Normal Mikrop Floras*

MİKROBİYOLOJİ DERSİ-1
Normal Mikrop Florası ve
Mikroorganizma-çevre ilişkisi
2016-2017, Bahar dönemi, Trakya Üniv Tıp Fak 3. Kurul, 05.04.2017
Neşe Akış, PhD, Tıbbi Mikrobiyoloji Anabilim Dalı
akisn@trakya.edu.tr http://personel.trakya.edu.tr/akisn/#.WKr6DyjC7WU
Neşe Akış Dersleri İzlencesi
2
1
Konağın işgali enfeksiyondur,
ancak, her enfeksiyon hastalık
yapmaz
3
İnsan Vücut Alanları
Steril alanlar
Dolaşım sisteminin
çalıştığı alanlar + dış
dünyaya açık kaviteler
Normal Mikrop
(mikrobiyota üyeleri) ile
kaplı flora (mikroflora) alanları
Dış dünyaya açık ve üzerinde
mikrobiyotanın koloniler
şeklinde yaşadığı alanlar:
1- Cilt
2- Mukozalar
4
FLORA alanları
Solunum yolu
Mide
İnce bağırsak
ve ileum
ASLA YALNIZ DEĞİLİZ
%100 insan doğarız ama %90 mikrop
ölürüz denir.
Bunun anlamı kendi hücremizden 10 kat
fazla mikrop hücresi, kendi genlerimizden
150 kat fazla mikrop geni ve kendi
proteinlerimizden 360 kat fazla mikrop
proteini ile birlikte yaşıyor olmamızdır.
İNSANA MİKROP BULAŞISI
Damlacık bulaşısı
1. Çevreden
Doğrudan temas
Besin ve su ile bulaşı
Doğarken
2. İnsandan
3. Hayvandan bireye
4. Artropod/ kemirgenle
bulaşı
Cinsel temas
Fekal-oral bulaşı
Doğrudan temas
a) artropod↔artropod→insan
b) aşağı omurgalı↔artropod→insan
c) artropod↔insan
a) artropod↔kemirgen→insan
Floranın Mikrobiyota Üyeleri
Bakteriyota
(Bakteri ve arkeler)
Virota (virüs ve fajlar)
Mikota
PARAZİTLERimiz
9
Mikrobun Konakla İlişkileri
MUTUALLER
KOMMENSALLER
(mikrobiyota)
(mikrobiyota)
karşılıklı fayda
zararsız ilişmiştir
PARAZİTOZ
YAPANLAR
(asalaklar)
hastalık yapar
Mikrobiyotanın Faydaları
 İnsana gerekli bazı metabolizma reaksiyonlarını
sindirim yolunda gerçekleştirir
 İnsana gerekli bazı maddelerin üretimini yapar
 Ürettiği bakteriyosin gibi antimikrobiyal maddelerle
alan hakimiyeti kurar ve floraya ilişmeye çalışan
patojenlerin steril alana girişini veya ilerleyişini engeller
 Mikrobiyotaya karşı savaşmaması için bağışıklık
sistemini eğitir, ürünleriyle gereksiz tepkileri durdurur
TERMİNOLOJİ
1.
Simbiyontlardan büyük olanı= Konak
2. Rezervuar konak: gelişkin simbiyontun son konağa varmak üzere arayışta
olduğu süre boyunca lojistik maksatla çoğalıp yuvalandığı konak.
Mikroorganizmalar gıda, su, hava ve toprak gibi insan ve hayvanı da
rezervuar olarak kullanabilir
3. Son konak: simbiyotik ilişki kurulması hedeflenen son konak
3.
Ara konak: parazitin gelişiminin değişik ara aşamalarında kullandığı
konaklar
4. Vektör konak: simbiyontun hedeflediği son konağa varmak için kullandığı
eskort araç. Tesadüfi veya her zaman kullandığı taksi olabilir.
Mikroorganizmalar su, gıda, hava, tıbbi cihaz ve diğer araçlar gibi insan,
hayvan ve böcekleri de eskort olarak kullanabilir
2
Mikroplarda Tropizm ve
Bağlanma
12
Mikrop, Konak Hücrede
Bağlanabileceği bir Mikrop Reseptörü
Bulur ve buna Bağlanır
Konak
Bakteri
Mikrop yapışkan ligandı ile konağın mikrop
reseptörüne NON-KOVALENT bağlanır
Su itici uç
Su itici uç
Hidrojen
bağı
iyonik
bağ
van der Waals
bağı
Hidrofobik
bağ
1. Başlangıç: Konakta RESEPTÖR ile
mikropta LİGAND yüzeyleri arasında
birbirine değecekleri karşılıklı FİZİKSEL
UYUM olmalıdır (anahtar-kilit gibi)
2. Sonra: Yakınlaşan YÜZEYLER arasında
kuantum çekimi ile sıkı bağlanma
yenidenyapılanması başlar ve güçlü
yapışma gerçekleşir
baglanma bölgesı
MİKROBİYAL Tropizm
• Mikroplar, ligandıyla yapışacağı reseptörü bulunduran türe
tutunabilir. Bu nedenle her mikrop her türe yerleşemez.
• Mikrobun yapışacağı reseptör her hücrede bulunmayabilir.
İlgilendiği hücrelerin yer aldığı alana yerleşmelidir. Vajinaya
yerleşenler akciğere tutunamayabilir.
• Mikrop konakta ilgilendiği alanı arayacaksa önce
detektörleriyle koordinatını saptar ve seyahatini ona göre
başlatır. Koordinatını saptamada yumuşalık, sıcaklık, koku
ve asit gibi bilgilerden yararlanır.
BAKTERİN BAĞLANMA LİGANDLARI-1
Bakteri
Ligand
, LTA, M protein
Hedef Reseptör
Fibronektin
Fibronektin
Mannoz
BAKTERİN BAĞLANMA LİGANDLARI-2
Bakteri
Ligand
Hedef Reseptör
P1
Klamidya
Membran yüzey lektini
N-asetil glıkozamin
…
Mikropların vücutta yer tercihi
Zorunlu hücreiçi yaşayanlar
Hücre dışında yaşayanlar
(anaerop)
• Bakteriler (bazı)
• Mantarlar (bazı)
• Protozoa (bazı)
• Helmintler
• Artropodlar
• Virüsler
• Bakteriler (bazı)
• Mantarlar (bazı)
• Protozoa (bazı)
Her ikisinde de yaşayanlar
(fakültatif)
3
Mikroorganizmaların aileleri,
akrabaları, rakipleri ve düşmanları
Mikroplarda aileden rakiplere dönüşme
1. Virüs, bakteri, arke, mantar, protist ve prostoma grubu üyelerinin her
biri ortak birer atadan türemiştir. Grubun başlangıçtaki ilk kabilesinde
üyeler birbirinin aynıdır.
2. Genomun kimyasal stabilitesi pKa sabitine bağlıdır ve nesilleri üretecek
genom çoğalmasında termodinamik nedenlerle genom kendiliğinden
biraz değişir. Bu duruma doğal mutasyon demekteyiz. Sonuçta yeni
nesil atadan farklanır.
3. Bu farklanma ökaryotlarda dizi tamir mekanizmalarıyla oldukça
dizginlenebilmiştir. Ancak, virüsler ve prokaryotlar etkin tamir
mekanizmalarından yoksundur ve nesiller geçtikçe üyeler atalarına
daha az benzerler.
E.Coli O157:H7 suş Sakai genomundan bir parça (gi|213695,1392 baz)
5’AAATGTCGTATTATTAGAGAATTTCCAGATATAGTTTTTAAAGGACTAACACTAGTTCAAGTCTCCCAAAAGTTTGGTAAGG
CAGGGTTTGAAGATGTGAAAAAAGTCACCGAGGAAATTGTACATTTGAATGAAGACTGTTGCAAAGGTGATGCTGTGGAAT
GTATGATGGAAAGGATGGAAGCCACCGATCATATTTGTGAGGCTAAGGACAAATTATCATCCAAACTAGCTGACTGCTGTGC
TAAAAGTATTCTAGAGCGAACACCCTGTCTTCTTGCCCTGCCAAACGATGAATCTGACTTGTCCAAAGAACTGAAAAATTATT
ATGAAGATGAACGTGTGTGTGAGAACTATAAAAAAGACAAGTTATTATTCCTTGCCCACTTTACACACGATTATGCCAGAAGC
CACCAGGAATCATCACCTCAGTCTTGTCTACGAGTTTCTAAAGGATTTGAAGGGTTGCTCGAAAAGTGCTGTGCTAGTGAAA
ACCATGCCGAGTGTCTCAAGCAAGCCCCTATTTTGTTAGAGGCTGCACTGAAAGAAATTGAAGAGCTAAGGAAACAGAACT
GTGGTGCCTTGCAGCTGCTCGGGTTCAGAGATTATAATATTCAGCTGCTTTTTCGATACTTTTTTAAGATGCCTCAGGTAACG
GCCCCAACGCTTGTTGAATTAGCTGGTAGAATGACCAAGGTTGCAGTCTACTGCTGTGGCTTGGCTGAGAACAAACAGCAA
ACCTGTGCTGAAGAAAAGCTGGATATTCTTTTGGGAGAGATGTGCGAAAAGGAAAAGCATACATTCGTAAATGACAATGTTC
GCCATTGTTGCGTCGACTCATATGCTAATAGAAGAAAATGCTTCACTGATCTTCAACGTTATCCTAATTATGTAGCGCCCAAGT
GGGATGAAAGTAAGCTCCACTTTAATGAGGACTTATGTAAAGGTTCCGAAGATGACCAGATAAAGAAGAAACTGGAAGTGT
TGGTTGAATACATGAAAATGAAGCCTGACTGTGGGCCAGAAAAACTTAAAGAGGTTGTTGAAGCCTTTAGAAAAATAGATA
TAAAATGCTGCGCAGCAGAGGACCACCAGAAATGCTTTGATGACGAGAAAGCAGGCCTTCTTCAAATAATTGAGGCCCATT
AACATGGAACAGGCCACAAGCTAATATAACAAGACAGCCTTGAGCCACTAGGTTAAATCATCATCAACTGGTCACTGAATAC
ATGTTGCTGATACATGTCTCTGAAGACTCAAGTAGAAAAAAACTACCATCGTTTTACTGCAAAATAATAAAAAAATAAATTCTT
TATGACCAGAAAAAAA3’
Kromozomda kırmızıyla gösterilen genin translasyonu=
KCRIIREFPDIVFKGLTLVQVSQKFGKAGFEDVKKVTEEIVHLNEDCCKGDAVECMMERMEATDHICEAKDKLSS
KLADCCAKSILERTPCLLALPNDESDLSKELKNYYEDDLQRYPNYVAPKWDESKLHFNEDLCKGSEDDQIKKKLE
VLVEYMKMKPDCGPEKLKEVVEAFRKIDIKCCAAEDHQKCFDDEKAGLLQIIEAH
Mikroplarda aileden rakiplere dönüşme -devam
4. Nesillerboyu benzeşmezlik arttıkça kabile üyeleri arasındaki ilişki
aileye, sonra akrabalığa ve en sonunda rakipliğe değişir.
5. Kabile üyeleri birbirlerini yüzeylerindeki kabilesel motiflerden tanır.
Çünkü her birinde motifi tanıyan reseptör bulunur.
6. Benzeşme azaldıkça tanıma da azaldığından üyenin karşısındakine
vereceği tepki değişir. Daha benzer daha dosttur, yabancı düşmandır.
Düşman hem kurbandır hem de karşıt savunma yapılması gerekir.
7. Sibirya'daki bir E.coli Afrika'daki bir E.coli 'nin aile üyesidir.
Enterobakteriase üyesi akrabaları Salmonella, Şigella, Klebsiella ve
Proteus'dur. Pseudomonas rakibidir. Lambda fajı düşmanıdır.
Virüslerde Tanınmada Kullanılan Genom ve Yüzey Motifleri
HÜCRE DIŞINDA
HÜCRE İÇİNDE
RNA genom
DNA genom
ProkaryotlardaTanınmada Kullanılan Genom ve Yüzey Motifleri
Bazların
metillenme
motifleri
Şeker zincirleri
Lipidli şeker zinciri
Protein zincirleri
Fosforlu
CG’ler
Ökaryotlarda Tanınmada Kullanılan Yüzey Motifleri
Mannozlar
Kütikül
şekerler
Proteinler
Duvar proteinleri
MİKROORGANİZMA
DÜŞMAN
Virüs
(molekül ve kapsitli)
• Virofaj
• Transpozon
• Bağışık yanıt eylemcileri
Prokaryot
(bakteri ve arke)
• Bakteriyofaj
• Farklı bakteri
• Bağışık yanıt eylemcileri
Tek hücreli
(mantar ve protist)
Protostom
(helmint ve artropod)
• Virüs
• Bakteri
• Farklı protist/mantar
• Bağışık yanıt eylemcileri
• Virüs
• Bakteri
• Mantar
• Protist
• Farklı protostom
• Bağışık yanıt eylemcileri
SALDIRAN
MİKROORGANİZMA
KURBAN
Virüs
(molekül ve kapsitli)
• Prokaryot
• Tek hücreli
• Çok hücreli
Prokaryot
(bakteri ve arke)
• Tek hücreli
• Çok hücreli
Tek hücreli
(mantar ve protist)
Protostom
(helmint ve artropod)
• Prokaryot
• Farklı
mantar/farklı tek
hücreli
• Çok hücreli
• Tek hücreli
• Farklı çok hücreli
Mikroorganizmaya Detektörlerden
Gelen Bilgiler
• Sıcaklık değişti mi?
• Nem değişti mi?
• Basınç değişti mi?
• Toksin var mı?
• Besin azaldı mı?
• pH değişti mi?
• Faj geldi mi?
• Nüfus kalabalıklaştı mı?
Bakteri Kararları ve Operon İfadesi
Olay/ yer tahmini
Konak içinde
Toprakta
Besin bol ortam
Aktive edilen genler
Virülans adacıklarındaki genleri aktifleştir
Metabolizma ekonomisi yap
Hangisi?
Özgül katabolizma
Savaş alanı
Toksin yap + Direnç geni çal + gerekirse mutasyon
Tehlikeli ortam
Stres yanıtı ve stres proteinleri
Faj enfeksiyonu
Hangi faj?
Savunma yap
Biyofilm yap
Rakiplerarası ve Düşmana Karşı Düzenekler
1. Bir kabile üyesi beslenmek maksadıyla akraba veya rakip
kabilenin alanını kullanmak isteyebilir. Rakip kabile buna karşı
zehir üreterek savunma yapar. Rakip kabile üyeleri ürettikleri
zehirden kendilerinin etkilenmemesi için kendilerinde
panzehir taşırlar. Bazı akraba kabileler de aynı panzehire sahip
olabilir.
2. Virüslerin zehiri ürettikleri eşlenek parçalar (anti-sens RNA
dizileri) ve panzehiri taşıdıkları nükleaz enzimidir.
Prokaryotların zehiri antibiyotik ve panzehiri taşıdıkları
antibiyotik direnç enzimidir.
4
Mikrobiyota
Flora Alanlarında Mikroorganizma Sayıları
Farklı Alanlarda Farklı Mikrobiyota
Üyeleri Yerleşiktir
Sindirim Sistemi
Bakteriyotasının
Kabilesel
Dağılımı
Mikrobiyota üyesi olmak
Başarılı bir mikrobiyota üyesi:
1. Hedefine göre konağın cildi veya en az bir mukozasındaki reseptörüne
yapışabilmeli
2. Konakta karşılaştığı ilk bağışıklık sistem savunmalarını atlatmalı (konak
yenidoğan ise pek savunma yok)
3. Hedefine zarar vermeden komensal veya mutual uyumla yavaş ve sınırlı
sayıda çoğalarak kabilesini kurmalı (virüs ise hücreiçine girerek)
4. Rakipleriyle veya düşmanlarıyla savaşmalı ve yerleşimini genişletmeli
5. Konak bağışıklık sistemi güçten düşerse bunu fark etmeli ve patojen
modunda çalışmaya başlamalı
Üye kolonize olurken:
Döküntüleri çevreye istemeden saçılır. Ancak bir zarar algılamayan bağışıklık
sistemi ona karşı ciddi savunma yapmamayı öğrenir.
VİRÜSde giriş STRATEJİsi
1. Yapışan virüs küçükse pinositozla, zarflı ise füzyon veya endositoz ile
hücre içine girer,
2. Girerken veya içeride soyunur ve salt genom halinde kalır,
3. Kabiliyeti varsa kendisini konak genomuna ekler. Yoksa, RNA virüsü ise
sitoplazmada, DNA virüsü ise çekirdekte tümlenerek çoğalır.
4. Gerekiyorsa dışarı çıkar.
5. Fajlar bakteri içinde virüslerdir ve bakteri parçalandığında meydana
çıkarlar.
Çok Hücrelilerde enfeksiyon STRATEJİsi
Solucan ve böcekler yapışmak için emici ağızlarını veya güçlü
bacaklarını kullanır.
37
Latensi (saklanma tarzı)
Aralıklı latensi (arada bir ortaya çıkar. Latent period mikroba göre
birkaç günden birkaç on yıla kadar uzayabilir)
Sessiz latensi (genelde ortaya çıkmaz)
5
Enfeksiyon Hastalığı Yapmak
Enfeksiyon Hastalığı Yapan Mikroplar
Fırsatçı patojenler
Patojenler
Konak savunmasının
caydırıcılığı
düştüğünde hastalık
yapan mikrobiyota
üyeleri
Virülans stratejileri
geliştirmiş asalaklar
19. yüz yıl Avrupasının
enfeksiyon hastalıkları
20. yüz yıl Asya-Afrika-Güney
Amerikasının enf. hast.
Kolera
İshaller
Verem
Verem
Çiçek
Difteri
Cüzzam
Tifo
Solunum yolu enf.
AIDS
Kızamık
Çocuk felci
Tetanoz
Sıtma
Flariyaz
Şistozomas
41
Patojen olmak
Başarılı bir patojen:
1. Yapışma molekülleri ile konaktaki mikrop reseptörüne tutunabilmeli,
2. Vücut dışında ise içine girebilmeli (hasar yapabilir),
3. Konaktaki ilk ve sonraki bağışıklık sistem savunmalarını atlatmalı (zarar verebilir),
4. Kendine emniyetli oyuk veya hücreiçi bulup burada çoğalmalı,
5. Hedeflediği organa dümen alıp varmalı,
6. Hedef organı veya hücrelerini istila etmeli, yayılmacılık stratejileriyle alanını
genişletmeli ve dev kabileler kurmalı (zarar verir ve hasar yapar),
7. Çoğalan soyları vücuttan çıkarak diğer insanlara bulaşmalı.
Patojen çoğalırken:
Döküntüleri çevreye istemeden saçılır,
Hasar ve zarara karşı konakta stres yanıtı başlar ve bağışıklık sistemi saldırıya geçer.
42
PATOJEN MİKROORGANİZMALAR ÖZEL
VİRÜLANS GENLERİ TAŞIR
• Patojen bakteri virülans gen adası taşır. Gen
ürünleriyle enfeksiyon ve hastalıklarını yapar
• Virülans adaları mühendislikle çıkarılan bakteriler ve
virüsler masumlaşır. Bunlar moleküler biyolojide
masum mikrop olarak ve ilaç taşıyıcı olarak kullanılır
• Bakterinin enfeksiyon odağı oluşturma yeteneği
(infektivite) ve konağa zarar verme
potansiyeli(toksijenite) virülans kudretini gösterir
İSTİLA
MİKROP SAYISI
GİRİŞ YOLU
Mukoz membranlar
•Solunum yolu
•Gastrointestinal yol
•Genitoüriner yol
•Konjüktiva
Deri
Parental yol
KONAK SAVUNMASINI
ATLATMA
Kıyafet değiştirme
Enzim ve toksin salma
Bağışıklık sistemini
şaşırtma ve bloke
etme
YAPIŞKANLIK
KONAK HÜCRE HASARI
(SİTOPATİK ETKİ)
Doğrudan hasar
vermek
Zehirlemek
ÇIKIŞ YOLU
Her mikrop genellikle
girdiği yoldan çıkar
PATOGENEZ
Enfeksiyon
Bağışıklık
Sistemini
atlatma
Bağışıklık Sistemini
anormal yanıta
sürükleme
Virülans Faktörlerinin
çalışmaya başlaması
İstila
Doku hasarı
Hastalık
ENFEKSİYONDA VİRÜS-BAKTERİ İŞBİRLİĞİ
Virüslerin mukoza bariyerlerinde
açtıkları lezyonlar bakterilerin
buralarda enfeksiyon hasarı
oluşturmasına yol açar
Bağışıklık sisteminin dengesizliğinden
kaynaklanan hastalıklar
(virülans kudretinin yüksekliği veya mikrop yok edilse bile
savunmaya devam nedeniyle)
•
OTO SALDIRI ve DOKU HASARI
•
OTOİMMÜN HASTALIK
•
İMMÜN KOMPLEKS YIĞIŞMALARI
Enfeksiyon hastalıklarının
günümüzdeki başlatııcları
İlacı olmayan yeni mikropların evrimleşmesi
Hastaların toplum içine önlemsiz girmesi
Ekolojik değişiklikler ve Seyahat
Hastane enfeksiyonları (hastanede yatan hastaların üçte biri
antibiyotik tedavisi altındadır. Her 10 hastadan biri enfeksiyonu
hastanede yatarken edinir)
Halk sağlığı önlem ve kontrollerinin gereğince
yapılmaması
Bağışıklığı bozan etmenler ve çevre kirliliği
Kötü gıdalar
Yoksulluk, Cehalet ve Hijyensizlik
Savaş, Afet ve İnsan topluluklarının göçleri
48
6
Hasta Olmak ya da Olmamak
Konak Savunması
Başarılı bir konak:
1. Hücrelerinde gıda azalması, maddi hasar, hücreiçi
geometrisinde değişiklik, genlerinin çalışmasındaki zorluk
sorunlarını ilgili sensörleriyle tanıyarak hemen stres yanıt
sistemini aktive etmeli
2. Mikropların yüzey moleküllerini, zehirlerini, döküntülerini ve
stres yanıtını tanıyan bağışıklık sistemi hemen akut yanıt
savunmasını başlatmalı
3. Savunma, mikrobu yok etmeli veya en azından çoğalmamaya
iteklemeli
4. Mikrop çoğalmayınca savunma ve stres yanıtları hemen
durarak tamir sistemini işletmeye başlamalı
50
Enfeksiyon Hastalıkları ile Toplumsal
Refah Maliyetinin İlişkisi
Aşılama ve antibiyotik kullanımı yaygınlaşıncaya kadar
insan ölümlerinin başlıcası ve büyük kısmı patojenlerle
olan kitlesel salgınlarla meydana geliyordu. Ortalama
insan ömrü 40 yaş idi.
Günümüzde enfeksiyon hastalıklarından ölümler tüm
ölümlerin %17’sine inmiş ve ortalama ömür 80’e
yükselmiştir.
51
Başarısız konak olmanın nedenleri
1. Kişinin bağışıklık sistemi;
genetik, hücre program ayarı ve/veya anatomik
açıdan yetersiz
çevredeki kimyasal, fiziksel ve psikolojik etkenlerin
baskısı altında
yeterli yanıt için dokudan izin alamıyor
olgunlaşmasını tamamlayamamış
yaşlı veya sağlıksız bir vücutta bulunuyor
2. Patojen;
yüksek virülans kudretli (patojenitesi yüksek)
konakta mutasyonla daha çok virülans kazanıyor
iyi saklanma stratejisi var
dikkat çekmeyecek kadar az ve/veya yavaş ürüyor
Enfeksiyonda olasılıklar
Konak hücre ile mikrobun
karşılaşması
Kommensal ilişki
(savunma durdurmuş, hasar
yok)
İyileşme
Enfeksiyon
Mikrop
yok ediliyor
Tedaviyle
iyileştirme
(mikrobun,
parçalarının,
etkilerinin
silinmesi)
Hastalık
(savunma yetersiz, hasar
hızla artıyor)
Ölüm
Hastalık
(sistemler normal
işlevine dönemiyor)
Yayılma
Kalıcı
(savunma yavaşlamış, hasar
yavaş artmakta)
(savunma saldırıyı
sabitlemiş, sabit düzey
sürekli hasar)
Terminoloji
Patojen
Mikrobiyom
Konak:
Enfeksiyon ajanını ağırlayan canlı
Aşılama:
Vücuda mikrobu öldüren protein ürettirme
Enfeksiyon ajanı:
Patojen mikroorganizma
Fırsatçı enfeksyon
Eradike etmek: Silmek
DSÖ:
Dünya Sağlık Örgütü
Parazitlik:
Asalaklık yapmak
Enfeksiyon: İşgal etmek
Mutasyon
Stres Sistemi
Tamir Sistemi
Akut
54