısım antibiyotikler de (penicillin, cephalasporin, bacitracin, cycloserine, vs.) peptidoglikan sentezini önleyebilirler. Bu nedenle bu tür antibiyotikler üremekte olan hücreleri etkilemesine karşın, olgun hücrelere etkili değildir.

Gram negatif mikroorganizmalarda hücre duvarı daha kompleks bir yapı karakteri göstermektedir. Bunlarda teikoik asit bulunmadığı gibi, peptidoglikan tabakası hem daha az kalınlıkta (hücre duvarının % 5-10'u kadar) ve hem de ortada lokalize olmuştur. Gram negatiflerde, sitoplasmik membranın dışında bulunan hücre duvarı başlıca iki katmandan oluşmaktadır. Lipopolisakkarid (LPS), fosfolipid ve proteinden meydana gelmiş iki tabaka (bilayer) halinde olan dış membran ile bunun altında, sitoplasmik membran ile dış membran arasında yer alan peptidoglikan tabakası'dır.

Gram negatif mikroorganizmalarda hücre duvarının yapısı. Pp: Porin protein, Os: O spesifik polisakkarid, Mp: Merkez polisakkarid, LPS: Lipopolisakkarid, FL: Fosfolipid, LP: Lipoprotein, Pg: Peptidoglikan, Ppb: Periplasmik boşluk, PP: periferal protein, IP: İntegral protein.

Dış membranın dış kısmında lokalize olan Lipopolisakkarid (LPS) yapı, hafif asitlerle hidrolize edilirse, biri Lipid A (toksijeniteyi meydana getirir, endotoksin) ve diğeri de polisakkarid (antijeniteyi sağlar) olmak üzere iki temel komponente ayrılır. Enterobakterilerde lipid A fraksiyonu oldukça standart bir özellik gösterir. Buna bağlanmış olan merkez polisakkarid'leri ve bunun dışında da tip spesifik oligosakkarid'ler (0 antijeni) yer almaktadır. Tip spesifik oligosakkarid'ler (somatik 0 antijenik zincirler) salmonellalarda, türlerin 0-spesifik antijenik karakterlerini de meydana getirir ve bu zincir ortalama 18 ayrı şekerden oluşmaktadır. R-karakterindeki suşlarda bu spesifik oligosakkarid zincirler bulunmamaktadır. Dış membranda yer alan diğer antijenik strüktür ise trimer moleküller halinde olan porin proteinleri'dir. Bunlar dış membranın altında bulunan peptidoglikan tabakasına kadar uzanırlar. Bu trimer moleküllerin ortasında spesifik ve nonspesifik kanallar bulunur. Dış membranın ikinci tabakasını, fosfolipid teşkil eder. Bu tabaka peptidoglikana yöneliktir ve bu ikisi arasında periplasmik boşluğun bir bölümü bulunur. Dış membran içine doğru uzanan ve orijinini peptidoglikandan alan Braun lipoprotein'ler her iki tabaka arasında bağlantı kurmada önemli rollere sahiptirler. Dış membranın kalınlığı mikroorganizmalara göre değişmek üzere 7-8 nm arasında değişebilir.

Gram negatiflerde, hücre duvarının ikinci katmanı peptidoglikan tabakasıdır ve sitoplasmik membranın üstünde yer almaktadır. Bu iki tabaka arasında da periplasmik boşluğun diğer bir bölümü bulunur. Halbuki, Gram pozitiflerde ise, periplasmik boşluk bölünmüş değildir. Gram pozitiflerin aksine, Gram negatiflerdeki peptidoglikan tabakasındaki NAMA molekülleri birbirleri ile direkt olarak birleşmiştir ve interpeptid köprüler yoktur. Mürein tabakası (peptidoglikan), hücre duvarı kuru ağırlığının yaklaşık %5-10'u kadarıdır. Yapısında da lizin bulunmamakta buna karşın m-diaminopimelik asit vardır. Peptidoglikan tabakası, Braun lipoprotein ile dış membrana kovalent olarak bağlanmıştır. Peptidoglikanın kalınlığı yaklaşık 2-3 nm kadardır.

Dış membranın yarı geçirgen özelliği bazı hücre içi ve aynı zamanda periplasmik boşlukta bulunan enzimlerin (hücrelerin büyümesinde, biyokimyasal aktivitede, hidrolizasyon, restriksiyon enzimleri, vs), bu boşluğa kadar gelmiş olan çeşitli moleküllerle bağlanarak bunların tekrar dışarı çıkmasını önlediği gibi hücre içine girmekte de yardımcı olurlar. Bu enzimler aynı zamanda zararlı maddelerin , yabancı nukleik asitlerin, kimyasal maddelerin de hücre içine girmelerini önlemektedirler. Ayrıca, bu enzimler, kemotaktik uyarımlar için de birer reseptör oluştururlar.

Mürein tabakasını eriten lizozim, Gram negatiflerde, Gram pozitiflere oranla, daha az etkilidir. Çünkü, bu tabaka ortada yer almaktadır. Bu katmanın giderilebilmesi için önce, bunun dışında lokalize olan dış membranın eritilmesi gerekir.

Gram pozitiflerdeki peptidoglikan tabakası, genellikle, düzgün olmasına karşın, Gram negatiflerde dış membran biraz pürüzlü olabilmektedir. Bu durum mikroorganizmalara göre değişmektedir. Örn, S. serpens 'de dış membran çok küçük ünitelerin biraraya gelmesinden oluşmaktadır. Bazılarında da (Veillonella) dış membranda ince kıvrımlar bulunmaktadır.

Mikoplasmalarda ve L-formlarında hücre duvarı bulunmaz.

Gram pozitif bir karakter taşıyan mikobakterilerde hücre duvarı lipid'den zengin olup yapısında "mikolik asit" vardır ve bu substansın asidorezistensliği sağlamada etkinliği oldukça fazladır. Ayrıca, mikolik asit'in bir derivatı olan kord faktörünün (trechalosedimycolate) M. tuberculosis tarafından hastalığın meydana gelmesinde de rolü fazladır.

Bazı yuvarlak (S. pyogenes, S. pneumoniae, Leuconostoc mesenteroides, vs.) ve çomak biçimli (P. multocida, B. anthracis, K. pneumonia, B. megaterium, C. welchii, vs.) mikroorganizmalarda hücre duvarından ayrı olarak ve bunun dışında, jelatinöz, viskoz, elastik veya mukoid karakterde higroskopik ve organize olmuş bir tabaka bulunur ki buna kapsül adı verilmektedir. Mikroorganizma tarafından oluşturulan kapsülün kalınlığı, türlere göre değişmek üzere, 0.2-10 mikrometre arasındadır. Kapsülün yapısı hücre duvarından ayrı bir kimyasal karakter gösterdiğinden antijenik özelliği de farklıdır.

Kapsül (veya mukoid tabakanın) bazik boyalara karşı affinitesi olmadığından (veya çok zayıf) bu tür boyalarla boyanamaz ve bakteri etrafında açık alanlar tarzında görülürler. Kapsülün varlığı özel kapsül boyama yöntemleri ile (Giemsa, Hiss, vs,) veya negatif boyama teknikleri (nigrosin, çini mürtekkebi, vs.) ile kolayca gösterilebilir. Kapsülde fazla suyun bulunması, preparatları hazırlama sırasında su kaybı meydana geldiğinden, kapsülde büzülmelere yol açmakta ve bu nedenlerle de, kurutma yöntemiyle yapılan boyalı preparatlarda bazen kapsüllü mikroorganizma kapsülsüz olarak görülmektedir. Bu bakımdan, ilk başlarda negatif boyama yöntemlerinin kullanılmasının yararlı bulunmaktadır.

Bazı kapsüllü mikroorganizmalar (Örn, B. anthracis, gibi) suni sıvı veya katı besi yerlerinde üretildiklerinde kapsül formasyonu görülmez. Böyle kültürlerden yapılan preparatlarda kapsülsüz etkene rastlanır. Bu nedenle, infekte canlıların doku veya organlarından yapılan preparatlarda kapsül aramak gerekmektedir.

Kapsül formasyonu ve kalınlığı üzerine, üretildikleri özel ortamın kimyasal yapısının ve çevresel diğer koşulların büyük etkisi bulunmaktadır. Mikroorganizma, optimal koşullarda ve yeterli miktarda karbon kaynağı içeren besi yerlerinde üretildiklerinde kapsül kalınlığında artmalar gözlenir. Aksi hallerde, kapsül kalınlığı çok az olabileceği gibi bazı durumlarda da kapsül formasyonu durur. Örn. B. anthracis vücut içinde iken kapsül meydana getirir. Suni ortamlarda kapsül formasyonuna rastlanamaz. Ancak, besi yerine serum, CaCl2 katıldığı ve %10 CO2'li bir ortam sağlanırsa kapsül sentezi görülebilir. Besi yerlerinde kapsül ayrıştıran enzimler (Streptokoklar için, hyaluronidase enzimi gibi) veya antikapsüler serumlar bulunursa yine kapsül formasyonuna rastlanamaz.

Kapsül formasyonu kalıtsal bir karakter olup genetik kontrol altında meydana gelir. Kapsülün bakterilerde bir çok işlevi bulunmaktadır.

Kapsül, mikroorganizmayı dış çevredeki ve vücut içindeki bir çok zararlı etkilerden korumaktadır. Kapsül, mikropları, çevrenin çok değişken olan fiziksel, kimyasal ve mekanik zararlı etkilerinden korur ve böylece de dayanıklılığını artırır. Vücut içinde bulunan ve/veya sentezlenen bir çok antibakteriyel humoral faktörlere (enzimler, serum proteinleri, lizozimler, komplement aktivitesi, litik enzimler, vs.), sellüler aktiviteye (makrofaj ve PNL'lerin fagositozisine) ve diğer faktörlere (bakteriyofaj, bakteriyosinler, genetik materyaller, plasmid, vs.) karşı koymak yönünden de kapsülün fonksiyonları oldukça önemlidir.

Kapsül patojenik mikroorganizmalarda virulensin tayinininde önemli role sahiptir. Kapsülün giderilmesi virulensin azalmasına, kaybolmasına ve hastalık yapma kabiliyetinin (patojenite) kaybolmasına neden olur. B. anthracis, P. multocida, S. pyogenes, S. pneumoniae, K. pneumoniae, vs. kapsüllü mikroorganizmalarda kapsül böyle karaktere sahiptir. Tekrar hastalık yapma yeteneği sağlamak için kapsülsüz mikroorganizmaların duyarlı deneme hayvanlarından geçirilmeleri veya özel koşullarda üretilmeleri gerekmektedir.

Mikroorganizmaların antijenik karakterlerinin belirlenmesinde de kapsülün fonksiyonu oldukça fazladır. Kapsül antijenik bir madde olduğundan vücuda verildiğinde kendine karşı spesifik humoral ve sellüler bağışıklık mekanizmasını uyarır. Kapsülün yapısı, mikroorganizmanın antijenik spesifitesini sağladığından, önemli işlevi bulunmaktadır. Bazı kapsüller oldukça fazla (S. pneumoniae kapsülü gibi) bir antijeniteye sahip olmasına karşın bir (B. anthracis gibi) antijenitesi orta derecededir. Bu durum kapsülün yapısı ve özellikle, kompleksitesi ile ilişkilidir.

Kapsülün kimyasal yapısı, mikroorganizmanın vücut içinde fagositik hücreler tarafından kolayca fagosite edilmelerini de önlemektedir. Bu nedenle kapsülün antifagositik bir etkisi de bulunmaktadır. Kapsülsüz mikroorganizmalar, kapsüllülere oranla daha çabuk fagosite olurlar.

Kapsüllü mikroorganizmalar, konakçının normal savunma mekanizmalarını kolayca geçebilirler. Örn, R- tipli pnömokok suşu (kapsülsüz) taze serum ve PLN'lerle birlikte inkube edilirse, mikroorganizmanın, bir kaç saat içinde kolayca fagosite olduğu gözlenmesine karşın, S-tipli kapsüllü pnömokok suşları ise hem fagosite olmazlar ve hem de ortam üremelerine uygunsa çoğalmalarına devam ettikleri görülür. S-karakterindeki suşlar, serumdaki normal fagositik aktiviteye direnç gösterirler. R-tipli suşlarda, serumdaki komplement komponentleri mikroorganizmanın üzerine kolayca birikebilmekte ve bu da alternatif yoldan komplementi aktive ederek PLN ile birleşerek fagositozu sağlamaktadır. Halbuki, S-tipli suşlarda ise, komplement kapsüle bağlanmamakta, ancak bunun için immunglobulinlere gereksinim duyulmaktadır. Eğer serumda spesifik immunglobulinler (İgG, İgM) varsa önce bunlar mikroorganizmaya bağlanmakta ve bunlara da komplement tutunduktan sonra, PLN üzerinde bulunan C3b reseptörlerine bağlanmaktadırlar. S-tipli suşlarda komplement aktivasyonu, mikroorganizma yüzeyinde ancak immunkompleks oluştuğu zaman meydana gelmekte ve fagositoz sağlanmaktadır.Bu tarz bağlanmada komplement klasik yoldan (C1›C9) aktive olur.

-Kapsül, bakterilerde, genellikle, polisakkarid yapıdadır (Örn, S .pyogenes, S. pneumonia, P. multocida, K. pneumoniae, C. welchii gibi). Buna karşın, B. anthracis'de ise kapsül protein karakterinde (D-glutamik asit monomerlerinin birbirlerine alfa-peptid zincirleri ile birleşmesinden oluşmuş polimer) ve B. megaterium 'da ise kapsülün yapısında hem polisakkarid ve hem de protein bulunmaktadır. Kapsülün yapısında bulunan bu kimyasal maddeler, saf olmaktan ziyade kompleksler halinde olduklarından antijenik kabiliyetleri de oldukça yüksektir.

Kapsüllü mikroorganizmalar kapsülün yapısına göre de sınıflandırılmışlardır. Örn, S. pneumoniae, kapsülde bulunan şekerlere göre 80 den fazla tipe ayrılmışlardır (tipI, II, III, vs) P. multocida, kapsüler polisakkaridlerine göre 4 tipe (A,B,C,D) ve H. influenzae ise 6 tipe bölünmüştür.

Kapsüle karşı hazırlanmış özel antiserumlar (antikapsüler serum) homolog kapsüllü suşlarla temasa getirilirse, kapsül normalinden 4-5 misli daha fazla şişer (kapsül şişme reaksiyonu). Bu özellik, teşhis ve tiplendirmede yardımcı olur.

Kapsüllü mikroorganizmalar, katı besiyerlerinde, ekseriya S-tipte ve bazen de mukoid koloniler meydana getirirler. Böyle koloni içindeki mikroorganizmalar, genellikle, virulentdir ve hastalık yapıcı özellikleri fazladır. Hastalık olgularından (akut vakalar) daha ziyade bu karakterdeki koloniler elde edilir. Kronik vakalardan veya suni ortamlarda pasaja uğramış mikroorganizmalardan, kapsülsüz ve R-tip koloni görünümü meydana gelir. Bunların hastalık yapma yetenekleri çok zayıflamıştır veya kaybolmuştur. Ancak, B. anthracis bir farklılık gösterir. Bunun kapsüllü suşları katı besi yerinde R-tip görünümünde koloniler meydana getirirler.

Bazı mikrooganizmalar üremeleri sırasında, genellikle, polisakkarid yapıda mukoid ve organize olmamış (amorf) bir madde sentezleyip salgılarlar ki bu substans hem bakteri etrafında birikebilir ve hem de ortama yayılabilir. Böyle kimyasal maddelere mukoid substans adı verilmektedir. Besiyerlerine de geçebilen mukoid madde, sıvı besiyerinin kıvamını artırabilir. Böyle mikroorganizmaların katı besiyerindeki kolonileri, genellikle, mukoid bir görünümdedirler. Mukoid maddenin yapısı kapsülün yapısına benzer ve bazik boyalarla boyanmaz. Bileşimi bakımından mikroorganizmalar arasında bazı farklılıklar bulunmaktadır. Örn, S. salivarius 'de levan (polifruktoz): L. mesenteroides 'de dekstran (poliglikoz); A. capsulatum 'da dekstrin; A. xylinum 'da sellüloz gibi. Bu substansların hepsi polisakkariddir. Bu maddeler veya bakterilerin etrafında toplanan böyle substanslar, mikroorganizlar hafif alkali veya asit solusyonda bırakılırsa kolayca giderilebilir ve bunun sonunda da mikroplara herhangi bir zarar gelmez. Saf halde sentezlendikleri zaman bu maddelerin antijeniteleri oldukça zayıftır (hapten).

Diğer bir kısım mikroorganizmalarda da (E. coli vs.) yukarıda bahsedilen tarzda organize olmuş veya olmamış karakterde kapsül veya mukoid madde sentezine rastlanmamasına karşın, kapsülle aynı özellikte fakat ancak serolojik olarak ortaya konabilen, bakteri yüzeyine yakın yerleşmiş ve antijenik yeteneği olan substanslara rastlanılmaktadır ki bunlarmikrokapsül olarak adlandırılmaktadır. Ancak, bunlar da kapsül adı altında toplanmaktadırlar. Mikroorganizmaların antijenitesi ve virulensi ile yakından ilgili olan kapsül antijeni (K-antijeni), etkenin somatik antijenini (0-antijeni) örter. Bu nedenle de, mikroorganizmalar 0-antiserumlarıyla aglutine olmazlar. E. coli 'de K-antijenleri, A-B ve L olmak üzere 3 antijenik tipe ayrılmaktadırlar. Ayrıca, E. coli 'ler K-antijenlerine göre de bir sınıflamaya tabi tutulmuşlardır (K1, K2, K3,.......K80 gibi).

Son çalışmalar , B. anthracis 'de kapsül formasyonunun biri 60 ve değeri de 110 megadalton molekül ağırlığındaki iki plasmidin kodladığı ve bu plasmidler çıkarıldıklarında kapsül formasyonuna rastlanmadığı ortaya konulmuştur.

Aşağıdaki tabloda bazı mikroorganizmaların kapsül yapıları gösterilmektedir.

Bazı flamentöz bakteriler, tübular bir zarf oluşturararak birden fazla mikroorganizmayı birarada bu kılıf içine alırlar. Böylece, uzun kılıflı ve bir çok bakterilerden oluşmuş flamentler meydana gelir. Örn. Saphaerotilus natans, Lepthothrix ocraceas, vs de böyle kılıf oluşumuna rastlanılmaktadır. Heteropolisakkarid bir yapıda (glikoz, glukuronik asit, galaktoz, fukoz) olan bu tübular zarf bazen çok uzun da olabilir.

Bazı mikroorganizmalar, ince, uzun, dalgalı, fleksibilitesi fazla, sarmal yapıda ve hareketi sağlayan organeller oluşturmaktadır ki bunlar flagellum olarak adlandırılmaktadır. Ait olduğu bakteri boyunun genellikle 4-6 katı uzunlukta, çapları 0.010-0.050 µm ve boyları da 3-20 µm. kadar olabilen ve sayıları 1-100 arasında değişebilen flagellum'lar birbirlerine helozoni tarzda sıkıca sarılmış 2-3 adet fibrilden meydana gelmiştir. Ortaları boş olan flagellum'ların, değişik rotasyon hareketleri, bakterilere sıvı ortamda yer değiştirme (aktif hareket) olanağı sağlarlar. Bu hareket gıda maddelerine yönelik (pozitif taksis) veya zararlı maddelerden kaçış (negatif taksis) tarzında olabilir. Bakteri türlerine ve flagella sayısına bağlı olmak kaydıyla, flagella, bakterilere saniyede 30-50 µm'lik bir hız (hareket) verebilir. Flagellumlu mikroorganizmaların mikroskop altında hareketleri gözlensin veya gözlenmesin, hareketli olarak kabul edilirler. Çünkü, her flagellumlu bakteri her zaman aktif bir hareket göstermeyebilir. Bazı durumlarda da, flagellumsuz bakteri türlerinde değişik kültür koşulları altında, mutasyonlar sonucunda flagellumlu bakteriler meydana gelebilir ve hareket gözlenebilir.

Bakterilerde bulunan flagellumlar, normal ışık mikroskobu altında, ancak özel boya yöntemleri ile (Leifson, Kodaka, vs.) boyandıklarında veya elektronmikroskopla kolayca görülebilirler. Ancak, bazı büyük mikroorganizmalarda (Örn. Thiospirillum jenese) faz kontrast veya karanlık saha mikroskopları ile polar flagellayı ve hareketini izlemek mümkündür.

Flagellumlar hücre duvarı ve sitoplasmik membranda bulunan basal granül (blefaroplast) adı verilen ve disklerden oluşan bir yapıdan orijin alırlar. Hücre duvarı dışına çıkınca, bir dirsek oluşturarak dalgalı tarzda devam ederler. Gram negatif mikroorganizmalarda basal granüllerde iki çift disk bulunmasına karşın, Gram pozitiflerde, peptidoglikanın sağlamlığı nedeniyle, sadece bir çift disk bulunur ve flagellumlar buralardan çıkarlar. Flagella, bu anatomik yapısı ile 3 kısımda incelenebilir (diskler, dirsek ve flament).

Gram pozitif (sağda) ve Gram negatif (solda) mikroorganizmalarda flagellumların yapısı

Bakteri türleri arasında, hatta, aynı tür içinde bile, üreme koşullarına bağlı olarak, flagellumların çapı, uzunluğu, sayısı, kimyasal yapısı, dalga uzunluğu, yüksekliği ve yerleşme düzeni bakımlarından oldukça farklar bulunmaktadır. Flagellumları mekanik veya kimyasal yollarla giderilen bakterilerde hareket durur, fakat yaşam, üreme ve diğer fizyolojik aktiviteleri normal olarak devam eder. Ancak, çok kısa bir süre sonra yeniden flagellum oluşmaya başlar ve 20-60 dakika içinde tekrar orijinal boyutlarına ulaşabilir. Eski kültürlerde, içinde öldürmeyecek kadar fenol bulunan veya antiflagellar serumlu ortamlarda flagella oluşumu geriler veya durur. Böyle mikroorganizmalar normal koşullara sahip besi yerlerine alınırsa burada tekrar flagellum formasyonu görülür.

Çeşitli yöntemlerle pürifiye edilen flagella, kendi karateristik formunu (4-5nm çapında sferik alt ünitelerden yapılmış protein) muhafaza eder. Saflaştırılmış flagella suspansiyonu pH 3-4'de deterjanla muamele edilirse iplikler dağılır ve eriyebilir protein (flagellin) haline gelir. Gram pozitif mikroorganizmalarda flagellin (MA, 30.000-40.000), 14-15 tür amino asitten (histidin, triptofan, sistein bulunmaz) oluşur. Bu protein kontraktil bir karaktere sahiptir (kas miyosinine benzer) ve polipeptid zincirinin alfa veya kros-beta konfigürasyonu tarzında katlandığı bildirilmektedir. Gram negatif bakteri flagellin'i (MA, 14000-20000) proteolitik enzimlere daha duyarlıdır ve düşük pH'da da denatüre olur.

Antijenik karakteri yüksek olan ve hareketli mikroorganizmalarda (özellikle, salmonellalarda) tip tayininde önemli fonksiyonu olan flagellinin kimyasal yapısı (amino asit kompozisyonu ve sıraları, vs.) bakteri türleri arasında değişiklikler gösterir. Amino asitlerin polipeptid zincirindeki özel dizilişleri, flagelline tür spesifik antijenik bir karakter kazandırır (H-antijeni). Flagellin vücuda şırınga edilirse kendisi ile sipesifik reaksiyon verebilen antikorların sentezini uyarır. Bu antiflagellar serum (H-serumu) kendi bakterisi ile muamelede, flagellumların hareketini durdurur, bakterileri bir araya toplar ve bakterinin aglutinasyonuna neden olur (H-aglutinasyonu). Salmonellalarda flagellar antijen(H- antijeni) Faz-1 ve Faz-2 olarak başlıca iki kısma ayrılır (S. gallinarum ve S. pullorum'da flagella olmadığı için bunlarda H-antijeni bulunmamaktadır). Bazı salmonellaların Faz-1 ve Faz-2 H-antijenleri aşağıda gösterilmiştir.

E. coli 'lerde de şimdiye kadar, genellikle, monofazik olan 55'den fazla H-antijeni belirlenmiştir. (Örn, 018: 76: H14, 0111: K58: H12, vs. gibi)

Mikroorganizmalar arasında flagellumların konumu oldukça değişiktir. Ancak, türler arasında sabit bir karakter gösterebilir. Mutasyonlar veya ortamda bulunan ve flagella oluşumuna mani olan faktörler (anti flagellar serum, vs.) flagellumlu türlerden, çok az oranda da olsa, flagellumsuz mikroorganizmaların meydana gelmesine yol açabilir. Bazen de tersi de olabilmektedir.

Bakteriler kendilerinde, flagella bulunmasına ve konumuna (polar veya lateral) göre başlıca 3 temel gruba ayrılabilirler Yandaki şekilde ; a: atrik, b: monotrik (monopolar), c: amfitrik (bipolar), d,e: lotofrik, f :peritrik, g : monolatral flagella şekilleri görülmektedir.

1) Atrik: Hiç bir flagellumun olmaması hali (Örn; S.pullorum , B. anthracis,vs).
2) Monotrik (monopolar): Bakteride bir ucunda bir tek polar fagellumun bulunması durumu (monopolar flagellasyon). Örn, V. metchnikovii, C. fetus, bazı pseudomonas türleri, vs.
3) Politrik (multitrik): Bakterilerde birden fazla flagellumun bulunması.
a) Amfitrik: Flagellumların karşılıklı olarak (bipolar politrik) yerleşmesi (bazı vibrio ve spirillumlarda).
b) Lofotrik: Flagellum'ların bir demet halinde bir veya iki uçta lokalizasyonu (monopolar veya bipolar politrik) (Örn, bazı P. aeruginosa türlerinde).
c) Peritrik: Bakterinin her tarafında flagella bulunması (Örn, E. coli, salmonellalar, proteus, pseudomonas sp. vs.).
d) Monolateral: Selenomas ruminantium 'da flagellalar bakterinin bir yanında toplanmıştır

Spiroketaların aksial flamenti etrafında sarılan ve bir burguyu andıran vücutları, sıvı ortamlarda dönerek ve aynı zamanda kıvrılarak aktif hareketi sağlarlar ve yer değiştirirler. Aksial flamentler, 2-8 adet fibril demetinden oluşmakta ve etrafında da bir muhafaza bulunmaktadır. Aksial flament, dış membranla sitoplasmik membran arasında bir lokalizasyona sahiptir.

Vücutları çok fleksible olan bazı flagellasız mikroorganizmaların (Flexibacter, Myxobacter, vs.) kendileri sıvı ve nemli katı besiyerlerinde, bükülerek ve kıvrılarak hareket edebilirler. Bunların kolonileri de aynı tarzda nemli katı besi üzerinde bir kayma hareketi gösterebilirler.

Flagella bir hareket organelidir. Flagellaya sahip olan mikroorganizmalar sıvı ortamlarda yer değiştirme yeteneğine sahiptirler (aktif hareket). Bu tür hareketi mikroskop altında izlemek mümkündür. Flagellalı olmasına karşın, mikroskop altında hiç hareket göstermeyen veya çok zayıf hareketli olan mikroorganizmalar da bulunmaktadır. Bazılarının hareketini de, çok hızlı olması nedeniyle, izlemek oldukça zordur. Mikroskop altında aktif hareketin gözlenememesi, o mikroorganizmanın flagellasız olduğunu kesin olarak göstermez. Listeria monocytogenes, 37 °C'de üretilirse bir tek flagellaya sahip olması nedeniyle zayıf bir hareket göstermesine karşın 25 °C'de üretildiğinde 4 flagellum oluşur ve daha fazla aktif bir hareket gözlenir. Anaerobik mikroorganizmalar (klostridiumlar) oksijenle temasta hareketlerini kaybedebilirler. Muayene sırasında, kullanılan kültürlerin eski ve soğuk olmaları, düşük ve yüksek pH'da, lam ve lamellerin aynı şekilde soğuk olması da hareket üzerine olumsuz yönde etkisi vardır.

Flagellumların hareketi ve bakterinin yer değiştirmesi enerjiyi gerektiren bir olgudur ve bu da, enerjice zengin olan fosfatlardan (ADP, ATP) sağlanır. Flagella sayısı, hareket tarzı ve flagellanın hareket hızı, bakterinin yer değiştirme hızını sağlarlar. Türlere göre değişmek üzere bakteriler saniyede, ortalama 20-50 µm kadar bir harekete sahiptirler. V. cholera' da hız 80-100 µm arasında değişebilir. Sipirillumlarda flagella saniyede 40 dönme hareketi yapabilir. B. megaterium 1.6 µm/dak. hareket edebilir.

Flagellumlar bakterilerden çalkalamak süretiyle ayrılabilirler ve differensiyal santrifugasyonla da saf olarak elde edilebilirler.

Flagellaların bakterileri, gıda, ışık, oksijen vs. ortamlara götürmede ve zararlı yerlerden uzaklaştırmada fonksiyonları oldukça fazladır. Bu tür hareketler, genellikle, taksis olarak isimlendirilmektedir (pozitif taksis veya negatif taksis).

Hareketli mikroorganizmalar kendilerinin hareket tarzlarını taksise göre ayarlayabilmektedirler. Bu olguda, çeken ve iten maddelerin konsantrasyonlarının ve karakterlerinin (kimyasal özelliklerinin) önemi fazla bulunmaktadır. Eğer çekici olan maddelerin konsantrasyonu artıyorsa ona doğru düz bir hareket ve hareket tarzı ile gider. Eğer bakteri itici bir maddenin varlığını saptarsa hareketinde bir duraklama, karışma, tersine dönme veya takla atma gibi durumlar meydana gelir ve bakteri geriye veya yana dönüş yapar. Bu hareket tarzını değiştirmede görev alan bazı spesifik kemotaktik proteinlerde bulunan glutamat moleküllerin'deki metilasyon veya demetilasyonun önemli rolü olduğu belirtilmektedir. Bu proteinlerin 4 tür olduğu açıklanmıştır. Bunlardan 3 tanesi ortamda bulunan spesifik sinyaller (uyarımlar) aracılığı ile hemen metile veya demetile olabilmektedirler. Bunlar da Tsr proteinleri, serine ve ilgili amino asitlere doğru gidişi, acetate, indol veya leucin'den kaçışı; Tar proteini, L-aspartate ve maltoz'a karşı gidişi, Ni2+ ve Co2+ 'dan kaçışı; Trg proteini ise, riboze ve galaktoz'a doğru gidişi yönelttiği bildirilmektedir. Dördüncü protein olan Tab'ın rolü tam olarak aydınlatılmamış olmasına karşın bunun dipeptidlere doğru çekilişte fonksiyonu olduğu iddia edilmektedir. E.coli üzerinde yapılan böyle çalışmalar, aynen S. typhimurium 'da da denenmiş ve benzer sonuçlar alınmıştır. Bu mikroorganizmada 3 sistem aynen bulunmakta, ancak Tab proteinine sahip değildirler. Bunun yerine Tip proteinin varlığı belirtilmiştir. Bu bildirilen 4 kemotaktik protein sistemi sitoplasmik membranın yüzeyinde aktif bir fonksiyona sahip oldukları, çekici ve itici kimyasal faktörlerin bunlardaki özel reseptörlere bağlanarak etkilerini gösterdikleri açıklanmaktadır. Bazı çekici maddeler için, maltoz gibi, spesifik periplasmik proteinlere ihtiyaç duyulmaktadır. Farklı stimulantlar, direkt veya indirekt olarak kemotaktik proteinlerle ilişki kurabilmekte ve bunlara göre de bir çok bağlama yerlerinin olabilecekleri belirtilmektedir.

Taksis

Taksisi serbest ortamda bulunan mikroorganizmaların bir uyarıma yönelik veya ondan uzaklaşan bir hareket yapması olarak tanımlamak mümkündür. Başlıca 4 tür taksis belirtilmiştir.

1) Kemotaksis: Hareketli mikroorganizmaların, ortamda kimyasal bir uyarıcı bulunduğu zaman o maddeye yönelik (pozitif kemotaksis) veya ondan uzaklaşmak (negatif kemotaksis) tarzında gösterdiği bir hareketdir.

2) Aerotaksis: Mikroorganizmaların havanın bulunduğu yöne doğru hareket etmesi aerotaksis olarak tanımlanır. Örn, eğer taze sıvı kültürden bir damla lam-lamel arasına konulduktan sonra mikroskop altında incelendiğinde mikroorganizmaların lamel'in kenarlarına doğru gitmesi (aerobik mikroorganizmalar), mikropların lamel'in orta kısmında toplanması ve havanın bulunduğu yerlerden kaçması (anaerobik mikroorganizmalar) veya lâmel'in kenarları ile ortası arasında toplanması (mikroaerofilik mikroorganizmalar), mikropların oksijene olan gereksinimlerini belirlemede bir kriter olarak düşünülmektedir.

3) Fototaksis: Fototrofik mikroorganizmalar, ışıktan yararlanmak için ışık kaynağına yönelik bir hareket yaparlar ki buna fototaksis adı verilir.

4) Magnetotaksis: Bazı yuvarlak, spiral veya çomak biçimli mikroorganizmalar, magnetik alanın bulunduğu yere doğru bir çekiliş-gidiş gösterirler. Böyle mikropların içinde grana (magnetosom) halinde fazla demir bulunduğu (kuru ağırlığının %0.4) saptanmıştır (ferro magnetik demir oksit, magnetit). Bu maddelerin, daha ziyade flagellaların bakteriden çıkış yerine yakın lokalize oldukları belirlenmiştir. Örn. Aquaspirilim magnetotacticum.

Mikroorganizmaların hareketli olup olmadıkları laboratuarlarda bir kaç tarzda saptanabilir. 1) Laâm-lamel arası, muayene 2) Asılı damla tekniği, 3) Yarı katı ortamlarda üretme, 4) Flagella boyama tekniği, en çok kullanılan yöntemler arasındadır. Ayrıca, gerektiğinde, 5) Elektron mikroskopla muayenelere ve 6) Antiflagellar serumla yapılan teste başvurulabilir.

Bazı büyük ve bir veya iki ucunda demet tarzında flagellaya sahip mikroorganizmaların (Chromabacterium okenii, thiospirillum, vs.) flagellaları, faz kontrast mikroskopla veya normal ışık mikroskopu ile görülebilirler.

Flagellaya sahip olmayan mikroorganizmalar (hareketsiz mikroorganizma) bulundukları yerde, ancak, yer değiştirme tarzında olmayan, titreşim, bükülme, dönme, sallanma, vs gibi bazı hareketler yapabilirler. Bunlara pasif hareket (Brownian hareketi, moleküler hareket) adı verilmektedir. Hareket muayenelerinde, mikroskop tablasının eğik olması, soluk havasının değmesi, sıvı akışları gibi durumlar tek yönlü bir hareket yaratabilir ve mikroorganizmalar bir yöne doğru yer değiştirebilirler. Buna dikkat etmek gerekir. Ancak, böyle durumlarda, sıvı akışının durmasını beklemek, tablayı dengelemek ve nefesi başka tarafa yöneltmek gibi önlemler alınarak, bu kayma hareketine mani olunmalıdır.

Hareket muayenelerinin saf, taze sıvı kültürlerden, oda ısısında, Karanlık Saha veya Faz kontrast mikroskoplarda yapılması çok uygundur. Preparat yapılır yapılmaz zaman geçirilmeden muayene edilmesinde büyük yararlar bulunmaktadır. Diğer önemli bir nokta da, kültürlerin kontaminasyonlarıdır ki bu da yanıltıcı sonuçlar verir. Bu nedenle tek koloniden yapılmış saf kültürler tercih edilmelidir. Hareket muayenelerinde taze sıvı ve saf kültürler, katı besi yeri kültürlerine tercih edilmelidir.

Mikroskop altında yapılan bir muayenede hem hareketli ve hem de hareketsiz mikroplar görülebilir. Böyle bir durum, her mikroorganizmanın aynı anda hareket gösteremeyeceğini ifade ettiği gibi, kültürün hareketsiz bir diğer bakteri ile de kontamine olduğunu da akla getirebilir. Bu yönden, tek koloni seçerken veya alırken, gerçekten saf olduğuna emin olmak ve bundan saf kültür yapmak gerekir. Bazen de, tek bir koloniden yapılan saf kültürlerde, nükleer replikasyon çok fazla olacağından spontan mutasyonlar sonu, hareketli mikroorganizmalar arasında çok nadir de olsa (10-10 – 10-11) bazen hareketsiz mutantlar oluşmakta ve bunlardan hareketsiz (flagellasız) nesiller meydana gelebilmektedir veya terside olabilir.

02.05. Fimbria (piluslar, mikrofibriller)

Gram negatif veya Gram pozitif, hareketli veya hareketsiz mikroorganizmalarda,(E. coli, proteus, shigella, klebsiella vs.) flagellum'lardan ayrı olarak sitoplasmik membrandan orijin alan, kısa düz, bazılarının ortası boş, ince ve çok sayıda oluşumlara rastlanılmaktadır ki bunlara fimbria (pilus) adı verilmektedir. Fimbrialara patojenik, apotojenik veya komensal enterobakterilerde ve Gram negatif mikroorganizmalarda fazlaca rastlanılmaktadır. Sayıları mikroorganizma türüne göre değişmek üzere, 500'den fazla olmakta ve peritrik bir lokasyona sahip bulunmaktadırlar. Fimbriaların uzunluk ve kalınlıkları da değişiklik göstermektedir. Normal fimbrialar 0.1-2 µm uzunluk ve 4-7 nm kalınlıkta olmalarına karşın, F-pilusları (seks pilusu) ise daha uzun (2-20 µm) ve daha kalın (8.5-10 nm) olup ortaları boştur (genelde, konjugasyonda görev alanlara pilus ve diğerlerine de fimbria denilmesine rağmen, her ikisi için de eşanlamlı olarak pilus veya fimbria terimleri kullanılmaktadır).

Normal fimbrialar alyuvarlara, hücrelere, latekse vs. substanslara yapışma özelliği gösterirler. Alyuvarlara bağlanması sonu aglutinasyona (hemaglutinasyon) ve ayrıca hücrelere tutunarak bakterilerin buralarda kolonize olmasına ve infeksiyon oluşturmalarına da yardımcı olurlar (Virulens faktörü). Pilus'lara sahip bakteriler çabuk aglutine oldukları gibi, genel bir kural olmamakla beraber, bazıları sıvı kültürlerde yüzeyde üreyerek pellikül oluştururlar.

Çevresel koşullar (oksijen, pH, ısı, besiyeri birleşimi, vs.) fimbria formasyonunu çok fazla etkilediği gibi, anaerobik koşullarda ve çalkalama kültürlerinde de pilus oluşumu geriler ve durur. Fimbriaların giderilmesinin bakteri yaşamına olumsuz bir etkileri yoktur.

Fimbrialar, sindirim ve urogenital sisteme yerleşen mikroorganizmalar için hücrelere tutunmada, yerleşme ve üremede, çok önemli bağlama, yapışma (adheziyon) organellerini oluştururlar. Fimbrialar bu nedenle virulans faktörlerinin başında yer alırlar. Enterotoksijenik (ETEC) ve uropatojenik (UPEC) E coli'lerin gerek barsak ve gerekse urogenital sistem hücrelerine bağlanmasında ve infeksiyon oluşturmasında pilusların özel ve önemli bir rolü bulunmaktadır.

Fimbrialar, antijenik özelliğe sahiptirler ve bazıları da plasmidler tarafından kodlanırlar. Örn, hayvanlardaki ishal olgularından izole edilen E. coli 'ler de K88 ve 987 P (domuzlarda) ve K99 (buzağı ve kuzu ishallerinden izole edilen E.coli'ler de) pilus antijenik faktörleri bulunmakta ve bunlar özel plasmid'ler tarafından kodlanmaktadırlar.

Bakteride çok sayıda olan normal fimbriaların yanısıra, çok az sayıda (1-5 tane) seks pilusu (F-pilusu) bulunur. Örn, E. coli 'de 100-200 tane normal fimbria'ya karşın, 1-4 adet seks pilusu vardır. Bu pilus'ların görevi,hücrelere yapışmaktan ziyade bir bakteriden (F+) diğerine (F-) genetik materyalin aktarılmasında, konjugasyon köprüsü görevi yapmalarıdır (konjugasyon). Bu pilusların varlığını ortaya koymada pilus antijenlerine (pilin) karşı elde edilmiş antiserumların kullanılması veya bakteriyofaj testleri kullanılabilir. Bazı flamentöz fajlar (fd, vs.), seks pilus'larının uçlarına ve etrafına tutunarak, konjugasyon tüpünü tıkarlar ve gen aktarımını önlerler. Pilus'lar mekanik olarak giderilirse konjugasyon gerçekleşemez. E. coli 'lere ait F-faktörü (Fertilite faktörü, F-pilusu) bir plasmid tarafından kodlanır.

Antifimbrial serumlar hem hemaglutinasyonu ve hem de epitel hücrelere bağlanmayı önler. Ayrıca, mannoz veya mannoz içeren substanslar da benzer etkiye sahiptirler (mannoz sensitif hemaglutinasyon). Ancak, bazı hemaglutinasyonlar da mannoz'a direnç gösterirler (mannoz rezistens hemaglutinasyon). Fimbria'ların hareketle ilişkisi yoktur.

Fimbria'lar, Duguid tarafından bir sınıflandırılmaya tabi tutulmuştur. Bu klasifikasyonda belirtilen gruplardan bazılarına ait temel bilgiler aşağıda gösterilmiştir.

Tip-1 fimbria: Bu gruba ait olan fimbrialar, alfa-D-mannozun bulunmadğı ortamlarda, kanatlı ve kobay alyuvarlarını aglutine ederler (mannoza duyarlı hemaglutinasyon, MSHA). Tip-1 fimbria'lara, genellikle, enterobacteriaceae familyasındaki cinslerde (Escherichia, Salmonella, Klebsiella, Shigella, Serratia) fazlaca rastlanılmıştır. Bu tür fimbria'lar, ortası boş, iç çapı 20-25 Ao ve dış çapı 70 Ao olan bir borucuk (kanal) gibidir. Yapısında karbonhidrat ve lipid bulunmaz. Hidrofobik bir özellik gösteren tip-1 fimbria'ların barsak ve sidik kesesi epitel hücrelerine yapışma özelliği vardır (adhesiv) ve bu durum E.coli'nin kolonizasyonuna ve hastalık yapmasına yardımcı olur. Antijenik bir karaktere sahip olan bu fimbria'ların meydana gelmesinde kültür koşullarının özellikle ısının etkisi fazladır. Şöyle ki, 15-20 °C veya 44 °C'nın üstünde sentezlenemezler. Zengin besiyerleri de (glikozlu) fimbria gelişimine mani olur. Statik kültürler ve zayıf oksijen diffuzyonu fimbria oluşumunu artırır. Tip-1 fimbrialar çeşitli hayvanların epitel hücrelerine yapışma özelliği gösterirler. Bu yapışma da mannoz veya mannoz içeren maddelerce önlenebilir. Tip-1 fimbrialar aynı zamanda lizozimlere de bağlanma yeteneğine sahiptirler.Tip-1 fimbria ile gebe hayvanların, aşılanmaları, yavruları enterik infeksiyondan pek koruyamaz (tip-1 fimbrialı E. coli ile infeksiyonda kolostrumda ve sütte ve serumda tip-1 fimbriaya karşı antikor bulunmasına karşın).

Tip-2 fimbria: Bu tür fimbria'ların hemaglutinasyon özellikleri bulunmamaktadır. Morfolojik olarak Tip-1'e benzer ancak bunların epitel hücrelerine yapışma yeteneği yoktur (non adhesiv). Tip-2 ile tip-1 arasında antijenik bir yakınlık da saptanmıştır. Salmonella türlerinde bu özellikte fimbria'lar belirtilmiştir. 

Tip-3 fimbria: Bu gruba ait olan fimbria'lar, ancak alyuvarlar tannik asit'le muamele edildiklerinde aglutinasyon gösterebilirler. Tip-3 fimbria'lara daha ziyade Klebsiella ve Serratia sp.'lerde rastlanılmıştır. Tip-3 fimbria'lar, antijenik olarak tip-1'den farklı olup 4-5 nm çapında ve fakat ortası boş değildir. Tam olarak görevleri anlaşılamayan bu tür fimbria'lar bakterilere, bitki kök hücrelerine, maya, mantar selluloz fibrillere ve cama yapışma özelliği taşırlar. Molekül ağırlığı 19500-23000 arasında değişmektedir.

Tip-4 fimbria: Bu tür fimbria'lara Proteus sp'de rastlanmış olup, alyuvarları aglutine edebilirler. Mannoza direnç gösterirler (mannoz rezistens hemaglutinasyon). Hücrelere yapışma özelliğine sahiptirler.

Diğer fimbria türleri: Bir çok Enterobacter aerogenes suşları, mannoz sensitif (mannozun %0.1-%0.05 yoğunluğu) hemaglutinasyon özelliği gösteren fimbrialara sahiptirler. Bunların çapı 4 nm kadar olup ortası kanallı değildir.

Serratia 'lardan da, Tip-1 ve Tip-3'e benzemeyen hem tanenlenmiş ve hem de tanenlenmemiş alyuvarları aglutine eden fimbrialar saptanmıştır. Bazı E. coli 'lerde de mannoza dirençli alvuyarları direkt aglutine eden fimbriaların varlığı bildirilmiştir. Hastalıklarda önemli rolleri olan bazı spesifik fimbria türleri ve bunların özellikleri aşağıda bildirilmiştir.

1) K88 Fimbriaları

-K88 antijeni, fimbrial orijinli olup protein karakterindedir. K-antijeni (kapsül antijeni, polisakkarid) ile ilişkisi bulunmamaktadır.
-K88 antijeni (fimbria) ince flament tarzında olup MA 23000 ve çapı 4.8 nm ve uzunluğu da 100-500 nm kadardır.
-K88 üretiminden sorumlu olan gen plasmid tarafından kodlanmaktadır.
-K88 genini kodlayan plasmidler genellikle nonkonjugal olmasına karşın bazıları konjugal bir özellik taşırlar.
-K88 fimbrianın üretiminden 6 polipeptid sorumludur.
-K88 fimbrianın üç serolojik alt variantı (K88ab, K88ac, K88ad) saptanmıştır. Bu alt variantlarının a-porsiyonunu  oluşturan protein, epitel yüzeylere yapışmada rol oynamaktadır.
-K88 fimbriaya sahip E .coli 'ler kobay alyuvarlarını aglutine ederler.
-K88 fimbriaları bakterilerin hidrofobilerini artırırlar.
-Mannoz ve mannoz içeren maddeler hemaglutinasyonu önlemez (MRHA).

2) K99 Fimbriaları
-Buzağı ve kuzularda ishallere neden olan enterotoksijenik E .coli 'ler, genellikle K99 adhesinine sahiptirler.
-Bu adhesin (fimbria) 5-8 nm çapında, 50-300 nm uzunluğunda helikal bir yapı karakterine sahiptir. K99 proteini 18500 MA'dadır.
-K99 fimbriayı kodlayan gen konjugatif plasmidler üzerinde bulunurlar.
-K99 fimbrianın sentezinde 7 gen görev yapar.
-K99 fimbriası en iyi 18-30 dereceler arasında oluşur.
-E-agar veya Minca + %1 isovitalex (glikozsuz) bu fimbrianın oluşumu için çok uygundur.
-K99 fimbriasına sahip E. coli 'ler koyun ve at alyuvarlarını aglutine ederler. Bu aglutinasyon mannoza dirençlidir.
-K99 fimbriaları bakteriye hidrofobisite kazandırırlar.
-K99 fimbriaya sahip E. coli 'ler, genellikle, enterotoksin sentezler.
-K99 fimbriaya karşı hazırlanan antiserumlar, aynı fimbriaya sahip E.coli'lerin epitel yüzeylere bağlanmasını ve hemaglutinasyonunu önlerler.
-İnek ve koyunların K99 içeren E. coli 'lerden hazırlanan aşılarla immunizasyonu yavrulara pasif antikorların geçmesini ve korumayı sağlarlar.

3) 987 P Fimbriaları

-Yavru domuzların barsaklarından izole edilen ve K88 ve K99 fimbriaları içermeyen E.coli'lerde saptanan 987 P fimbrialarıdır.
-Epitel hücrelerine bağlanma yeteneğine sahip olan bu fimbria, kobay alyuvarlarını aglutine etmez. Tavuk alyuvarlarını zayıf aglutine eder.
-Sıvı kültürlerde üst tarafta pelikül oluşturur.
-987 P fimbriası çomak biçiminde 7 nm çapında ve morfolojik olarak Tip-1'e benzer, MA 20000 kadardır.
-987 P fimbriasının iyi teşekkülü için E-agar veya Minca agar+isovitalex uygundur.
-987 P'ye karşı hazırlanmış antiserum bakterinin ileum ve jejunum epiteline yapışmasını önler. Bu antiserum aynı zamanda yavruları da korur.

4) F41 Fimbriaları

Buzağı ishallerinden izole edilen E. coli 'lerin (E. coli B41) bazılarında K99 fimbriasının yanısıra fakat bundan ayrı karakterdedir (serolojik olarak).
-Bu adhesin, E. coli 09 ve 01 serotiplerinde bulunduğu belirlenmiştir.
-F41 fimbriası 3 nm çapında flamentöz morfolojik özellikte ve 29000 MA'dır.
-F41 fimbriası en iyi 37°C'de ve Minca besi yerinde teşekkül eder.
-F41 adhesini kobay ve insan (grup A) alyuvarlarını aglutine eder.
-At ve sığır kanı ile zayıf HA verir. HA mannoza karşı dirençlidir (MRHA).
-F41 epitel hücrelerine yapışır.

5) CFA Fimbriaları

İnsan ince barsak epitel hücrelerine yapışan enterotoksijenik E. coli 'lerde [Colonization Factor Antigen'i (CFA)] saptanmış bir fimbriadır.
-CFA'nın 3 serolojik alt tipi bulunmaktadır (CFA/1, CFA/2, CFA/3) (E. coli H10407).
-CFA/1,7 nm çapında, MA 15058'dır. Bu fimbriayı kodlayan gen konjugal plasmid üzerinde bulunur.
-CFA1, insan (grup A), sığır, tavuk, kobay alyuvarlarını aglutine eder. CFA/2 ise sığır alyuvarları ve CFA/3 ise HA vermez. HA mannoza dirençlidir.
-CFA barsak epitel hücre yüzeyine yapışma gösterir.

6) Diğer Fimbrialar

-RED C-1 enterotoksijenik ve invazive değildir ve toksin de oluşturmaz.
-FA/R-1 fimbria 5 nm çapında 190-820 nm uzunlukta 19000 MA'dır. Tavşan epitel hücrelerine yapışır.
-FA/R1'i kodlayan gen konjugal plasmid üzerinde bulunur.

03. İç Yapılar

Bakterilerde dış strüktürün altında, aktif ve canlı sitoplasma bulunmaktadır. İç yapı birçok ünitelerden oluşmaktadır. Bunlar da: Sitoplasmik membran (hücre membranı), sitoplasma, ribosom, mesosom, nukleus (çekirdek), sitoplasmik granüller (volutin, lipid, polisakkarid, sülfür), pigment, endosporlar, plasmid, faj ve Tn'lar v.s.

03.01. Sitoplasmik Membran (hücre membranı)

Hücre duvarının altında, bundan ayrı, daha ince ve sitoplasmayı saran iki katmanlı (fosfolipid bilayer) bir zardır. Kalınlığı bakteri türleri arasında az çok değişmesine karşın yapısı hemen hemen benzerdir. Kalınlığı 5-10 nm kadar olan hücre membranı ile hücre duvarı arasındaperiplasmik bir boşluk bulunur.

Özel boyamalarla ve elektron mikroskopla yapılan incelemelerde, sitoplasmik membranın 2 katmandan yapılmış olduğu gösterilmiştir.

Sitoplasmik membranın periplasmik aralığa dönük olan dış yüzeyinde ve aynı zamanda sitoplasmaya bakan iç yüzeyinde, protein (%50-60) ve fosfolipidden (%30-40) oluşmuş elektrodens dış tabaka ve iç tabakalar bulunur. Fosfolipidlerin hidrofobik uçları her iki katman arasında lokalize olmuştur ve elektron transperenttir. Fosfolipid'in yapısında fosfogliserid'ler fazladır. Bu yapı içinde bulunan yağ asitleri düz zincirli olup gliserol'a ester bağları ile birleşmiştir. Sitoplasmik membranın kalınlığı, türlerine göre çok az değişiklik gösterir ve membran kuru ağırlığının %8-15'ini oluşturur.

Membranda bulunan protein molekülleri globuler bir strüktür özelliğine sahip olup ya membranın içine gömülmüş ve dışarı kabarmış olarak lokazile olmuşlardır (integral proteinler) ya da fosolipid yüzeylerin dışında yer alırlar (periferal proteinler).

Hücre membranının bakteriler için çok önemli görevleri bulunmaktadır:

1- Sitoplasmayı sarar ve korur.
2- Selektif permeabilite ve osmotik barier oluşturması en önemli vazifeleri arasındadır. Hücre içinde oluşan enzimlerin, metabolitlerin ve metabolizma artıklarının dışarı çıkabilmesi ve dışarda bulunan gıda maddelerinin, suyun, elektrolitlerin ve diğer lüzumlu maddelerin içeri girebilmesi sitoplasmik membranın bu özelliğinden ileri gelir. Dışarda bulunan subtansların içeri girebilmeleri pasif veya aktif transport sistemi ile temin edilir.
3- Sitoplasmik membranda çeşitli görevleri olan birçok enzim (permease) vardır. Bunlar arasında, a) Elektron transportunda ve oksidatif fosforilasyonda görevli sitokrom sistem enzimleri, diğer proteinler, NADH oksidase, ATPase, suksinik oksidase, b) Kompleks lipid sentezinde görevli enzimler, c) Hücre duvarı sentezinin son döneminde iş gören enzimler (polimerizan enzimler), d) Trikarboksilik asit siklusu enzimleri, e) DNA replikase ekzoenzimleri.
4- Hücre duvarı ile hücre membranı arasında bulunan periplasmik bölgede, bazı bakterilerde, özel hidrolitik enzimler birikir. Hücre duvarını geçerek dışardan bu bölgeye gelebilen büyük moleküller, bu bölgede bulunan enzimler tarafından daha küçük ünitelere ayrılarak, sitoplasmik membranı geçebilmeleri sağlanır. Geçişte permease enzimleri görev alırlar. Eğer, bu bölgeye yabancı nukleik asit'lerde gelirse onlarda ayrıştırılarak, bütünlüğü ve etkinliği bozularak içeri girebilirler.
5- Enerji metabolizmasında görevli enzim reaksiyonlarını temin eder.
6- DNA'nın replikasyonunda görev alır.
7- Mesosomlar orijinini sitoplasmik membrandan alırlar.
8- Hücre bölünmesinde ve sporulasyonda septum oluşumuna yardımcı olur.
9) Sitoplasmik membran fluidite gösterir. Lipid membran üzerinde materyaller lateral olarak hareket edebilirler.
10) Periplasmik bölgede bulunan proteinler, dışardan buraya gelmiş olan bir çok moleküllerle birleşerek tekrar dışarı çıkmalarını önlerler.

Selektif permeabilite ve transport: Hücre membranının selektif bir geçirgenlik özelliği vardır. Bu karakter bakteri yaşamı için çok önemlidir ve uygun bir şekilde devam ettirilmesi gereklidir. Bu permeabilitenin bozulması bakteriyi ölüme kadar sürükleyebilir. Bakteriye dışardan maddelerin girişi ve içteki bazı önemli metabolit, enzim, vs'nin dışarı çıkışı başlıca iki tarzda olur:

a) Pasif transport (diffüzyon): Bu tarz geçişte, maddelerin hücreye giriş-çıkışlarına, dış ortam ile hücre içindeki konsantrasyon, elektriksel yük ve basınç farkları önemli rol oynarlar. Pasif transport, genellikle, yavaştır ve herhangi bir enerjiye de ihtiyaç göstermez. Maddeler yüksek yoğunluktan ve osmotik basınca sahip bölgeden düşük konsantrasyona doğru bir geçiş gösterirler. Hücre membranı, böylece, her iki ortam arasındaki osmotik dengeyi ve sıvı akımını ayarlar. Moleküllerin diffuzyonu, genellikle büyüklükleri, su ve lipidlerde erime kabiliyetine bağlıdır. İyonların geçişi konsantrasyon ve elektriksel yük farkları nedeniyle meydana gelir. Diffuzyonla ancak çapları çok küçük moleküller ve elektrolitler geçebilirler. Sodyum (Na) iyonları membrandan serbestçe geçerler. Eğer dışarıda yüksek konsantrasyon varsa, potasyum (K)  iyonları hücrede birikebilirler. Su osmosisle serbest olarak içeri-dışarı hareket edebilir. Gazların (CO2, O2) hareketi membran tarafından pek kontrol edilemez. İyonlar, mineraller ve diğer elementlerin geçişinde elektriksel yükler, basınç farkları ve konsantrasyon önemli rol oynar.

b) Aktif transport: Molekül çapları büyük olan maddeler (protein, poliksakkarid, lipid, v.s.) hücre membranını geçebilmesi için enerjiye ihtiyaç gösterirler. Bu tarz transportta permease denilen enzim sistemleri (taşıyıcı proteinler) aracı olarak iş görürler. Örn; E. coli 'de beta galaktosid için özel permease (beta galaktosidase) sistemi bulunur. Bunun dışında, diğer moleküller için de özel taşıyıcı proteinler vardır. Beta-galaktosidase olmazsa laktoz ayrışamaz ve transporte edilemez. Laktoz pasif transportla hücre zarından geçemez.

İzole edilen taşıyıcı proteinlerin birbirine benzediği ve fakat yapı bakımından ayrı ve molekül ağırlıklarının 30.000 kadar olduğu saptanmıştır.

Şekerlerin membrandan geçişinde fosfotransferase transport sistemi görev yapar. Burada, önce dayanıklı protein (HPr) yüksek enerji transfer bileşiği olan, fosfoenolpirüvate (PEP) tarafından aktive edilir.

Enzim-I

1) PEP + HPr «=» Pirüvate + fosfat -HPr

Sonra şeker, ikinci bir reaksiyonla şeker-fosfat haline döşüntürülür:

Enzim-II

2) Fosfat - HPr + şeker ? Şeker -fosfat + HPr (hücre içinde)

Bu reaksiyonda 2 enzim görev yapar. Reaksiyonun sonunda şeker, hücre içine şeker-fosfat bileşiği olarak nakledilir ve protein serbest kalarak orjinal formuna döner. Çünkü şeker - fosfat bileşiğinin proteinle ilişkisi kalmaz.

Hücre membranı

Dış ortam «=»İç ortam

Ş -» ŞP -» ŞP -» ŞH

Aktif transport reaksiyonları permease'ler tarafından katalize edilir. E. coli 'de ß galaktosidase olmazsa, laktoz transporte edilemez. Permeaseler spesifik olup amino asit'ler için özel permease'ler (valine permease, fenil alanine permease, methionine permease, vs. gibi) vardır. Hekzosların geçişi için membran proteini ile birlikte enzimlere ve çeşitli hücre duvarları prekürsörlerine (mukopeptid prekürsörü, lipopolisakkarid prekürsörü, teikoik asit prekürsörü) ve membranı geçip reseptörlere ulaşabilmesi için membran komponentlerine ihtiyaç vardır.

03.02. Protoplast, Sferoplast ve L-formları

Gram pozitif mikropların hücre duvarları peptidoglikandan oluşmaktadır. Eğer, B. megaterium 'un hücre duvarı lizozimle muamele edilirse, peptidoglikanı oluşturan ve NAMA ile NAGA moleküllerini birbirlerine bağlayan beta-1, 4 glikozid bağı hidrolize olur ve bu katman ortadan kalkar. Geride sadece hücre membranına sahip protoplast kalır. Uygun ozmotik koşullar (izotonik) sağlanırsa, protoplast durumunu korur ve yaşamını sürdürür. Ancak, iç osmotik basınç (5-25 atmosfer) nedeniyle, zayıf karakterde olan hücre membranı küre gibi bir şekil alır. Protoplast hipertonik (0.2-0.1 M. sukroz ve 0.01 M. Mg) veya hipotonik ortamlarda uzun süre canlı kalamaz parçalanarak dağılır. Protoplastlar, sağlam bir bakteri gibi her türlü metabolik aktiviteye ve üreme mekanizmasına sahiptirler. Flagellalı mikroplarda, hücre duvarı giderildikten sonra, hareket çok zayıflar veya durur. Hücre duvarının yokluğunu, morfolojik, kimyasal ve immunolojik yöntemlerle ortaya koymak mümkündür. Sıvı besi yerlerinde kümeler tarzında üreyen protoplastların, katı ortamlardaki kolonileri L-formlarınkine (ortası düğmeli koloniler) benzerler.

Sferoplast'lar, genellikle Gram negatif mikroorganizmalardan elde edilirler. Gram negatif bakteriler, penisilin, basitrasin, oksimisin (cycloserine) veya glisin gibi antibakteriyel maddeler içeren hipertonik ortamlarda veya içinde bazı kimyasal maddeler (diaminopimelik asit, hekzos amin, lisin, vs) bulunan besi yerlerinde üretilirse sferoplastlar teşekkül ederler. Protoplastlardan, bunların önemli farkı, hücre membranı dışında, hücre duvarından bazı kısımları ihtiva etmeleridir. Penisilin, peptidoglikan sentezine mani olur ve lizozim de peptidoglikanı tam olarak giderir. Ancak, geride lipoprotein ve lipopolisakkarid kısımlar kalır (dış membran). Bu nedenle de, sferoplastlar peptidoglikan katmanı giderilmiş, fakat diğer tabakaları var olan, küre şekilli mikroorganizmalardır. Sferoplastlar, hücrenin bazı somatik antijenlerini taşıyabildikleri gibi kendisine özel fajları da adsorbe edebilirler. Gram negatif mikroplarda, peptidoglikanın ortada bulunması ve etrafında lipoprotein tabakalarının olmaları nedeniyle, ilk önce dıştaki bu lipid komponentlerinin giderilmesi gereklidir. Bu amaçla, NaOH ve EDTA (Etilendiamintetraasetat) kullanılır ve sonra lizozimle açıkta kalan peptidoglikan giderilebilir. Sferoplastlar da aynı protoplastlar gibi, sıvı ve katı besi yerlerinde ürerler. Eğer, sferoplast kültürleri, hücre duvarı inhibitörleri olmayan ortamlarda aktarılırlarsa hücre duvarını sentez ederler. Katı besi yerlerinde, ortaları düğmeli ve L-formları'nın kilerine benzer koloniler oluştururlar.

L-formları: L-formları ilk defa, Klieneberger-Nobel tarafından Lister Enstitüsü'nde, Streptobacillus moniliformis 'den elde edilmiş ve enstitünün baş harfi (L) ile ifade edilmişlerdir. L-formları, laboratuarlarda oluşturulan abnormal formlu mikroorganizmalardır. Sıvı ve katı besi yerlerinde çoğalabilme yeteneklerine sahip olan bu mikroplar yuvarlak, halka, dallı, yıldız, vs gibi düzensiz formlar gösterirler. Büyüklükleri 1-20 µm. kadar olabildiği gibi, filtreleri geçebilecek kadar küçük formlara (elementer cisimcikler, 0.05-0.3 µm.) da rastlanır. Yarı katı veya sıvı ortamlarda, %20 at serumu bulunursa üremeleri üzerinde olumlu etkide bulunur. Bazılarını üretmede sukroz ve NaCl konsantrasyonuna ihtiyaç vardır. Yarı katı ortamlarda iyi gelişebilen kolonilerin ortasından, besi yerinin içine doğru uzanan üremeye rastlanır (kama gibi). Bazı L-formları, ortamdan inhibitörlerin kalkmasıyla tekrar orijinal formlarını aldıkları (geçici formlar) halde, bir kısmı ise aynı karakterlerini muhafaza ederler. L-formları konakçıda hastalık oluşturmazlar (V. cholerae L-formu hariç). Birçok mikroorganizmadan (stafilokok, streptokok, B. subtilis, proteus, V. cholerae vs.) L-formları elde edilmiştir.

Mikoplasmalar: Bireysel ve koloni morfolojileri bakımından L-formlarına benzeyen diğer bir grup mikroorganizmalar da vardır ki bunlar Mycoplasmataceae familyasına aittirler. Sıvı ve katı ortamlarda üreme özellikleri ve katı vasatlardaki, ortası düğmeli koloni formları, mikroskop altında disk, yuvarlak, yıldız, halka, vs. pleomorfizm göstermeleri, üremeleri için %20 at serumuna gereksinim duymaları hücre duvarının olmaması gibi nedenlerle, L-formlarına benzerler. Ancak, bunların çoğu hastalık oluşturabilecek ve konakçıda üreyebilecek niteliktedirler. Hastalık oluşturan türler arasında M. pneumoniae, M. hominis, Mycoplasma capri, M. mycoides, M. gallisepticum, M. agalactiae, M. synovitis, vs.) sayılabilir. Mikoplasmaların sitoplasmik membranında, diğerlerinin aksine, sterol bulunur. Mikoplasmalarda hücre duvarı yoktur.

03.03. Sitoplasma

Bakteriyel sitoplasma sıvı karakterde olup organik ve inorganik maddelerden oluşmuştur. Strüktürel bir organizasyona ve homogen bir yapıya sahip olmayan sitoplasma içinde, bitki hücrelerinde görülen sitoplasmik bir hareket yoktur. Sitoplasma canlı ve biyolojik olarak aktif bir karaktere sahiptir. Sitoplasma içinde, çeşitli iyonlar (H+, PO2-, Na+, Cl-), amino asit, protein, lipokompleksleri, peptid, pürin, pirimidin, glikoz, riboz, vitamin, nukleotid, koenzim, disakkaridler, vs. bulunur. Bunların bazıları prekürsör moleküller ve protein sentezinde kullanılacak yapıtaşları, bir kısmı enerji ve karbon kaynakları ve bazıları da metabolizma artıklarıdırlar. Ayrıca, mesosom, ribosom çekirdek, sitoplasmik granüller (volutin, lipid, polisakkarid, sülfür, pigment, endosporlar, plasmid, faj, vs) vardır.

Mesosomlar: Gram pozitif ve Gram negatif mikroplarda, sitoplasmik membrandan orijinini alarak sitoplasma içine doğru uzanmış bazı organizasyonlar bulunmaktadır. Yapıları vesiküler veya lamellar bir karakter gösterir ve periplasmik boşluğa açılırlar. Gram pozitif mikroorganizmalarda çok iyi bir formasyon gösteren mesosomların birçok görevleri bulunmaktadır. Kromozomal replikasyonda, DNA'nın replikasyonları sırasında bağlanma yeri oldukları gibi hücre bölünmesinde ve sporulasyonda spor septumunun oluşumunda da vazife alırlar. Bazılarının da sekresyonda ve elektron transportunda rol aldığı tahmin edilmektedir.

Ribosomlar: Ribosomlar, bakteri sitoplasması içinde, sayısı, densitesi ve büyüklükleri türlere göre değişebilen oluşumlardır. Yapısında %40 protein ve %60 ribonukleid asit (rRNA) bulunan ribosomların çapı 10-20 nm. arasındadır. Hücrenin total proteininin %40'ını ve RNA'sının da %90'ını oluştururlar. Üremekte olan mikroorganizmalarda sayıları çok fazladır. (Örn. E. coli'de 15000 kadar bulunabilir). Prokaryotik ribosomlar, biri küçük (30 S) ve diğeri de büyük (50 S) olmak üzere 70S karakteri gösterirler.

Protein sentezi sırasında 70 S ribosomlar mRNA üzerinde tesbih gibi dizilerek poliribosom (veya polisom) oluştururlar. Ribosomlar, bakteri için lüzumlu olan proteinlerin ve enzimlerin üzerinde sentez edildikleri ünitelerdir.

Ökaryotiklerin ribosomları 80 S'dir (40S+60S).

Çekirdek (nukleoid): Bakterilerde çekirdek, oval veya yuvarlak biçimde, orta veya ortaya yakın olarak yerleşmiştir. Özel boyama yöntemleri ve elektron mikroskopta kolaylıkla görülebilir. Nukleus, birbirine helezoni tarzda sarılmış iki adet polinukleotid iplikciğinden oluşmuş ve DNA (deoksiribonukleik asit) yapısındadır. Her bir nukleotid, bir adet pürin (adenin ve guanin) veya primidin (timin ve sitosin) + pentoz şekeri + fosfat'tan (H3PO4) meydana gelmiştir.

Nukleotidlerin oluşturduğu iplikcikler şeker-fosfat bağlantısı ile devam ettirirler. Her iki iplikçikte bulunan nitrogen bazları karşılıklı olarak birbirleriyle hidrojen bağları ile bağlanırlar. Ancak, bir pürin bazı ile bir primidin bazı karşılıklı bağ kurabilir. Adenin ile timin iki hidrojen bağı ve guanin ile sitosin de üç hidrojen bağı ile birleşmişlerdir.

Bakteri kromozomu tek ve sirküler bir DNA molekülü (dupleks) olup uzunluğu bazı türlerde 1.4 mm (E. coli 'de) kadar olabilir. Replikasyon sırasında DNA molekülü sitoplasmik membrandaki özel yere (mesosom) bağlanır. Çekirdek, bakterideki bütün genetik olayları ve metabolizmayı idare eden bir merkezdir. Etrafında özel bir membran bulunmadığı gibi, nukleolus (çekirdekçik) de yoktur (Bu nedenle bakterilerdeki çekirdeğe nukleoid adı verilmektedir). Her bakteride bir tane çekirdek (DNA molekülü) bulunur. Ancak, üremenin çok hızlı olduğu durumlarda, çekirdeğin replikasyonu ile bakteri bölünmesi arasındaki uyum bozulursa, bir bakteride iki tane nukleus bulunabilir (Rhodobacter sphaeroides'de iki tane ayrı sirküler kromozom ve Borrelia burgdorferi'de de bir adet lineer kromozonun varlığı bildirilmiştir).

03.04. Sitoplasmik Granüller

Sitoplasmik granüller, genellikle, depo maddeleridir. Ancak, hücre için hayati öneme haiz değildirler. Enerji ve karbon kaynağı deposu ödevi gören bu tür granüller, besi yerinin bileşimi ve üreme durumlarına göre, sayılarında azalma veya çoğalma olabilir. İçinde enerji oluşturan maddeleri içeren besi yerlerinde sayılarında artma görülür. Sitoplasmik granüllerden en fazla rastlanılanları, volutin, lipid, polisakkarid ve sülfür granülleridir.

Volutin (Babes-Ernst) granülleri: İlk defa Babes ve sonra Ernst tarafından gözlenen bu granüller, Spirillum volutans'da bulunmuş ve sonra da diğer birçok mikroorganizmada rastlanmıştır. Bazik boyalara karşı affinitesi fazla, refraktil, sferik, 0.6 µm çapında ve hafifçe asido-rezistans (%1 H2SO4'e karşı) olan bu metakromatik granüller polimerize inorganik metafosfat (polimetafosfat, (PO3-)n yapısındadırlar. Bunlar bakteri için enerji ve fosfat kaynağıdırlar ve 265 nm dalga boyundaki ultraviolet ışınlarını da absorbe ederler. Gliserinli ve karbonhidratlı besi yerlerinde üreyen mikroorganizmalarda fazlaca görülür ve fosfatları, enerji metabolizmasında fazla kullanamayan mikropların sitoplasmasında birikirler. Korinebakterilerde (C. diphtheriae), mikobakterilerde (Mycobacterium phlei) ve diğer mikroplarda volutin granüllerine rastlanmıştır. Bu granülleri, bakteri içinde, gösterebilmek için özel boyama yöntemleri (Neisser, Albert) kullanılabileceği gibi toluidin mavisi veya metilen mavisi ile de kırmızı-viole renkte boyanırlar.

Lipid granülleri: Bazı mikroorganizma türlerinde (Pseudomonas, Azotobacter, Spirillum, Bacillus, vs.) yuvarlak, refraktil ve çeşitli büyüklükte yağ taneciklerine rastlanmıştır. Bunlar organik eriticilerde kolayca ekstre edilebilirler. Lipid boyaları (Sudan siyahı ile siyah renkte ve Naftol mavisi ile de mavi renkte boyanırlar) ile kolayca boyanırlar ve hafif asido-rezistans özelliğe de sahiptirler. Mikroskop altında belli bir yapı karakteri göstermezler ve bileşiminde, polimerize beta-hidroksibutirik asit (veya poli-beta-hidroksibutirat) bulunur. Mikroplar için karbon ve enerji kaynağı ödevini görürler.

Polisakkarid granülleri: Bazı bakteri türlerine özel olmak üzere sitoplasma içinde glikojen veya nişasta tanecikleri halinde polisakkarid granüllerine rastlanır. Yapıları, genellikle, glukoz monomerlerinden oluşmakta (homopolimer) ise de, bazen, diğer monosakkaridler de bulunabilmektedir (heteropolimer). Bakteriler için karbon ve enerji kaynağı olan polisakkaridler, periodik asit Schiff ile mavi renge boyanırlar.

Sülfür granülleri: Sülfür granüllerine en fazla purpul sülfür bakterilerinde rastlanmıştır. Bunlar hidrojen sülfürün veya sülfürün diğer inorganik redükte formlarının intrasellüler dehidrogenasyonu (oksidasyonu) sonu hücre içinde birikirler. Purpul sülfür bakteriler H2S'i fotosentetik elektron vericisi olarak kullanırlar. Flamentli fakat fotosentetik olmayan Beggiatoa ve Thiotrix ise bundan, okside olabilen enerji kaynağı olarak yararlanır. Bu mikroplar, ortamda sülfid bulunduğu zaman, bunu depo ederler ve sonra da sülfatlara okside ederler.

03.05. Pigment

Bakteriler tarafından oluşturulan pigmentler, kolonilerin renk karakterini meydana getirirler. Bakterilerdeki pigmentler fotosentetik olmayanlar ve fotosentetik olanlar olmak üzere iki karakter gösterirler.

03.06. Plasmidler

Bazı Gram pozitif (S. aureus, vs) ve Gram negatif mikroorganizmalarda (enterobakteriler, vs) kendi büyük kromozomlarından ayrı olarak ve genomun yaklaşık %1-2 kadar uzunlukta, çift iplikcikli sarmal ve sirküler DNA sekansları bulunur ki bunlar genellikle, plasmid olarak adlandırılırlar. Kendi bağımsız karakterlerini koruyabilen ve replike olan plasmid'ler sitoplasmada serbest olarak bulunabilecekleri gibi,plasmid kromozomla da birleşebilirler (episom). Plasmidler bakterilere, antibiyotik'lere dirençlilik yanısıra, diğer birçok özel karakterler de kazandırırlar. BÖLÜM 20

03.07. Transpozonlar (Tn)

Transpozon (Tn), bakterilerin kromozomlarında ve/veya plasmid'lerinde bulunan ve yer değiştirebilen kısa DNA sekanslarına verilen bir isimdir. Bakterilerin antibiyotiklere dirençliliğine büyük katkısı olan Transpozon'lar, plasmid'lere oranla çok daha küçüktürler.

03.08. Bakteriyofajlar

Bakterilerde infeksiyon oluşturan ve lizisine yol açan viruslara, genellikle, bakteriyofaj (faj) adı verilir. Bazıları virulent bir karakter taşımasına karşın, bir kısmı da bakteri DNA'sına integre olabilir ve kromozomun bir devamı haline gelerek onunla birlikte replike olur (profaj). Bunlar bakteriyi öldürmezler.

03.09. Gaz Vakuolleri

Bazı akuatik ve pigment oluşturmayan bakteriler (pelonema, peloploca, vs.) ile halobakterlerde (Halobacterium halobium) sitoplasmada gaz vakuolleri bulunmaktadır. Bunlar mikroorganizmaların suda ve belli bir düzeyde kalmalarına ve yüzmelerine yardımcı olurlar.

03.10. Kristaller

Bacillus thuringiensis ve diğer bazı türlerde (B. laterospores, B. medusa, vs.) sporların yanısıra, sitoplasmada kristal inklusiyonları bulunmaktadır. Bu kristaller bir protein toksinidirler. Toksin, insektlerin barsak epitel hücrelerine zarar vererek, ölümlerine yol açarlar.

04. Endosporlar

Spor oluşumu Bacillaceae familyasının önemli ve ayırıcı bir özelliğidir. Bu familyada, spor teşkil eden biri aerobik (B. anthracis B. subtilis, B. cereus, B. megaterium, vs.) ve diğeri de anaerobik (C. tetani, C. botulinum, C. perfringens, C. chauvoei, C. hemolyticum, C. novyi, vs.) olmak üzere iki cins bulunur. Yuvarlak (koklar) ve sarmal (spiroketa) biçimindeki mikroplarda spor oluşumuna rastlanmamıştır. Sporlar, genellikle, oval veya yuvarlak şekilde olup basilin çeşitli yerlerinde bulunabilirler.

Yukarıda açıklananların dışında, bir insekt paraziti olan B. thuringiensis 'de terminal sporlar basili kabartmazlar. B. polymyxa 'nın sentral olarak yerleşim gösteren sporları basili orta bölgeden ve B. laterasporus 'da sporlar lateral pozisyonda bulunur ve basili yan tarafından kabartırlar.

Bu nedenle de Ziehl-Neelsen asidorezistans mikroorganizma boyama yöntemi ile alttan hafifçe ısıtılarak veya diğer spor boyama yöntemiyle boyanabilirler. Normal boyalar sporu değil, sporangiumu boyarlar.

Sporlar, genellikle, aerobik veya anaerobik koşullarda, olgun basillerde, ortamda gıda maddelerinin tam olarak sarf olmadığı veya gıda maddelerinin (mineral maddeler, üreme faktörleri, nitrojen, karbon ve enerji kaynakları) azaldığı ve çevresel koşulların değiştiği durumlarda basiller içinde oluşmaktadır. Normal fiziksel faktörlere (ısı, ışık, donma, kuruma, radiyasyonlar, vs.), kimyasal maddelere (dezenfektanlar ve diğer kimyasal etkenler) ve mekanik tesirlere karşı, vegetatif formlarından çok daha fazla dayanıklıdırlar. B. anthracis 'in sporları 100 °C'de rutubetli ısıya iki saat ve doğa koşullarına da 40-50 sene direnç gösterebilir, canlılıklarını ve infektivitesini muhafaza edebilirler. Bu özellik, sporların anatomik yapısından ileri gelmektedir. Elektron mikroskopla yapılan çalışmalarda sporların etrafında birçok tabakanın varlığı ortaya konulmuştur. En içte sitoplasma yer almaktadır. Bunun etrafında sıra ile spor sitoplasmik membranı, spor hücre duvarı, korteks, dış membran ve bazı sporlarda da ayrıca muhafaza (ekzosporium) bulunur. Spor sitoplasması içinde DNA, RNA, eriyebilir protein, enzim, karbonhidrat, lipid, fosfat, organik ve inorganik maddeler vardır. Bunlar vegetatif bir basili oluşturacak nicelikte ve niteliktedirler. Sitoplasmanın hemen etrafında, spor sitoplasmik membranı ve sonra, gevşek ve kalınlığı fazla, konsentrik katmanlı bir özellik gösteren korteks bulunur. Bu iki tabaka da peptidoglikan yapısındadır. Ancak, peptidoglikanların kros bağlantıları arasında farklar bulunur. B. subtilis sporlarının korteksindeki muramik asitin ancak %6 'sı kros olarak bağlanmıştır. Bazılarında da tetra peptid yerine L-alanin yer almıştır. Diğer sporlarda da buna benzer farklı yer değişiklikleri ve yapı karakterleri görülür. Gevşek olan korteks, lizozimlere fazla duyarlıdır. Dış membran keratin benzeri protein ve dış muhafaza da lipoprotein yapısındadır. Sporda, su oranı %5-20, kalsiyum (%1-3) ve kalsiyum tuzları halinde dipikolinik asit (DPA) vardır. Bu son madde (DPA), spor kuru ağırlığının %5-15'i kadardır ve spor direncinin oluşmasında bunun payı çoktur. Kalsiyum ve dipikolinik asit özellikle korteksde lokalize olmuşlardır ve germinasyon sırasında bunlar serbest hale geçerek sporu terkederler. Sporun şekli, büyüklüğü ve yüzey biçimi türlere göre değişiklik gösterir. Bazı sporların üzeri düz diğerlerininki ise enine veya boyuna çıkıntılı bir görünümdedir. Bu, tür karakteri olduğundan identifikasyonda yararlı olmaktadır. Sporların başlıca özellikleri, refraktil olmaları, geçirgenliklerinin çok azalmış olması, fiziksel ve kimyasal faktörlere karşı çok dirençli olmalarıdır.

Sporulasyon, karbon ve enerji isteyen bir olaydır. Nitrogenli bileşikler (bazı amino asitler) ve bazı türler için de metalik iyonlar (Mn++, Fe++, Cu++, Zn++, Mo++, vs.) sporulasyonu uyarırlar. Spor oluşumunun başlangıcında, basilin uçlarından birinde veya ortasında polibeta-hidroksibutirik asit birikmesi olur ve hücrenin refraktilitesi artar. Hücre bu maddeyi enerji ve karbon kaynağı olarak kullanır. Bazı basillerde, sporulasyon için yeterince gıda hücre içinde depo edildiği (endotrofik sporulasyon) halde, bazılarında (klostridium'larda) spor oluşuncaya kadar dışarıdan gıda sağlanır (ekzotrofik sporulasyon). Basil içinde yeterince gıda maddeleri toplandıktan sonra, bakteri hücresinde ve özellikle nukleer materyalde, basilin bir ucundan diğer ucuna doğru, uzama görülür. Nukleusun yarısı spor oluşacak bölgeye giderek yerleşir. Bu sırada hücre membranından (veya muhtemelen mesosomlardan) içeri doğru karşılıklı ve iki tabakalı bir septumun uzaması başlar ve bu septum nukleer materyali sitoplasmadan ayrılır. Septum kısa bir süre içinde, sitoplasmik membrandan ayrılarak nukleusu ve onunla birlikte bulunan diğer materyalleri sarar ve çift katlı membranla çevrili ön spor oluşur. Bundan sonra, spor içeri alınarak bazı organizasyonlar başlar ve olgunlaşır. Bu iki tabaka arasında peptidoglikan, dipikolinik asit ve kalsiyumca zengin maddeler birikerek korteksi oluşturur. Bu tabaka sporun fiziksel ve kimyasal faktörlere karşı direncini ve sağlamlığını artırır. Sonradan, bunun dışında tekrar bir dış membran daha teşekkül eder. Bazı türlerde ayrıca ekzosporium denen diğer bir kat daha meydana gelir. Sporulasyonda her safha, türlere göre değişmek üzere 30-90 dakika ve tüm sporulasyon için de 5-13 saat gerekmektedir. Spor oluşumuna üreme ortamı ve çevresel koşulların etkisi de büyük olmaktadır. Bazı türlerde, sporangium, sporla birlikte uzun bir süre bulunarak onu dış olumsuz etkilerden korur. Sporulasyon, tahminen 50 gen tarafından idare edilen genetik düzeyde bir olaydır ve bir tür karakteridir.

Spor oluştuktan sonra bundan tekrar vegetatif basilin meydana gelebilmesi başlıca üç aşamada gerçekleştirilir (aktivasyon, germinasyon ve dışarı doğru gelişme). Sporun aktivasyonu çevresel koşullarla sıkı sıkıya ilişkilidir. Bunlar arasında ısı, düşük veya yüksek pH, oksijen, rutubet, uygun gıda maddeleri (amino asitler, mineraller, vs.) ve diğer faktörler vardır. Normal koşullar altında aktivasyon yavaştır. Sporlar 65°C'de 15-60 dakika tutulursa aktivasyon hızlanır. Eğer aktive edici faktörler yeterince değilse veya ortadan kalkarsa, spor yine eski dormant durumunu alır. Bu nedenle, aktivasyon reversibldir. Aktivasyon sırasında, sporun dışında bulunan dış membranda ve ekzosporiumdaki disülfid bağları arasında kopmalar meydana gelerek bu katmanlarda zedelenme oluşur. Aktive olan sporungerminasyonu için ortamda bazı gıda maddelerine (L-alanin, pürinribosid, adenosin, glukoz, vs.), minerallere (özellikle, Mn++) ve suya ihtiyaç vardır. Bunlar, aktivasyon sırasında, dış membran ve ekzosporiumda oluşan çatlamalardan içeri girer ve litik enzimleri aktive ederler. Kortikal kısımda bulunan peptidoglikan hidrolize olur ve çözülür. Yine bu bölgede bulunan kalsiyum ve dipikolinik asit spordan dışarı çıkarlar. Spor kısa bir süre içinde (2-4 dakika) ağırlığının %30'unu kaybeder. Kortikal kısım giderildikten sonra spora dışardan fazla su ve bununla birlikte mineral maddeler (K+, Mg++, vs.) de girer. Bu dönemde sporun termostabilitesi, geçirgensizliği ve refraktilitesi kaybolur. Fiziksel ve kimyasal maddelere karşı direnci azalır, boyanma kabiliyeti artar. Spor içinde metabolik aktivite artmış ve içeri fazla su girmesi nedeniyle de sporun çapı büyümeye başlamıştır. Spor içinde oluşmaya başlayan vegetatif basilin boyu gittikçe artar ve erimiş bulunan spor zarlarından dışarı doğru uzanmaya çalışır. Uygun çevresel koşullar (su, mineral maddeler, karbon ve nitrogen kaynakları, vs.) çıkışı hızlandırır. Vegetatif basilin üremesi için RNA ve protein sentezlerine ihtiyaç vardır ki bu da 10-40 dakikadan önce olmaz ve hücre duvarı sentezi de 2 saatten önce tamamlanamaz.

05. Bakteri Pigmentleri

Gerek saprofitik ve gerekse patojenik mikroorganizmalar arasında renkli maddeler (pigment) oluşturan cinsler ve bunlara ait türler vardır. Bunlar, genel ve/veya spesifik katı ortamlarda üretildikleri zaman, cinslerine özel renkte koloniler meydana getirirler. Aerobik koşullarda üreme yeteneğine sahip olan mikroorganizmalar pigment oluşturma bakımından, anaerobik olanlara oranla daha geniş bir tür sayısına sahiptirler. Pigmentler, fotosentetik olmayanlar ve fotosentetik olanlar olmak üzere iki ana gruba ayrılırlar.

05.01. Fotosentetik Olmayan Pigmentler

Bu tür pigmentler de biri suda erimeyen ve diğeri de eriyebilen olmak üzere iki tip gösterirler. Suda erimeyen pigmentlere birçok saprofitik (S. marcescens kırmızı, Sarcina lutea sarı, Sarcina aurantica turuncu, C. violaceum menekşe, mantarlar çeşitli renkte) ve patojenik karakterdeki mikroorganizmalarda (M. tuberculosis sarı-kırmızı, S. aureus altın sarısı vs.) rastlanmıştır. Bu pigmentler, koloni içinde kalırlar ve kolonilerin renkli görünümlerine yol açarlar. Koloniden dışarı çıkmadıkları için ortama yayılma özelliği göstermezler. Suda eriyebilen pigmentler (soluble), mikroplar, sıvı veya katı besi yerlerinde üretildikleri zaman, ortama geçebilir ve buraların renkli bir görünüm almasına sebep olurlar. Bu tür eriyebilir pigmente, en iyi örnek, P. aeruginosa 'nın oluşturduğu pigment verilebilir. Bu pigment başlıca iki komponentten meydana gelmektedir.

1- Pyocyanin: mavi-yeşil renkte, su ve kloroformda erir. Fakat fluoresens özelliğine sahip değildir. 2-Fluoresin: sarı-yeşil renkte olup suda erir ve fakat kloroformda erimez. Bu komponent daha ziyade ortamda fosfat ve sülfat bulunduğu zaman oluşur. Fluoresens özelliğe sahiptir. Her iki komponent de aerobik koşullarda görülür.

05.02. Fotosentetik Pigmentler

Bu tür pigmentlere daha ziyade fotosentetik mikroplarda (Rhodospirillaceae, Chromatiaceae, Chlorobiaceae) rastlanır. Bu cinslere ait bakteriler, fotosentez için, radiant enerjiden yararlanarak bunu kimyasal enerji haline dönüştürürler. Bakterilerde bu görevi yapan pigmentlere, bakterioklorofil (a,b,c,d) denir. Bu pigmentler yapı bakımından farklar gösterirler.

Bakterilerdeki fotosentez olayı, bitkilerden, birkaç yönden farklı bulunmaktadır. Bunlar da,

1- Bakterioklorofiller, sitoplasmik membrandan orijinini alırlar. Fotosentetik bakterilerin membranlarından pigment kompleksleri kolaylıkla ayrılabilir. Yeşil-sülfür bakterilerinde pigment, plasma membranından ayrı ve bir muhafaza ile çevrilidir.
2- Bakterioklorofil ile bitkilerdeki klorofil birbirlerine benzerlerse de yapı bakımından ayrılıkları vardır.
3- Bakteriyel fotosentez sırasında moleküler oksijen oluşmaz.
4- Bakteriyel fotosentezde, türlere göre değişen, bir hidrojen donörüne (H2S, H2, thiosülfat, vs.) gereksinim duyulur.
5- Fotosentetik bakteriler moleküler nitrogeni fikse edebilirler.

Bakterilerde fotosentez:

Bitkilerde fotosentez:

Pigmentli mikroorganizmaların laboratuarlarda uzun zaman pasajları yapılırsa veya anaerobik koşullarda üretilirse pigment formasyonlarını kaybederler. Pigmentli kültür, anaerobik şartlara bırakılırsa, yavaş yavaş rengini yitirir. Pigment oluşumu için besi yerinde, vitaminler, amino asitler, mineraller ve karbonhidratlara gerek vardır. Ayrıca, ısı, ışık, ortamın pH'sı ve oksijen de büyük etkide bulunur. Pigmentin yoğunluğu ve miktarı türler arasında değişiklik gösterir ve bakterilerden renksiz bileşikler (leukobaz) halinde ekstre edilebilirler.

Pigmentlerin patojenite ile olan ilişkileri henüz saptanamamıştır.

Bakteriyel pigmentler yapılarına göre, genellikle, 6 kısma ayrılmaktadırlar:

1- Karotenoidler:Bu grup pigmentler isimlerini doymamış bir hidrokarbon olan karoten'den (C40H56) alırlar. Bunlar, sarı kırmızı ve oranj renkte olup suda erimez buna karşılık alkol, eter, kloroform ve karbon sülfür'de erirler. Vitamin-A'nın prekürsörü olan karoten, yağ, yumurta sarısı ve havuçta bulunur. Karoten okside olursa, ksantofil (C40H56O2) meydana gelir. Bu iki pigmente doğada birlikte çok rastlanır. Mikroplardan, S. lutea 'da bakterioksantofil, S. aurantica'da betakaroten ve zeaksantin S. aureus 'da zeaksantin, M. phlei 'de lutein, kruptoksantin, alfa-, beta ve gama-karoten bulunur.

2- Antosiyaninler: Su ve alkolde eriyen, buna karşılık eterde erimeyen, meyve ve bitkilerde fazlaca rastlanılan glikozid karakterde kırmızı ve mavi renkte pigmentlerdir. Ayrıca, intermedier renkte olanları da vardır. Antosiyaninler hidrolize olunca, karbonhidratlar ve benzoprillium derivatları meydana gelir. Bunlar arasında, pelargonidin, siyanidin, delfinidin ve oenidin vardır. Bu grup pigmente en fazla, streptomyces türlerinde ve Actinomyces waksmanii' de rastlanmıştır.

3- Melaninler: Melaninler solventlerde erimeyen bir karakter gösterir ve genellikle siyah, esmer ve kırmızı renkte pigmentlerdir. Azotobacter chrooccum 'da siyah, Aspergillus niger 'de siyah ve actinomyces'lerde çeşitli renklerde melanin pigmentlerine tesadüf edilir.

4- Fenazin derivatları:Bu tür pigmentler  suda ve alkolde erirler. P. aeruginosa 'nın pyocyanin'i (fenazin a-carboxylic acid) bu gruba aittir.

5- Kinonlar: Pseudomonas, actinomyces ve mikobakterilerde rastlanan kinonların suda erime kabiliyetleri yoktur.

6- Piroller: C. violaceum'daki violasein ve S. marcescens'deki prodigiosin bu tür pigmentlerdir (tripyrrylmethane).

7- Diğer pigmentler:Yukarıda açıklananların dışında mikroorganizmalar diğer bazı pigmentleri de sentezleyebilmektedirler. Bunlar arasında, Pulcherrimin,Candida pulcherrima; Prodigiosin, S. marcescens; İndigoidin, P. aeruginosa, C. indigosum, Arthrobacter atrocyaneus tarafından sentezlenirler.

1 Kaynak: Temel Mikrobiyoloji