Mikrobiyal Ortakyaşamlar
Ortakyaşam (Simbiyoz), kesin bir tanımla, iki organizma arasındaki yakın ilişkiyi ifade eder. Birçok kişi bu terimi her iki katılımcı için de faydalı olan bir ilişkiyi tanımlamak için kullansa da, terimin kendisi o kadar da spesifik değildir. İlişki her iki taraf için de iyi, kötü veya nötr olabilir. Mutualist bir ilişki her iki ortağın da fayda sağladığı bir ilişkidir, komensal bir ilişki ise ortaklardan birine fayda sağlarken diğerine sağlamaz. Patojenik bir ilişkide, bir partner zarar görürken diğeri yarar görür. Bu bölüm, mikropların ortaklardan biri olduğu birkaç simbiyoz örneğini incelemektedir.
İnsan Mikrobiyomu
İnsan mikrobiyomu, bir insanın içinde ve üzerinde yaşayan tüm mikroplarla ilişkili genleri tanımlar. Hepsi 10^14 tane! Mikroplar çoğunlukla bakterilerdir ancak arkea, mantar ve ökartiyotik mikropları da içerebilirler Yerleşim yerleri arasında deri, üst solunum yolları, mide, bağırsaklar ve ürogenital yollar bulunur. Kolonizasyon; bebeklerin temas ettikleri insanlardan, yüzeylerden ve nesnelerden mikropları almasıyla doğumdan hemen sonra gerçekleşir.
Bağırsak Mikropları ve İnsan Metabolizması
İnsan vücuduyla ilişkili mikropların çoğu bağırsaklarda bulunur, özellikle de mikrobiyal popülasyonun dramatik bir şekilde arttığı yemek yedikten yaklaşık 1-4 saat sonra. Bağırsak mikrobiyotası son derece çeşitlidir ve insan gastrointestinal sisteminde 500-1000 bakteri türünün yaşadığı tahmin edilmektedir (tipik olarak 5-8 kilo bakteri olduğu belirtilir!).
Bağırsak mikrobiyotası, konak sindirimi ve beslenmesi için önemlidir. Sindirimde yardımcı olarak, insanların kendi başlarına sindiremedikleri karbonhidratları parçalayarak, hazmı zor olan diyet liflerinden kısa zincirli yağ asitlerini serbest bırakarak sindirim sürecine katkı sağlarlar. Ayrıca biyotin ve K vitamini gibi vitaminleri de üretirler.
Bağırsak Mikropları ve Obezite
Obezitede rol oynayabileceği ihtimali nedeniyle mikrobiyal bağırsak popülasyonuna olan ilgi artmıştır. Şu anda varsayımsal olsa da, araştırmalar obez farelerin, obez olmayan farelerin bağırsaklarında bulunan mikroplardan farklı, daha fazla Firmicutes bakterisi ve metanojenik Archaea içeren bir mikrobiyal bağırsak topluluğuna sahip olduğunu göstermiştir. Bu mikropların besin maddelerini emmede daha etkili olduğu öne sürülmüştür.
İnsan Mikrobiyomu ve Hastalık
Mikrobiyota değişikliklerinin hastalıklı durumlar veya disbiyoz ile ilişkili olduğu gösterilmiştir. Ön araştırmalar, mikrobiyotanın obezitenin yanı sıra romatoid artrit, kolorektal kanser ve diyabet ile de ilişkili olabileceğini göstermiştir.
Araştırma
İnsan Mikrobiyom Projesi (HMP), bağırsak mikrobiyotasının işlevlerine odaklanan ABD merkezli uluslararası bir araştırma programıydı. Yaklaşık 200 araştırmacı, hangi mikropların hangi popülasyonlarda bulunduğunu belirlemek için gelişmiş DNA dizileme teknikleri kullandı.
Birçok güncel araştırma projesi, insan mikrobiyomunun hem sağlık hem de hastalık durumundaki rolünü belirlemeye odaklanmıştır. Hiç şüphe yok ki, içimizde ve üzerimizde yaşayan geniş mikrop popülasyonları hakkında daha fazla şey öğrendikçe bilgimiz artmaya devam edecektir.
Biyofilmler
Biyofilmler, hücre dışı bir matris içinde kaplanmış ve bir yüzeye tutturulmuş karmaşık bir hücre topluluğudur. Biyoformlar hemen hemen her yüzeyde oluşabilir ve kayaların, mağaraların, boruların, tekne gövdelerinin, pişirme kaplarının ve tıbbi implantların yüzeylerinde bulunarak doğada ve endüstride yaygındır. Fosil kayıtları biyofilmlerin 3,4 milyar yıl öncesine dayandığına dair kanıtlar gösterdiğinden, biyofilmler de uzun zamandır varlar.
Bir biyofilmin mikrobiyal topluluğu bir veya iki türden oluşabilir, ancak daha yaygın olarak her biri diğerinin gen ifadesini ve büyümesini etkileyen birçok farklı bakteri türü içerir.
Biyofilm Gelişimi
Biyofilm oluşumu için temel adımlar dört aşamaya ayrılabilir:
- Hücre yerleşimi ve bağlanması - biyofilm gelişiminin gerçekleşmesi için serbest yüzen veya planktonik hücrelerin uygun bir yüzeyle temas etmesi gerekir. Tipik olarak yüzey, çevresel proteinlerin ve diğer moleküllerin birikintileriyle ön işleme tabi tutulmuştur.
- Kolonizasyon - hücreden hücreye sinyalleşme gerçekleşir ve biyofilme özgü genlerin ekspresyonuna yol açar. Bu genler hücre dışı polimerik maddelerin ortak üretimi ile ilişkilidir. Bazı hücreler tarafından salınan DNA, diğerleri tarafından alınabilir ve yeni genlerin ifadesini uyarabilir.
- Olgunlaşma - biyofilm kalınlaşmaya ve büyümeye devam ederek karmaşık, dinamik bir topluluk oluştururken EPS matrisi tüm hücreleri tamamen kaplar. Yapı boyunca su kanalları oluşur.
- Ayrılma ve sloughing - biyofilmin tek tek hücreleri veya parçaları, aktif bir dağılma biçimi olarak çevreye salınır. Bu salınım, besin veya oksijen konsantrasyonu gibi çevresel faktörler tarafından tetiklenebilir.
Biyofilmlerin Hücresel Avantajları
Biyoformlar niçin gelişir? Hücrelerin planktonik büyümesine kıyasla biyofilm içinde bazı avantajları vardır. Belki de en önemlisi, biyofilmler hücrelere UV ışığı, fiziksel ajitasyon, antimikrobiyal ajanlar ve fagositoz gibi zararlı koşullardan veya maddelerden arttırılmış koruma sağlar. Biyofilm içindeki bakterilerin antibiyotiklere karşı serbest yüzen hücrelerden bin kata kadar daha dirençli olduğu gösterilmiştir!
Biyofilm aynı zamanda bir hücre popülasyonunun tabiri caizse "kök salmasını" sağlar, böylece besin açısından zengin bir alana yakın kalabilirler. Örneğin, bir süt ürünleri tesisinde bir kanal borusu üzerinde gelişen bir biyofilm, taze gıdaya sürekli erişime sahip olacaktır; bu da nihai ürünle birlikte süpürülmekten çok daha iyidir.
Son olarak, biyofilmler hücrelerin mikrobiyal popülasyonlar halinde büyümesine olanak tanıyarak hücreler arası iletişim ve genetik alışverişten kolayca faydalanmalarını sağlar.
Biyofilm Etkileri
Biyofilmlerin birçok farklı endüstri türünde büyük etkileri vardır. Kateterlerden yapay eklemlere kadar çeşitli tıbbi implantlar biyofilm oluşumuna karşı özellikle hassastır ve bu da tıp endüstrisi için büyük sorunlara yol açmaktadır. Biyofilmler, antimikrobiyal bileşiklere ve antibiyotiklere karşı artan dirençleri nedeniyle birçok kronik enfeksiyondan sorumludur. Neredeyse herkesi etkileyen bir biyofilm türü; kavite oluşumuna yol açabilen diş plağı oluşumudur.
Tıp dışında, biyofilmler su, gıda, yağ veya diğer sıvıları taşımak için borulara dayanan hemen hemen tüm endüstrileri etkiler ve dirençleri biyofilmi tamamen ortadan kaldırmayı özellikle zorlaştırır.
Nisap Algılama
Nisap kelimesi, bir kuruluşun oylama gibi işleri yürütebilmesi için gereken asgari sayıda üyeye sahip olmasını ifade eder. Nisap algılama, bazı bakterilerin yoğunluğa bağlı bir şekilde iletişim kurma yeteneğini ifade eder ve popülasyon için en avantajlı olana kadar belirli genlerin aktivasyonunu geciktirmelerine izin verir.
Nisap algılama, otoindüktörler olarak bilinen küçük yayılabilir maddeler kullanılarak hücreden hücreye iletişimi içerir. Bir otoindüktör bir hücre tarafından üretilir ve çevreye salınmak üzere plazma membranı boyunca difüze olur. Ortamdaki hücre popülasyonu arttıkça otoindüktör konsantrasyonu da artar ve bir eşik konsantrasyonuna ulaşıldığında molekülün belirli hücresel reseptörlere bağlanmasına neden olur. Otoindükleyici daha sonra hücre içine yayılır ve genellikle belirli bir transkripsiyon faktörüne bağlanır. Bu, transkripsiyon faktörünün hücrenin DNA'sına bağlanmasını sağlayan ve belirli genlerin ifadesini tetikleyen konformasyonel bir değişiklik üretir.
Nisap Algılama Örneği
Nisap algılamanın en iyi çalışılmış örneklerinden biri, biyolüminesan bakteri Aliivibrio fischeri ile bobtail kalamar arasındaki mutualist ilişkidir. Kısa kuyruklu mürekkep balığı aslında bakteriyi barındırmak için evrimleşmiş bir ışık organına sahiptir ve yırtıcılara karşı kamuflaj etkisi sağlamak için ışıldamasına güvenir. Düşük hücre yoğunluğunda, ışıldama istenen etkiyi sağlamaz ve bu, bakteri popülasyonu tarafından enerji israfı olarak değerlendirilir. Bu nedenle, lüminesans için gerekli olan lusiferaz enzimini kodlayan lux geninin yalnızca bakteri popülasyonu yeterli yoğunlukta olduğunda aktive olması için nisap algılama kullanılır.
Sonraki Ders: Bakteriyel Patojenite
Yorumlar
Yorum Gönder