T.C.
DÜZCE ÜNİVERSİTESİ
FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
POLİMER YÜZEYLER ÜZERİNE CANDIDA TÜRLERİNİN
TUTUNMASININ İNCELENMESİ
HARUN RAHMET MUT
YÜKSEK LİSANS TEZİ
KİMYA ANABİLİM DALI
DANIŞMAN
DR. ÖĞR. ÜYESİ İKRİME ORKAN UÇAR
T.C.
DÜZCE ÜNİVERSİTESİ
FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
POLİMER
YÜZEYLER
ÜZERİNE
CANDIDA
TÜRLERİNİN
TUTUNMASININ
İNCELENMESİ
Harun Rahmet MUT tarafından hazırlanan tez çalışması aşağıdaki jüri tarafından Düzce Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Kimya Anabilim Dalı’nda YÜKSEK LİSANS TEZİ olarak kabul edilmiştir.
Tez Danışmanı
Dr. Öğr. Üyesi İkrime ORKAN UÇAR Düzce Üniversitesi
Jüri Üyeleri
Dr. Öğr. Üyesi İkrime ORKAN UÇAR
Düzce Üniversitesi _____________________
Dr. Öğr. Üyesi Sema ALLI
Düzce Üniversitesi _____________________
Dr. Öğr. Üyesi Merve DANDAN DOĞANCI
Kocaeli Üniversitesi _____________________
iii
BEYAN
Bu tez çalışmasının kendi çalışmam olduğunu, tezin planlanmasından yazımına kadar bütün aşamalarda etik dışı davranışımın olmadığını, bu tezdeki bütün bilgileri akademik ve etik kurallar içinde elde ettiğimi, bu tez çalışmasıyla elde edilmeyen bütün bilgi ve yorumlara kaynak gösterdiğimi ve bu kaynakları da kaynaklar listesine aldığımı, yine bu tezin çalışılması ve yazımı sırasında patent ve telif haklarını ihlal edici bir davranışımın olmadığını beyan ederim.
31 Temmuz 2019
TEŞEKKÜR
Yüksek Lisans öğrenimimde ve bu tezin hazırlanmasında gösterdiği her türlü destek ve yardımdan dolayı çok değerli hocam Dr. Öğr. Üyesi İkrime ORKAN UÇAR’a en içten dileklerimle teşekkür ederim.
Yüksek Lisans öğrenimimde ve bu tezin hazırlanmasında gösterdiği her türlü destek ve yardımdan dolayı Dr. Öğr. Üyesi Emel ÇALIŞKAN ve Dr. Özge KILINÇEL’e teşekkür ederim.
Bu çalışma boyunca yardımlarını ve desteklerini esirgemeyen Düzce Üniversitesi Tıbbi Mikrobiyoloji Anabilim Dalı Laboratuvarı çalışanlarına, sevgili aileme ve çalışma arkadaşlarıma sonsuz teşekkürlerimi sunarım.
Bu tez çalışması, Düzce Üniversitesi BAP-2016.06.07.488 numaralı Bilimsel Araştırma Projesiyle desteklenmiştir.
v
İÇİNDEKİLER
ŞEKİL LİSTESİ ... vii
ÇİZELGE LİSTESİ ... x
KISALTMALAR ... xi
SİMGELER ... xii
ÖZET ... xiii
ABSTRACT ... xiv
1.
GİRİŞ ... 1
2.
LİTERATÜR İNCELEMESİ ... 4
2.1.MANTARLARINGENELÖZELLİKLERİ ... 4
2.1.1. Candida Türleri ... 5
2.1.1.1. Tarihçe ve Taksonomi ... 7
2.1.1.2. Candida albicans (C. albicans) ... 9
2.1.1.3. Candida tropicalis (C. tropicalis) ... 10
2.1.1.4. Candida glabrata (C. glabrata) ... 10
2.1.1.5. Candida parapsilosis (C. parapsilosis) ... 11
2.1.1.6. Candida krusei (C. krusei) ... 12
2.1.1.7. Candida’ların Plastik Materyallere Adhezyonu ... 14
2.1.2. Candida Enfeksiyonları ... 15
2.1.2.1. Adezyon (Yapışma) ... 17
2.1.3. Biyofilmler ... 18
2.1.3.1. Biyofilm Oluşumu ... 19
2.1.3.2. Biyofilmlerin Adhezyonu ve Kolonizasyonu ... 20
2.1.3.3. Biyofilm Enfeksiyonları ... 23
2.1.3.4. Tıbbi Cihazlarda/Protezlerde Biyofilm Oluşumu ve Yapışmanın Önlenmesi... 25
2.1.3.5. Biyofilm ve Candida İlişkisi ... 28
2.1.4. Mikroorganizma Adezyonu ve Gelişimine Yardımcı Olan Etmenler ... 28
2.1.4.1. Serbest Yüzey Enerjisi ... 28
2.1.4.2. Temas Açısı ... 29
2.1.4.3. Yüzey Pürüzlülüğü ... 30
2.1.5. Mikroorganizmaların Yapıştığı Yüzeylerin Temas Açısı ve Serbest Yüzey Enerjisi Analizleri ile Karakterizasyonu ... 30
3.
MATERYAL METOD ... 33
3.1.MATERYAL ... 33
3.1.1. Polimerler ... 33
3.1.2. Çözücü ... 34
3.1.3. Maya Türleri ve Besiyeri ... 34
3.2.METOT ... 35
3.2.1. Saf Polimer ve Polimer Karışımı Yüzeylerin Hazırlanması ... 35 Sayfa No
vi
3.2.2. Mikrobiyoloji Deneyleri... 36
3.2.2.1. SDA Besiyerinin Hazırlanması ... 36
3.2.2.2. Pasajlama ... 36
3.2.2.3. Deney Tüplerine Mayaların Eklenmesi ... 37
3.2.2.4. Kaplanmış Lamlara Maya Ekimi ... 37
3.2.2.5. Lamların Yıkanması ... 38
3.2.3. Yüzeylerin Karakterizasyonu ... 39
3.2.3.1. Yüzey Morfolojisi ... 39
3.2.3.2. Temas Açısı ... 40
3.2.3.3. Serbest Yüzey Enerjisi ... 41
3.2.3.4. Yüzey Kaplama Oranı ... 41
4.
BULGULAR VE TARTIŞMA ... 42
4.1.EVA-PPKARIŞIMIYÜZEYLERİNKARAKTERİZASYONU ... 42
4.2.EVA-PPKARIŞIMIYÜZEYLERİNMİKROBİYOLOJİKANALİZLERİ 48 4.2.1. Candida albicans’ın Polimer Yüzeyler Üzerine Adezyonu ... 48
4.2.2. Candida tropicalis’in Polimer Yüzeyler Üzerine Adezyonu ... 54
4.2.3. Candida glabrata’nın Polimer Yüzeyler Üzerine Adezyonu ... 59
4.2.4. Candida krusei ve Candida parapsilosis’in Polimer Yüzeyler Üzerine Adezyonu ... 65
5.
SONUÇ VE ÖNERİLER ... 69
6.
KAYNAKLAR ... 71
vii
ŞEKİL LİSTESİ
Sayfa No
Şekil 2.1. Pal agar ile takviye edilmiş CHROM agarda Candida kolonileri [15]. ... 4
Şekil 2.2. a) Sabouraud dekstroz agar (SDA) üzerinde C. albicans büyümesi, b) CHROM agar'ın üst yarısında maya büyümesi; c) CHROM agar üzerindeki çeşitli Candida mayalarının morfolojisi ve rengi [22]. ... 6
Şekil 2.3. Bazı Candida türlerinin mısır unu Tween 80'deki makroskobik kolonileri ve SDA'daki mikroskobik yapısı. Mikroskobik yapılar: (a) Candida glabrata; (b) Candida parapsilosis; (c) Candida tropicalis; makroskopik koloniler: (d) Candida glabrata; (e) Candida parapsilosis; (f) Candida tropicalis [27]. ... 7
Şekil 2.4. C. albicans’ın sert agar petri kabındaki morfolojisi [38]. ... 9
Şekil 2.5. C. krusei - Nickerson agarındaki mikro kültür [56]. ... 13
Şekil 2.6. C. albicans ile enfekte olmuş tıbbi kateterin SEM görüntüsü [59]. ... 15
Şekil 2.7. C. albicans'ın maya formu ve filamentli formu arasındaki geçişi [68]. ... 18
Şekil 2.8. (a) Hastadan çıkarılan bir kateterin deliğinin etrafına toplanma. (b) kateterin gözünün etrafındaki kristalin biyofilmindeki kalsiyum fosfatın basil, kok ve mikrokristalin kümeleri [71]. ... 19
Şekil 2.9. Bir biyofilm oluşumunun şematik gösterimi [72]. ... 20
Şekil 2.10. Üretral stentlerde biyofilm oluşumu. Tamamen idrar yolu içinde kalan üretral stentler üzerinde gelişen biyofilmin SEM görüntüsü [77]. ... 22
Şekil 2.11. PS disk üzerinde oluşan Candida biyofilminin SEM görüntüsü [82]. ... 23
Şekil 2.12. Deri altı intravasküler cihazın potansiyel enfeksiyon kaynakları [87]. ... 24
Şekil 2.13. Vasküler bir kateterin yüzeyinde in vitro olarak oluşan C. albicans biyofilminin SEM görüntüsü [91]. ... 26
Şekil 2.14. Medikal cihazla ilişkili enfeksiyonların önlenmesi için olası sentetik yüzey ve nano işlevselleştirme yaklaşımları [94], [95]. ... 27
Şekil 2.15. Temas açısı kavramı [109]. ... 30
Şekil 2.16. Temas açısı ölçümü [111]. ... 31
Şekil 2.17. İlerleme ve gerileme temas açıları [112]. ... 31
Şekil 3.1. PP ve EVA polimerlerinin yapısı. ... 33
Şekil 3.2. Ksilen’in yapısı. ... 34
Şekil 3.3. Deney düzeneği şeması (soldaki), daldırarak kaplama cihazı (sağdaki). ... 35
Şekil 3.4. Sabouraud Dekstroz Agar Toz Besiyeri (SDA) (soldaki), petriye dökümü yapılmış SDA besiyeri (sağdaki). ... 36
Şekil 3.5. Üremiş Mayalar. ... 36
Şekil 3.6. Tüp içerisindeki SDA içine dağıtılmış mayalar. ... 37
Şekil 3.7. Yıkama öncesi içinde substrat bulunan üzeri maya kaplı petriler. ... 38
Şekil 3.8. Kristal viyole ile boyanmış substratlar. ... 39
Şekil 3.9. Nikon Eclipse LV 100 ND optik mikroskop (soldaki) PhaseView Zeescope profilometre (sağdaki). ... 39
Şekil 3.10. FEI Quanta Feg 250 taramalı elektron mikroskobu (SEM). ... 40
viii
Şekil 3.12. a) Denge, b) ilerleme, c) gerileme temas açısı. ... 41 Şekil 3.13. Fotoğrafların Image J görüntü analiz programında işlenmesi. ... 41 Şekil 4.1. Polimer yüzeylerin 500x büyültmede çekilen optik mikroskop görüntüleri.
... 43 Şekil 4.2. Polimer yüzeylerin 5000x büyültmede çekilen SEM görüntüleri. ... 44 Şekil 4.3. Polimer yüzeylerin 50x büyütmede çekilen 3D yüzey profilleri. ... 45 Şekil 4.4. Polimer yüzeylere tutunan C. albicans’ın 200x büyültmede çekilmiş optik
mikroskop görüntüleri. ... 48 Şekil 4.5. Polimer yüzeylere tutunan C. albicans’ın yüzey kaplama oranı ile
polimerlerdeki ağırlıkça % EVA-12 içeriği arasındaki ilişki. ... 50 Şekil 4.6. Polimer yüzeylerin denge temas açısı değerleri ile polimerlerdeki ağırlıkça
% EVA-12 içeriği arasındaki ilişki. ... 50 Şekil 4.7. Polimer yüzeylere tutunan C. albicans’ın yüzey kaplama oranı ile denge
temas açısı arasındaki ilişki. ... 51 Şekil 4.8. Polimer yüzeylere tutunan C. albicans’ın yüzey kaplama oranı ile ilerleme
temas açısı arasındaki ilişki. ... 51 Şekil 4.9. Polimer yüzeylere tutunan C. albicans’ın yüzey kaplama oranı ile temas
açısı histeresisi arasındaki ilişki. ... 52 Şekil 4.10. Polimer yüzeylere tutunan C. albicans’ın yüzey kaplama oranı ile yüzey
pürüzlülüğü arasındaki ilişki. ... 52 Şekil 4.11. Polimer yüzeylere tutunan C. albicans’ın yüzey kaplama oranı ile serbest
yüzey enerjisi arasındaki ilişki. ... 53 Şekil 4.12. Polimer yüzeylere tutunan C. tropicalis’in 200x büyültmede çekilmiş
optik mikroskop görüntüleri. ... 54 Şekil 4.13. Polimer yüzeylere tutunan C. tropicalis’in yüzey kaplama oranı ile
polimerlerdeki ağırlıkça % EVA-12 içeriği arasındaki ilişki. ... 55 Şekil 4.14. Polimer yüzeylere tutunan C. tropicalis’in yüzey kaplama oranı ile denge
temas açısı arasındaki ilişki. ... 56 Şekil 4.15. Polimer yüzeylere tutunan C. tropicalis’in yüzey kaplama oranı ile
ilerleme temas açısı arasındaki ilişki. ... 56 Şekil 4.16. Polimer yüzeylere tutunan C. tropicalis’in yüzey kaplama oranı ile temas
açısı histeresisi arasındaki ilişki. ... 57 Şekil 4.17. Polimer yüzeylere tutunan C. tropicalis’in yüzey kaplama oranı ile yüzey
pürüzlülüğü arasındaki ilişki. ... 57 Şekil 4.18. Polimer yüzeylere tutunan C. tropicalis’in yüzey kaplama oranı ile
serbest yüzey enerjisi arasındaki ilişki. ... 58 Şekil 4.19. Polimer yüzeylere tutunan C. glabrata’nın 200x büyültmede çekilmiş
optik mikroskop görüntüleri. ... 59 Şekil 4.20. Polimer yüzeylere tutunan C. glabrata’nın yüzey kaplama oranı ile
polimerlerdeki ağırlıkça % EVA-12 içeriği arasındaki ilişki. ... 60 Şekil 4.21. Polimer yüzeylere tutunan C. glabrata’nın yüzey kaplama oranı ile denge
temas açısı arasındaki ilişki. ... 61 Şekil 4.22. Polimer yüzeylere tutunan C. glabrata’nın yüzey kaplama oranı ile
ilerleme temas açısı arasındaki ilişki. ... 61 Şekil 4.23. Polimer yüzeylere tutunan C. glabrata’nın yüzey kaplama oranı ile temas
açısı histeresisi arasındaki ilişki. ... 62 Şekil 4.24. Polimer yüzeylere tutunan C. glabrata’nın yüzey kaplama oranı ile yüzey
pürüzlülüğü arasındaki ilişki. ... 62 Şekil 4.25. Polimer yüzeylere tutunan C. glabrata’nın yüzey kaplama oranı ile
ix
Şekil 4.26. Polimer yüzeylere tutunan C. krusei’nin 200x büyültmede çekilmiş optik mikroskop görüntüleri. ... 65 Şekil 4.27. Polimer yüzeylere tutunan C. parapsilosis’in 200x büyültmede çekilmiş
optik mikroskop görüntüleri. ... 66 Şekil 4.28. Polimer yüzeylere tutunan C. krusei’nin yüzey kaplama oranı ile
polimerlerdeki ağırlıkça % EVA-12 içeriği arasındaki ilişki. ... 68 Şekil 4.29. Polimer yüzeylere tutunan C. parapsilosis’in yüzey kaplama oranı ile
x
ÇİZELGE LİSTESİ
Sayfa No
Çizelge 2.1. Candida’ların taksonomik sınıflandırılması [31]. ... 8
Çizelge 2.2. Test sıvılarının yüzey gerilimi bileşenleri (mN/m) [114]. ... 32
Çizelge 3.1. Polimerlerin teknik spesifikasyonları. ... 33
Çizelge 3.2. Ksilen’in teknik spesifikasyonları. ... 34
Çizelge 4.1. Kullanılan polimer yüzeyler ve kısaltmaları. ... 42
Çizelge 4.2. Polimer yüzeylerin yüzey pürüzlülüğü parametreleri (µm). ... 46
Çizelge 4.3. Polimer yüzeyler üzerinde ölçülen temas açısı ve temas açısı histeresisi değerleri (°). ... 46
Çizelge 4.4. Polimer yüzeyler üzerinde ölçülen test sıvılarının denge temas açısı değerleri, van Oss-Good eğitliğine göre hesaplanan serbest yüzey enerjisi değerleri ve parametreleri (mJ/m2). ... 47
Çizelge 4.5. Polimer yüzeylere tutunan C. albicans’ın yüzey kaplama oranı değerleri. ... 49
Çizelge 4.6. Polimer yüzeylere tutunan C. tropicalis’in yüzey kaplama oranı değerleri. ... 55
Çizelge 4.7. Polimer yüzeylere tutunan C. glabrata’nın yüzey kaplama oranı değerleri. ... 60
Çizelge 4.8. Polimer yüzeylere tutunan C. krusei’nin yüzey kaplama oranı değerleri. . 67
Çizelge 4.9. Polimer yüzeylere tutunan C. parapsilosis’in yüzey kaplama oranı değerleri. ... 67
xi
KISALTMALAR
CAH Contact angle hysteresis (Temas açısı histeresisi)
C. albicans Candida albicans
C. glabrata Candida glabrata
C. krusei Candida krusei
C. parapsilosis Candida parapsilosis
Candida spp. Candida türleri
C. tropicalis Candida trapicalis
C6H4(CH3)2 Ksilen
CHROM agar Chromogenic Media (Kromojenik besiyeri) CSH Cell surface hydrophobicity (Hücre yüzeyi hidrofobikliği)
EVA-12 Etilen vinil asetat kopolimeri
EPS Extracellular Polymeric Substance
PBS Phosphate-buffered saline (Fosfat tamponlu tuz çözeltisi)
PP Polipropilen
PS Polistiren
PVC Polivinilklorür
𝑅 Maksimum pik yüksekliği
𝑅 Ortalama karekök yüzey pürüzlülüğü
𝑅 Maksimum profil yüksekliği
𝑅 Maksimum vadi derinliği
SDA Sabouraud dextrose agar
SEM Scanning electron microscopy (Taramalı elektron mikroskobu) SFE Surface free energy (Serbest yüzey enerjisi)
xii
SİMGELER
𝛾 Ara yüzey gerilimi
𝛾 Sıvı-buhar ara yüzey gerilimi
𝛾 Katı-sıvı ara yüzey gerilimi
𝛾 Katı-buhar ara yüzey gerilimi
𝛾 Toplam serbest yüzey enerjisi
𝜃 Temas açısı
𝜃 İlerleme temas açısı
𝜃 𝜃 Temas açısı histeresisi
𝜃 Denge temas açısı
xiii
ÖZET
POLİMERYÜZEYLERÜZERİNECANDIDATÜRLERİNİN TUTUNMASININİNCELENMESİ
Harun Rahmet MUT Düzce Üniversitesi
Fen Bilimleri Enstitüsü, Kimya Anabilim Dalı Yüksek Lisans Tezi
Danışman: Dr. Öğr. Üyesi İkrime ORKAN UÇAR Temmuz 2019, 79 sayfa
Mikroorganizmalar için adeta bir koruyucu örtü vazifesi gören, canlı veya cansız bir yüzeye ürettikleri organik bir matriks ile yapışarak yaşayan, kalıcı bir tıbbi araç veya katetere sahip olup, immün sistemi baskılanmış olan hastalarda çok ciddi enfeksiyonlara yol açabilen kaygan özellikteki mikroorganizma topluluğu olarak ifade edilen biyofilmler, protezler, lensler, kateterler, stentler, yapay kalp kapakçıkları, kalp pilleri, meme implantları, böbrek taşı, akciğer dokusu gibi canlı ve cansız birçok yüzeyde bulunabilirler. Sebep oldukları ciddi enfeksiyonlarla tedavi masraflarını çok ciddi oranda yükseltebilen bu mikroorganizmaların en çok bilinenlerinden bir tanesi Candida türleri olup insanda ağız, sindirim yolu, vagina mukozası, ve derinin kalıcı mikroflorasının üyesidirler. Malzeme yüzeylerinin mikroorganizmalar ile etkileşiminin incelenmesi mikrobiyal kaynaklı enfeksiyon bazlı hastalıkların önüne geçilebilmesi adına büyük önem taşımaktadır. Bu tez çalışmasının amacı etilen vinil asetat kopolimeri (EVA-12), polipropilen homopolimeri (PP) ve EVA-PP karışımı polimerik yüzeyler üzerine medikal alanda fırsatçı patojenler olarak da bilinen ve sistemik mantar enfeksiyonlarının başlıca sebebi olan Candida türlerinin adezyonunun incelenmesi ve yüzey özellikleri ile ilişkilendirilmesidir. Candida türlerinin polimerik yüzeylere yapışmasını değerlendirmek için farklı yüzey pürüzlülüğüne sahip polimerik yüzeyler daldırarak kaplama tekniği kullanılarak sentezlenmiştir. Polimerik yüzeylerin yüzey karakterizasyonu optik mikroskop, profilometre, taramalı elektron mikroskobu (SEM), temas açısı ölçümleri ve serbest yüzey enerjisi analizleri ile gerçekleştirilmiştir. Candida türlerinin polimerik yüzeyleri kaplama oranı Image J görüntü analiz programı kullanılarak tespit edilmiştir. Anahtar sözcükler: Polimerik yüzeyler, Polipropilen, Etilen vinil asetat, Candida, Adezyon, Biyofilm.
xiv
ABSTRACT
INVESTIGATIONOFADHERENCEOFCANDIDASPECIESTOPOLYMER SURFACES
Harun Rahmet MUT Düzce University
Graduate School of Natural and Applied Sciences, Department of Chemistry Master’s Thesis
Supervisor: Assist. Prof. Dr. İkrime ORKAN UÇAR July 2019, 79 pages
Biofilms which serve as a protective cover for microorganisms, live with a self-produced organic matrix onto a living or non-living surface, lead to very serious infections in immunocompromised patients that were having a permanent medical device or catheter and define microorganism community which have slippery property can be found on many living and inanimate surfaces such as prostheses, lenses, catheters, stents, artificial heart valves, pacemakers, breast implants, kidney stones, lung tissue. One of the most well-known of these microorganisms, which can increase treatment costs severely by serious infections, is Candida species, which are members of the mouth, digestive tract, vagina mucosa, and permanent microflora of the skin. Investigation of the interaction of material surfaces with microorganisms is of great importance in order to prevent infection-based diseases of microbial origin. The aim of this study is to investigate adhesion behavior of Candida species which are known as opportunistic pathogens in the medical field and the main cause of systemic fungal infections on ethylene vinyl acetate copolymer (EVA-12) and polypropylene homopolymer (PP) and EVA-PP blend polymeric surfaces and to associate with surface properties. Polymeric surfaces having different surface roughness were synthesized using the dip coating technique to evaluate the adhesion of Candida species to polymeric surfaces. Surface characterization of polymeric surfaces was performed by optical microscope, profilometer, scanning electron microscope (SEM), contact angle measurements and surface free energy analysis. The surface coverage ratio of the polymeric surfaces occupied by Candida species was determined using the Image J image analysis program.
Keywords: Polymeric surfaces, Polypropylene, Ethylene vinyl acetate, Candida, Adhesion, Biofilm.
1
1. GİRİŞ
İnsan vücudunda kommensal şekilde yaşayan birçok maya türü vardır. Candida adı verilen mayalar da bu türlerinden biridir. Candida cinsi mikroorganizmalar özellikle ağız, solunum, mide-bağırsak, dişi genital yolları mukozalarının normal florasının bir parçasıdır. Genellikle iyi huylu, zayıflamış veya immün sistemi baskılanmış bireylerde intravenöz (kan dolaşımına) sokulursa, patojenlik davranışı gösterebilen parazitik olarak davranabilirler. Mikroorganizmalar, çevresel faktörlere karşı direnç, atıkların uzaklaştırılması, fagositoz, antibiyotiklerden korunma, yeni genetik özellikler geliştirme ve biyofilm oluşturma gibi birçok avantaja sahiptirler [1]. Candida’ların konak doku-hücrelere veya plastik yüzeylere tutulumu, maya hücreleri tarafından kolonizasyonu ve daha sonra yayılmış mantar enfeksiyonu gelişimini başlatması için ön koşuldur. Konak dokulara mikroorganizma yapışması, genel olarak enfeksiyon patogenezinde önemli bir adım olarak kabul edilmiştir. Bağlanma mekanizmalarının bilgisi ve çözümlenmesi insanlarda ve deney hayvanlarında enfeksiyonun modifikasyonu veya önlenmesi için yaklaşımlara dönüştürülmüştür [2]. Candida’lar konakçı ortamda en az üç farklı biçimde
var olabilirler. Maya formu asidik koşullarda hayatta kalırken, mantar formu nötr veya alkalin bir pH'ta büyüme gösterir. Bağırsaklardaki koşullar değiştikçe, Candida’lar bu iki form arasında geçiş yapabilir ve ortamdaki olumsuz değişikliklere karşı adapte olabilirler.
Candida'nın uyum sağladığı bir başka yol da çevresinin pH'sini ayarlayabilmesidir. Candida türleri arasında mukozal dokulara yapışma kabiliyetleri bakımından bir hiyerarşi
vardır. İnsanlardaki en yaygın mantar ortakçısı ve en önemli mantar patojeni olan
Candida albicans (C. albicans), çok çeşitli çevresel pH koşullarına karşı toleranslıdır [3]. Candida suşlarının hidrofobik yüzeylere yapışmasında bazı çelişkili sonuçlar bildirmiştir.
Minagi ve arkadaşları [4] hidrofobik yüzeylerin, birim alan başına daha az mikroorganizma yapışması gösterdiğini bildirirken, Klotz ve arkadaşları [5] Candida yapışmasının, hidrofobik yüzeylerde arttığını göstermiştir. Bir mikroorganizmanın yüzeye yapışmasının iki aşamalı bir işlem olduğu tahmin edilmektedir. Bunlar kesin olmayan başlangıç etkileşimleri ile belirli yapışma reseptörü etkileşimleridir [6]. Malzemelerin yüzey enerjisi parametreleri Candida’ların yapışma derecesini belirlemede önemli diğer bir faktördür. Ayrıca, polimerik malzemelerin yüzey özellikleri ile Candida
2
yapışması arasındaki ilişkiyi açıklığa kavuşturmak için temas açısı ölçümleri ve serbest yüzey enerjisi analizleri araştırmanın doğruluğunun teyidi açısından büyük önem taşır.
Candida türleri ile konakçı doku hücreleri ve polimerik yüzeyler arasındaki etkileşimler
karmaşıktır ve birkaç araştırmacı bağlanma mekanizmasının Candida hücre ligandları ve konakçı hücre reseptörleri arasındaki etkileşimleri içerdiğini ileri sürmüştür [7], [8]. Mantar biyofilmlerinin kontrolü, sağlık hizmetleri açısından önemli bir zorluktur. Önleyici bir yaklaşım olarak, kalıcı tıbbi cihazlar ve mikroorganizmalar arasındaki yapışmayı en aza indirmek, ileriye dönük önemli bir adım olacaktır. Yüksek dereceli nano-çukur topoğrafya dizilerinin C. albicans'ın fiziksel yapışma kapasitesini önemli ölçüde azalttığı gösterilmiştir [9].
Candida türlerinin plastik yüzeylere yapışmasının, London-van der Waals kuvvetleri
(hidrofobik kuvvetler) ve elektrostatik kuvvetler tarafından kontrol edildiği gösterilmiştir.
Candida türlerinin inert polimerik yüzeylere yapışması, insan konağına doğrudan
erişimine destek sağlayabilir [5]. Mikroorganizma kolonizasyonu, antimikrobiyal maddelere direnç ve bağışıklık sistemi, mikroorganizmanın malzeme yüzeylerinden ayrılmasını engelleyen biyofilm oluşumuyla gerçekleşir. C. albicans biyofilm oluşumu, ağız boşluğunun dinamik ortamında diğer mikroorganizmaların varlığından etkilenir [10]. Candida enfeksiyonları, antifungal dirençli suşların ortaya çıkmasının artması nedeniyle önemli bir sağlık sorunu olduğundan, yeni antifungal ajanların araştırılması, kandidiyaza karşı tedavi stratejilerinin iyileştirilmesi için umut verici bir fırsat sunmaktadır [11].
Hücre-hücre etkileşimlerinde yer alan fizikokimyasal faktörlerin ayrıntılı olarak tartışması, bu incelemenin kapsamı dışındadır. Bununla birlikte, maya-konak hücre-plastik yüzey etkileşimleri altında yatan temel kavramlar, Candida'nın yapışmasının irdeleneceği yararlı bir perspektif sağlayabilir. Freter ve Jones [12] tarafından açıklandığı gibi, in vitro olarak gözlemlenen belirli bir yapışma formunun in vivo kolonizasyonda veya enfeksiyonlarda rol oynayıp oynamadığının analiz edilmesi büyük önem arz eder. Yapılan çalışmalar [13], [14] tutunmanın virülans ile korele olduğunu göstermektedir. Bu sonuca göre, in vitro yapışmayı önleyen inhibitörler veya diğer engelleyici yöntemler hayvansal doku-hücre veya plastik yüzey modellerinde de kullanılmak üzere değerlendirilebilir. Polimerik biyo-malzemelerin yüzey özelliklerinin değiştirilmesi,
3 yöntemdir.
Bu tez çalışmasında klinik tıpta rastlanan ve en yaygın hastalık nedeni olan 5 virülent mayanın (Candida albicans (C. albicans), Candida tropicalis (C. tropicalis), Candida
glabrata (C. glabrata), Candida kruısei (C. krusei), ve Candida parapsilosis (C. parapsilosis)) etilen vinil asetat kopolimeri (EVA-12), polipropilen homopolimeri (PP)
ve EVA-PP bazlı polimerik malzemelerin yüzeylerine adezyonu incelenmiş ve yüzey özellikleri ile ilişkilendirilmiştir.
Çalışmada C. albicans, C. tropicalis ve C. glabrata mikroorganizmaların polimerik yüzeylerde artan pürüzlülük ile yapışma derecelerinin arttığı tespit edilmiş ve bu durum yüzey özellikleri ile ilişkilendirilmiştir. C. krusei ve C. parapsilosis içinse tutunma dereceleri ile yüzeylerin fizikokimyasal özellikleri arasında anlamlı bir ilişki tespit edilememiştir.
Bu durum intravasküler kataterler, diş protezleri, idrar sondaları, protez kalp kapakları ve diğer bazı tıbbi cihazları içeren enfeksiyonlarda önemli olabilir. Polimerlerin ve bunların mikro ölçekteki etki alanlarının yüzey özelliklerinin araştırılması ve mikroorganizmalarla olan etkileşiminin incelenmesi, bu patojenlerin intravasküler kanallara, vasküler protezlere ve diğer medikal cihaz kaplamalarına yapışmasını engellemek veya asgariye indirmek için kullanılabilecek faydalı bilgiler sağlayabilir. Candida’ların yüzeylere bağlanma mekanizmalarının irdelenmesi, bu patojenin neden olduğu hastalıkları asgariye indirme ya da önleme girişimlerinde bulunulması açısından büyük önem taşır.
4
2. LİTERATÜR İNCELEMESİ
2.1. MANTARLARIN GENEL ÖZELLİKLERİ
Mantarlar, heterotrofik özellik gösteren maya ve küf gibi mikroorganizmaları da içeren ökaryotik organizmalardır. Mantar hücrelerinde, bitki ve hayvan hücreleri gibi, bir çekirdek ve organeller bulunur. Mayalar tomurcuklanmayla üreme hücrelerini oluşturan mikroskopik mantarlardır. Bunun aksine, küfler, kutupsal uzama ile büyüyen, hif (hyphae) olarak bilinen uzun filamentlerden meydana gelir. Mantarlar, kloroplastları olmadığı ve fotosentez yapamadıkları için bitkiler gibi kendi besinlerini kendileri üretemezler. Mantarlar daha çok hayvanlara benzerler çünkü bu türler kendi besinlerini yapan ototrofların aksine heterotroflardır. Yiyeceklerini çözünmüş molekülleri emerek, genellikle sindirim enzimlerini çevrelerine salgılayarak alırlar. Tek hücreli mantarlar genellikle maya olarak adlandırılır. Saccharomyces cerevisiae (fırıncı mayası) ve
Candida türleri (Candida spp.) (pamukçuk ajanları, konakçıdaki yaygın mantar
enfeksiyonu), tek hücreli mantarların örnekleridir. Mayalar, küfler veya her iki formun bir kombinasyonu olarak oluşabilirler. Dimorfik mantarlar, çevresel koşullara bağlı olarak tek hücreli modlardan çok hücreli durumlara değişebilir. Şekil 2.1’de Pal agar ile takviye edilmiş CHROM agar (Kromojenik Besiyeri) üzerinde 37°C’de 48 saat büyüyen
Candida türlerinin kolonileri gösterilmektedir.
5
Mantarların çoğu, 2-10 µm çapında ve birkaç santimetre uzunluğa sahip silindirik, ipliksi benzeri yapılar olan hifler olarak kendi uçlarında büyürler. Yeni hifler tipik olarak, mevcut hif boyunca dallanma denilen bir işlemle ya da bazen artan ipliksi uçların çatalıyla ortaya çıkarak paralel büyümekte olan hifallere yol açarak oluşur [16]. Çok hücreli mantarların bitkisel miselyumları, hifal uç büyümesi, dallanma ve kaynaşmadan kaynaklanan birbirine bağlı hiflerin sinsitiyal (syncytial) ağlarıdır. Bu tür miseller önemli boyutlara ulaşabilir ve böylece farklı parçalar oldukça farklı çevresel koşullara maruz kalabilir [17]. Filamentli mantarlar, uçsal uzama ile hızla büyüyen, bu sapsız organizmaların substratları keşfetmelerini ve patojenik türler durumunda doku istilasını kolaylaştırmasını sağlayan, hif olarak adlandırılan uzun tübüler hücreler oluşturur [18]. İpliksi mantarların büyük çoğunluğu, hif ucunda (tepe) uzayarak (bir yöne uzanan) kutupsal bir şekilde büyür [19]. Bazı parazitik mantarlar, konakçı hücrelerin emiliminde işlev gören yapılar oluşturur. Mantarlarda, hifler veya miselyumlar daralmış halkalar veya yapışkan ağlar gibi tutunucu yapılara dönüştürülebilir ve adhesif özellikler kazanabilirler. 2.1.1. Candida Türleri
Candida türleri, immün sistemi baskılanmış konakçılarda hastalık ve ölüme neden olan
en sık izole edilen mantar patojenleridir. Kan, doku kültürü veya histolojisi, invaziv
Candida enfeksiyonunu kanıtlamak için yeterlidir, ancak sonuç olarak uzun zaman süren
kısıtlı fizibilite ve duyarlılık yeni yaklaşımlar gerektirir [20]. Candida türleri, hem mukozal hem de derin doku enfeksiyonlarına neden olan mantar patojenleridir. Yapılan çalışmalar, bu patojen tarafından üretilen enfeksiyonların çoğunun, biyofilm büyümesi ile ilişkili olduğunu göstermektedir [21]. Şekil 2.2’de çeşitli agar plakları üzerindeki
6
Şekil 2.2. a) Sabouraud dekstroz agar (SDA) üzerinde C. albicans büyümesi, b) CHROM agar'ın üst yarısında maya büyümesi; c) CHROM agar üzerindeki çeşitli
Candida mayalarının morfolojisi ve rengi [22].
Candida türleri, yüksek mortalite oranları ile ilişkili önemli hastane patojenleridir. Candida türlerinin hızlı tespiti ve tanımlanması, klinik antifungal ilaçları reçete etmek
veya dirençli türleri izole edildiğinde ampirik tedaviyi ayarlamak için erken bir aşamada rehberlik edebilir [23]. Candida’lar, Ascomycota sınıfının bir üyesidir, ancak baskın olarak tek hücreli maya benzeri hücreler oluştururken, cinsin çoğu üyesi mayadan hiflere geri dönüşümlü bir morfolojik değişim geçirebilir. Bu dönüşüm, olumsuz çevresel koşullar altında veya insan konakçısındaki patojenik enfeksiyon sırasında meydana gelir [24]. Candida cinsinde çok yönlü tomurcuklanma ile bölünen ancak ayırt edici hücresel morfolojiye sahip olmayan aseksüel mayalar saptanmıştır [25]. Mantar enfeksiyonları insanda hastalık ve ölüm oranına büyük ölçüde katkıda bulunsa da, bu hastalıkların insan sağlığı üzerindeki etkisi yaygın olarak kabul edilmemektedir. Ayrıca, etkili teşhis yöntemlerine, güvenli, etkili yeni ilaçlara ve aşılara acil ihtiyaç duyulmasına rağmen, insan mantar enfeksiyonlarının patofizyolojisinin araştırılması, diğer patojenlerin neden olduğu hastalıkların gerisinde kalmaktadır [26]. Bazı Candida türlerine ait mikroskobik görüntüler Şekil 2.3’te gösterilmektedir.
7
Şekil 2.3. Bazı Candida türlerinin mısır unu Tween 80'deki makroskobik kolonileri ve SDA'daki mikroskobik yapısı. Mikroskobik yapılar: (a) Candida glabrata; (b) Candida
parapsilosis; (c) Candida tropicalis; makroskopik koloniler: (d) Candida glabrata; (e) Candida parapsilosis; (f) Candida tropicalis [27].
Candida’lar, yüzeysel mukozal hastalıklardan derin yerleşimli mikozlara kadar çeşitli
rahatsızlıklara neden olan insandaki başlıca mantar patojenidir. Biyofilm oluşumu
Candida'nın patojenitesinde önemli bir virülans faktörüdür ve Candida biyofilmlerinin
özellikle yüksek antifungal dirençleri nedeniyle yok edilmeleri oldukça zordur [28]. 2.1.1.1. Tarihçe ve Taksonomi
Candida’lar, tüm maya türlerinin yaklaşık dörtte birini içeren heterojen bir cinstir. Sadece
belirsiz bağlılık türlerini değil aynı zamanda filogenetik ilişkileri çözülmemiş olan bağlantısız türleri de içerir [29]. Kusurlu, dimorfik maya Candida albicans, insan ve diğer sıcak kanlı hayvanların doğal bir üyesidir. Sıklıkla sindirim sistemi ve vajinal yolun zararsız bir birleşimi olarak görülür ve daha az fırsatçı bir patojen olarak bilinir [30]. Çizelge 2.1 Candida’ların taksonomik sınıflandırılmasını göstermektedir.
8
Çizelge 2.1. Candida’ların taksonomik sınıflandırılması [31].
Alem Mantar Şube Ascomycota Sınıf Ascomycetes Sınıf Saccharomycetes Takım Saccharomycetales Familya Saccharomycetaceae Cins Candida Tür Candida Spp.
Candida'nın keşfi ve isimlendirilmesi tarihi, eski Yunanlılardan günümüz
araştırmacılarına kadar uzanmaktadır. Candida algısı, insan konakçısındaki bir vücut boşluğunda biriken ihtihabi sıvının varlığından bilinen bir bulaşıcı maddeye dönüşmüştür. Açıklanan ilk kandidiyazis şekli olan oral pamukçuk etiyolojik ajanının bir mantar patojeni olarak doğru bir şekilde tanımlanmasından önce 200 yıllık tıbbi geçmişi kaydedilmiştir. Pamukçuk'un ilk raporları, mikrobiyal bir patojen kavramını belirlemiştir. Oral kandidiyazis, Hipokrat tarafından milattan önce tanımlanmıştır ve o zamandan beri klinik bir vaka olarak kabul edilmiştir [32]. Martin ve Jones [33], Candida'yı, genellikle bitkilerde yetişen mantarları içeren bir tür olan Monilia cinsine sınıflandırmıştır. Candida
albicans ve ilgili türlerin gerçek taksonomisi ancak yirminci yüzyılda doğrulanmıştır.
Organizma için oral taşıma oranı yüksektir ve sağlıklı popülasyonun neredeyse yarısı organizmayı barındırır. Oral kandidiyazise yatkınlık yaratan faktörler, metabolik, besinsel, mekanik faktörler olarak kabul edilmiştir [34]. Berkhout ise sınıflandırmada daha da ileri giderek Candida cinsi altında yeniden bu türü sınıflandırmıştır [31]. Bununla birlikte, 1954 yılına kadar, sekizinci Botanik Kongresinde Candida cins olarak kabul edilmiştir ve Candida etiyolojisi ve taksonomisi konusundaki 200 yıllık belirsizlik resmen sona erdirilmiştir. Mantarların tanımlanması ve sınıflandırılması için mevcut tekniklerin sınırlamaları ışığında, moleküler analizin potansiyel taksonomik değerine dikkat edilir. Proteinler, nükleik asitler ve mantarların diğer polimerik bileşenleri gibi makro moleküllere taksonomi teknikleri için özellikle dikkat edilir [35]. Yaklaşık 350 türden C. albicans, C. tropicalis, C. glabrata, C. parapsilosis ve C. krusei insanda görülen enfeksiyonlarla en sık ilişkili olan maya türleridir.
9 2.1.1.2. Candida albicans (C. albicans)
C. albicans ve ilişkili Candida türleri, klinik tıpta karşılaşılan en yaygın mantarsı fırsatçı
patojenlerdir [36]. C. albicans, Candida cinsinin en önemli ve en iyi bilinen maya türüdür. Bu mayalar fakültatif yani değişen şartlara göre davranabilen patojenlerden biridir (sadece belirli koşullar altında hastalığa neden olurlar) ve insan bağışıklık sistemi ve diğer mikroorganizmalar ile denge halinde olan bir mantar (saprobiont) olarak kabul edilirler.
C. albicans mayası, ağız ve mide-bağırsak sisteminde yaşayan ve insan popülasyonunun
%80'inde bulunan bir grup mikroorganizma olan normal sindirim florasının bir parçasıdır. İnsan mukozalarında doğal halde yaşayan maya genellikle herhangi bir özel hastalığa veya semptoma neden olmaz. C. albicans çok yönlü, fırsatçı patojenik bir mikroorganizma olması nedeniyle kolonize oldukları sırada pek çok enfeksiyona neden olabilirler. Candida’lar konakçı ortamda en az üç farklı biçimde var olabilir. Maya formu asidik koşullarda hayatta kalırken, mantar formu nötr veya alkalin bir pH'ta büyüme gösterir. Bağırsaklardaki koşullar değiştikçe, Candida bu iki form arasında geçiş yapabilir ve ortamdaki olumsuz değişikliklere adapte olabilir. Candida’nın uyum sağladığı bir başka durum ise çevresinin pH'sini ayarlayabilmesidir. C. albicans maya formundan mantar (fungal) forma geçişini sağlayan, aktif olarak çevresinin pH'ını yükselten amonyak gibi metabolitleri serbest bırakabilir [3]. C. albicans genellikle mukozal floranın iyi huylu bir üyesidir; bununla birlikte, sıklıkla ciddi hastalıklılık ile mukozal enfeksiyona ve korunmasız hastalarda hayatı tehdit edici kan dolaşımı enfeksiyonlarına neden olur [37]. Şekil 2.4’te C. albicans’ın sert agar petri kabındaki morfolojisi gösterilmektedir.
10
C. albicans yüzeyinde, konakçı hücre, doku ve plastikleri tanımasını ve güvenli bir
şekilde bu yapılara bağlanmasını sağlayan çok sayıda reseptöre sahiptir. C. albicans'ın bukkal epitelyal hücrelere ve prostetik malzemelere yapışması hakkında önemli bilgiler bulunmasına rağmen, C. albicans'ın restoratif materyallere yapışması hakkında çok az bilgi vardır [39]. Candida türlerinin plastik yüzeylere yapışmasını etkileyen faktörler, Klotz ve arkadaşları [5] tarafından da incelenmiştir. Maya hücreleri ya da plastik yüzeyinin hidrofobik özelliklerinin veya her ikisinin de C. albicans’ların plastik yüzeylere yapışmasını yönlendirdiği ileri sürülmüştür. Bu yaklaşımlar kullanılarak, C.
albicans'ın plastik yüzeylere yapışması ve kolonileşmesi için birden fazla baskın
mekanizmaya dayanabileceği ve çevresel koşullara yanıt olarak bu bağlayıcı uçları elde etmek için yapışkan özelliklerini değiştirebileceği gözlemlenmiştir.
2.1.1.3. Candida tropicalis (C. tropicalis)
C. tropicalis, nozokomiyal kandidüri ve kandidiyaz ile ilgili yaygın bir türdür. Candida
türlerinin sebep olduğu enfeksiyonlarının çoğu, implante tıbbi cihazlarda veya konak epitel hücre yüzeylerinde meydana gelen biyofilm oluşumuyla ilişkilidir [40]. C.
tropicalis fenotipik ve moleküler yöntemler kullanılarak kolayca tanımlanabilir [41]. C. tropicalis, tropikal ülkelerde Candida infeksiyonlarına neden olan en yaygın Candida
türlerinden biridir, istilacı olarak konakçıda hastalık yapma etmeni % 3-66 oranları arasında, bulunulan coğrafyaya göre değişmektedir. C. tropicalis, taksonomik olarak C.
albicans'a yakındır ve birçok patojenik özelliği paylaşır. C. tropicalis, özellikle
nötropenik konaklarda virülenttir, genellikle çevre organlara hematojen tohumlama yapar [42]. C. tropicalis'in yayılma eğilimi ve enfeksiyonları ile ilişkili yüksek ölüm oranı, farklı konak yüzeylerine yapışma, biyofilm oluşumu, enfeksiyon, yayılma ve enzimlerin salgılanması gibi bu türlerin sergilediği virülans faktörlerinin potansiyeli ile güçlü bir şekilde ilişkili olabilir [43]. C. tropicalis, sadece patojenliklerinde değil aynı zamanda antifungal duyarlılık profillerinde de büyük ölçüde değişiklik göstermektedir. Her türe özgü virülans özelliklerinin tanımlanması ve birbirleriyle korelasyonları, enfeksiyonun patogenezinin anlaşılmasına yardımcı olmaktadır [44].
2.1.1.4. Candida glabrata (C. glabrata)
C. glabrata, mukozal ve sistemik kandidiyazın yaklaşık yüzde 15'inden sorumlu olan
insanların önemli bir mantar patojenidir. C. glabrata kültürdeki insan epitel hücrelerine agresif olarak yapışır [45].
11
C. glabrata, insanlarda önemli bir fırsatçı mantar patojeni olarak kabul edilir. Bu maya
türünün enfeksiyonlara neden olma kapasitesi, konakçı ortamında çoğalabilme ve mevcut karbon kaynaklarını özümseme yeteneğine bağıdır. C. albicans idrar yolu enfeksiyonlarına benzer şekilde, C. glabrata idrar yolu enfeksiyonlarının çoğu, yakın zamanda antibakteriyel ajanlar alan, hastanede yatan, zayıflayan ve kateterize olmuş yaşlı hastalarda meydana gelir [46]. Mevcut mantar patojenleri arasında, C. glabrata, halihazırda kullanılan antifungal ajanlara hızlı bir şekilde direnç geliştirme kapasitesi bakımından olağanüstüdür. Halen yaygın olarak kullanılan ajan olan azol sınıfına direnç, coğrafi alana bağlı ve orantılı olarak (% 5-20 arasında) değişmektedir [47]. Her ne kadar
C. albicans'tan daha az patojenik olarak kabul edilse de, C. glabrata, kolonize ve enfekte
olmuş konakçılarda hayatta kalmasını ve ilerlemesini sağlayan spesifik virülans özelliklerini geliştirmiştir. Deneysel enfeksiyon modelleri azol dirençli izolatların virülansının arttığını göstermiştir. Ayrıca, azol direnci, her ikisi de virülans değişikliklerine katkıda bulunan epitelyal hücrelere veya doğal bağışıklık hücrelerine (makrofajlar) yapışma özelliklerinde spesifik değişikliklerle ilişkilendirilebilir [47]. C.
glabrata enfeksiyonlarında en büyük engel, diğer Candida türlerinin neden olduğu
enfeksiyonların tedavisinde çok etkili olan azol antimikotik tedaviye karşı doğuştan gelen dirençleridir. Kandidiyazis vakalarının çoğu C. albicans’a atfedilmiştir, ancak son zamanlarda C. albicans ve diğer Candida türleri yaygın patojenler olarak tanımlanmıştır.
Candida türlerinin biyofilm oluşturma kabiliyeti, antifungal tedaviye karşı artan
dirençleri ve biyofilm içindeki maya hücrelerinin konakçı immün savunmalarına dayanma kabiliyetleri nedeniyle önemli klinik tepkilere sahiptir [48]. Fırsatçı insan fungal patojeni C. glabrata, Saccharomyces Cerevisiae ile yakından ilgilidir, ancak memeli konakçılarında hayatta kalmak için evrilmiştir. C. glabrata nadiren dokuya nüfuz eder ve bu nedenle mukozal yüzeylerdeki mikrobiyal rakiplere maruz kalır. Ayrıca C. glabrata, dirençli sporların üretilmesine izin veren cinsel bir döngüye girmez. Bu olumsuz durum konakçı ortamı ile birleştiğinde, C. glabrata’nın örneğin beslenme yetersizliğine karşı yüksek dirence sahip olan bazı etkili özelliklerinin geliştirilmesini destekler [49]. Bu spesifik özelliklerin karakterizasyonuna rağmen, C. glabrata infektivitesinin altında yatan moleküler mekanizmalar tamamen anlaşılmaktan uzaktır.
2.1.1.5. Candida parapsilosis (C. parapsilosis)
C. parapsilosis, immün sistemi zayıflamış insanlarda sepsis, yara ve doku
12
C. parapsilosis, son iki yılda önemli ölçüde artmış olarak ortaya çıkan bir insan
patojenidir, öyle ki C. parapsilosis şu anda invaziv kandida hastalığının önde gelen nedenlerinden biridir. Ciddi enfeksiyon riski en yüksek olan kişiler arasında yenidoğan ve yoğun bakım ünitesindeki hastalar bulunur. C. parapsilosis enfeksiyonları, özellikle sağlık çalışanlarının ellerinde hastalığın nozokomiyal yayılmasının yanı sıra, hiperalizasyon çözeltileri, protez cihazları ve kalıcı kateterler ile de ilişkilidir. Hastalık patogenezinde rol oynayan faktörler arasında hidrolitik enzimlerin salgılanması, protezlere yapışma ve biyofilm oluşumu bulunur [50]. C. parapsilosis’in kolonizasyon oluşturmasında katkıda bulunabilecek çeşitli risk faktörleri vardır. İmmün sistemi baskılanmış bireyler ve cerrahi hastalar, özellikle gastrointestinal sistem ameliyatı geçirenler, C. parapsilosis enfeksiyonu için yüksek risk altındadır [50]. C. parapsilosis’in neden olduğu istilacı kandidiyazis tedavisi hakkında henüz bir fikir birliği yoktur. Ancak terapötik yaklaşım tipik olarak implante edilmiş protezler gibi yabancı cisimlerin çıkarılmasını ve sistemik antifungal tedavinin uygulanmasını içerir [50]. C. parapsilosis gerçek hif oluşturmaz ya maya fazında ya da sahte hifal formunda bulunur [50]. Dekstroz agar içinde beyaz, kremsi ve parlaktır ve hücre şekli oval, yuvarlak veya silindiriktir [50].
C. parapsilosis maya biçimindeyken fenotipi pürüzsüz veya krater formundadır. Buna
karşılık, sahte hifalın fenotipi buruşuk veya iç içedir [50]. C. parapsilosis, insan mikrobiyotasının bir üyesi olabilir, ancak parenteral beslenme çözümlerinde büyüme yeteneğine sahiptir [51]. C. parapsilosis, intravenöz kateterler, protezler ve diğer kalıcı tıbbi cihazlar üzerinde etkili bir şekilde biyofilmler oluşturur [50], [51]. Bir biyofilmde mantarın varlığı, antifungal tedaviye direnme kabiliyetine katkıda bulunur [50]. Bu nedenle, abiyotik ve biyotik yüzeylere yapışma çoğu zaman enfeksiyonun öncüsüdür [52]. C. parapsilosis enfeksiyonu riski, implante edilmiş tıbbi cihazlarda, protezlerin ve hiperalimentasyon çözeltileriyle yapılan tedavilerde artmıştır [50]. Çeşitli biyotik ve abiyotik yüzeylere yapışma, konakçı kolonizasyonunun temel bir ön aşamasıdır. Bu yüzeyler, kateterler ve polivinilklorür (PVC), poliüretan veya silikondan yapılmış protez cihazları gibi kalıcı tıbbi cihazları ve ayrıca konakçı epitelyal dokuları içerir. C.
parapsilosis, implante tıbbi cihazların kolonizasyonuyla ve yüksek glukoz içeren
bağırsak dışı beslenme yoluyla sistemik enfeksiyonlara neden olma kabiliyetiyle bilinir. 2.1.1.6. Candida krusei (C. krusei)
C. krusei, duyarlı hastalarda yaygın mantar enfeksiyonlarının nedensel bir ajanı olarak
13
kaynağıdır, çünkü bu organizma flukonazole karşı yapısal olarak dirençlidir [53]. Deneysel çalışmalar genel olarak C. krusei’nin epitelyal ve prostetik yüzeylere, proteolitik potansiyele ve fosfolipazların üretime bağlılığı bakımından C. albicans’tan daha az virülentte olduğunu göstermiştir. C. krusei’nin en sık görülen klinik belirtisi, risk altındaki hastalarda, özellikle lösemi hastalarında yayılmış fungemilerdir [54]. C. krusei, kemik iliği nakli ve flukonazol tedavisi sonrası lösemi hastaları arasında bildirilen çok sayıda vaka ile istilacı kandidiyazis nedenidir. Flukonazol tedavisi ile istilacı kandidiyazis arasındaki ilişki tartışmalıdır [55]. Yapışma mekanizmalarının C. krusei’nin hastalık ve sağlıklı konakçıdaki kolonizasyonunda önemli bir rol oynadığını göstermektedir [55]. Bunun, kutupsal olmayan yüzeylere daha güçlü bağlanmaya izin veren C. krusei’nin hücre zarında güçlü bir hidrofobikliğin sonucu olduğu varsayılmaktadır; bunlar sterilite ve ayırıcı tanıyı tehlikeye atan kateter yüzeyleridir. C. krusei genellikle iki temel morfolojiden birinde, tek hücreli maya veya sahte hifalde bulunur; bununla birlikte her iki form da genellikle aynı zamanda büyüyen herhangi bir kültürde bulunurlar [54].
Candida cinsinin çoğu üyesinin aksine, C. krusei’nin hücreleri oval biçimli değildir,
aksine tek hücreli morfolojilerdeyken uzamış ve uzun taneli pirince benzemektedirler [54]. Şekil 2.5’te C. krusei’nin hücre morfolojisi gösterilmektedir.
14
2.1.1.7. Candida’ların Plastik Materyallere Adhezyonu
Mikroorganizmal yapışma, katı bir substratın üzerindeki kolonizasyon sırasında meydana gelen bir dizi fiziksel ve kimyasal olayın başlangıcıdır. Candida’ların konak dokulara ve plastik yüzeylere tutunması, maya hücreleri tarafından kolonizasyonu ve daha sonra yayılmış mantar enfeksiyonu gelişimini başlatan ilk ve çok önemli bir adımdır. Hidrofobik etkileşimlerin Candida türlerinin plastik yüzeylere in vitro olarak bağlanmasında önemli bir rol oynadığı düşünülmektedir [4]. Candida mayalarının plastik yüzeylere yapışmasının büyük ölçüde topluca hidrofobik etkileşimler olarak adlandırılan London-van der Waals kuvvetleri tarafından kontrol edildiği, deneylerle de gösterilmiştir [5]. Plastik veya cam gibi inert malzemelere yapışmanın, hücre yüzeyi ile substrat arasındaki spesifik olmayan etkileşimler tarafından kontrol edildiği bilinmektedir. Yüzeylere maya-bakteri yapışması yoğun bir şekilde incelenmesine rağmen, mantarların spesifik olmayan yapışması nispeten az ilgi görmüştür. Mantar adezyon çalışmalarının çoğu, fırsatçı patojen Candida’ların tıbbi protezler için kullanılan sentetik malzemelere yapışmasına odaklanmıştır. Candida türlerinin çeşitli yüzeylere yapışması, kolonizasyon ve patogenezde önemli bir olaydır ve organizmanın nispi hücre yüzeyi hidrofobikliği (Cell Surface Hydrophobiciy, CSH), bu yapışma sürecine katkıda bulunan bir fiziksel kuvvettir. Birlikte ele alındığında, bu veriler Candida türlerinin adezyon ve göreceli hücre yüzeyi hidrofobikliği özelliklerinin yüzeysel ve sistemik Candida enfeksiyonları gibi insan konakçılarının değişen hastalık durumlarında farklı katkılar sağlayabileceğini göstermektedir [57]. Elektrostatik kuvvetlerin, Candida’ların hidrofilik cama [58] yapışmasını etkilediği, ancak daha hidrofobik olan plastik materyallere yapışmada çok az öneme sahip oldukları gösterilmiştir [58]. Bu nedenle, benzer fizikokimyasal özelliklerin hem bakteri hem de Candida’ların yapışmasını kontrol ettiği görülmektedir.
Şekil 2.6’da üzerine C. albicans tutunmuş tıbbi katater yüzeyinin taramalı elektron mikroskobu, (scanning electron microscopy, SEM) görüntüsü gösterilmektedir. Yaygın bir maya olan C. albicans, ciddi doku enfeksiyonlarına yol açan kateterleri kolonize edebilir. Kateterler daha çok maya veya bakteri biyofilmlerinin kolayca oluşturabildiği dış yüzeylerde enfekte olur.
15
Şekil 2.6. C. albicans ile enfekte olmuş tıbbi kateterin SEM görüntüsü [59]. 2.1.2. Candida Enfeksiyonları
Candida cinsi mayalar yaklaşık 200 farklı tür içerir, ancak sadece birkaç türü insanlar için
fırsatçı patojenlerdir ve konakçı zayıfladığında veya bağışıklık sistemi bozulduğunda enfeksiyonlara neden olur. Enfeksiyon oluşturmak için, fırsatçı patojenlerin bağışıklık sisteminden kaçması, konakçı ortamda hayatta kalması ve bölünmesi ve yeni dokulara yayılması gerekir. Candida, cilt, ağız boşluğu gastrointestinal sistem, vajina ve vasküler sistem dahil olmak üzere benzersiz fizyolojik çevresi olan anatomik olarak farklı birkaç bölgede hastalıklara yol açar ve/veya hastalıklara neden olur. Enfeksiyonun ilerlemesi kolonizasyon ve epitel hücrelere yapışması ile başlar ve daha sonra karmaşık olaylar dizisi, gen geçişleri ve fenotipik morfoloji dönüşümünü içeren enfeksiyon sürecinin istilacı biçiminin habercisi haline gelir [60]. C. albicans mukozal yüzeylerin enfeksiyonları son derece yaygındır ve sağlıklı bireylerde görülür. Bununla birlikte,
Candida türleri bağışıklık sistemi baskılanmış bireylerde veya doğal engeller zarar
gördüğünde hayatı tehdit edici enfeksiyonlara neden olabilir. Bu enfeksiyonlar sırasında, mantar insan vücudunun hemen hemen tüm organlarında kolonileşebilir ve çoğalabilir. [60]. Candida türleri ile enfeksiyonun klinik belirtileri, lokal mukoza enfeksiyonlarından multisistemik organ yetmezliğine kadar uzanmaktadır. Candida türlerine bağlı invaziv enfeksiyon, büyük ölçüde tıbbi ilerlemeyle ilişkili bir durumdur ve sağlık hizmeti ortamında büyük bir morbidite ve mortalite nedeni olarak kabul edilmektedir. İnsan hastalığına neden olan en az 15 farklı Candida türü vardır, ancak invaziv hastalığın
16
%90'ından fazlasında en yaygın patojenler, C. albicans, C. glabrata, C. tropicalis, C.
parapsilosis ve C. krusei’dir [61]. Bu organizmaların her biri kendine özgü virülans
potansiyeline, antifungal duyarlılığa ve epidemiyolojiye sahiptir, ancak bir bütün olarak ele alındığında, bu organizmalardan kaynaklanan önemli enfeksiyonlara genellikle istilacı kandidiyazis denir [61]. Yüzeysel kandidiyaz sistemik yayılmaya açılan bir kapı olabilen yaygın bir mantar enfeksiyonudur. İmidazoller, triazoller, alillaminler ve nistatin dahil olmak üzere yüzeysel kandidoz tedavisi için mevcut olan topikal antifungal ilaçlar da tartışılmaktadır. Enfeksiyona katkıda bulunan predispozan faktörlerin ortadan kaldırılması önemlidir ve mümkünse, elde edilen tüm örnekler direnç durumları için değerlendirilmelidir [62]. Bağışıklık sistemi baskılanmış hastaların yönetimindeki önemli ilerlemelere rağmen, invazif mantar enfeksiyonları yaşamı tehdit eden önemli bir komplikasyon olmaya devam etmektedir. Son on yılda, önceden var olan sınıflardaki bileşikler (yeni jenerasyon triazoller, lipid formülasyonlarındaki polenler) ve benzersiz bir etki mekanizmasına sahip yeni antifungal sınıfları (ekinokandinler) dahil olmak üzere birkaç yeni antifungal ajan klinik uygulamalarda tanıtılmıştır. Antifungal ilaçların keşfedilmesinin hızlandırılması, fırsatçı enfeksiyonların tedavisi zor olan tedavilerin teşhisi ve tedavisi için seçenekler sunmaktadır [63]. Candida, nozokomiyal kan dolaşımı enfeksiyonlarının en sık nedenlerinden biridir. Kandidemia hematolojik hastalar, yoğun bakım üniteleri veya abdominal cerrahi müdahaleler ile sınırlı değildir, ancak dahili tıp ortamında oldukça sık görülür. Kandidemiyle ilişkili yüksek ölüm oranları hızlı ve uygun bir antifungal tedavi ile azaltılabilir. Türlerin epidemiyolojisi C. albicans olmayan suşlara doğru kaymaktadır [64]. Her ne kadar normalde insanlarda telafi olsa da, C. albicans, C.
tropicalis, C. parapsilosis, C. glabrata ve C. krusei, değişmiş fizyolojik ve/veya
immünolojik yanıtları olan kişilerde fırsatçı enfeksiyonlara neden olabilir. Bu mantar türleri, oral, vajinal, gastrointestinal ve sistemik enfeksiyonlar dahil olmak üzere çeşitli enfeksiyonlarla, enfeksiyonun ana nedeni C. albicans ile bağlantılıdır. Farklı Candida türleri ve suşlarının enfeksiyon ve hastalığa neden olma yeteneğini değerlendirmek için deneysel enfeksiyon modellerinin kullanılması gerekir. Bu nedenle, C. albicans, sağlıklı bireylerde bir topluluk olarak bulunan ana türdür, diğer dört tür arasında ise C. tropicalis,
C. parapsilosis, C. glabrata ve C. krusei bulunur [65]. İleri durumlarda, cilt veya mukoza
zarının yüzeysel enfeksiyonları kan dolaşımına girebilir ve sistemik Candida enfeksiyonlarına neden olabilir. Kandidiyazis riskini artıran faktörler arasında HIV/AIDS, kanser tedavileri, steroidler, stres, antibiyotik kullanımı, diyabet ve besin eksikliği bulunur. Candida enfeksiyonlarında Candida türleri en sık rastlanan
17
patojenlerden biridir ve belirgin morbidite ve mortalite ile ilişkilidir [66]. Çok sayıda yoğun bakım ünitesi hastasında uzun süreli hastaneye yatış, geniş spektrumlu antibiyotik kullanımı, intravasküler kateterlerin varlığı, parenteral beslenme vb. gibi bu enfeksiyonun gelişimi için birçok risk faktörü bulunur [66].
2.1.2.1. Adezyon (Yapışma)
C. albicans’ın konak hücrelere yapışması, hastalığın oluşumunda önemli bir erken adım
olarak görülmektedir. Ayrıca Candida türleri tıbbi cihazların yüzeylerine yapışabilir ve kateter yerleştirilmesine bağlı olarak kandidemia ve antifungal dirençte artışa yol açan biyofilmler oluşturabilir. Biyofilmler, mikroorganizmalar için korunmuş bir alandır, burada antibiyotik tedavisinden korunurlar ve kalıcı bir enfeksiyon kaynağı oluşturabilirler. C. albicans’ın biyofilm oluşturma kabiliyeti, biyo-protetik yüzeylere yapışan, ancak olgun bir biyofilm oluşturmakta başarısız olan Saccharomyces
Cerevisiae’ninki ile keskin bir tezat oluştururur. Candida biyofilm biyolojisinin
moleküler mekanizmaları ve antifungal direncinin araştırılması için temel oluşturur ve biyofilm bazlı enfeksiyonlar için yeni tedaviler tasarlamanın yollarını sunar [67].
Candida enfeksiyonunun yapışma ve istila mekanizmaları çok karmaşıktır. Hücre şekli
morfolojisinin maya formundan filament formuna (hyphae) (Şekil 2.7) [68], biyofilm oluşumuna ve konakçı immün hücrelerinden kaçınmaya dönüşmesi Candida’ların konak hücrelere bağlı olmaları, kolonizasyon ve enfeksiyonun erken evrelerinde önemli bir faktördür. Gale ve arkadaşları, C. albicans’taki düzenleyici genin (Int1p) filamentli büyümenin yanı sıra yapışmada da rol oynadığını göstermiştir. Bu genin C. albicans’ta bozulması, sistemik kandidiyazis fare modelinde virülansı azaltmıştır [69].
18
Şekil 2.7. C. albicans'ın maya formu ve filamentli formu arasındaki geçişi [68]. 2.1.3. Biyofilmler
Mikroorganizmalar, yüzeylere yapışmasından sonra hayati metabolik faaliyetlerin bir sonucu olarak hücre dışı polimerik maddeler (Extracellular Polymeric Substance, EPS) üretirler. Hem mikroorganizmayı hem de EPS'yi içeren yapıya biyofilm denir. Mikroorganizmalar evrensel olarak yüzeylere yapışır ve hücre dışı polisakaritler üretir, bu da biyofilm oluşumuna neden olur. Biyofilmler, antimikrobiyal ajanlara karşı biyofilm ile ilişkili organizmaların direncinin artması ve bu organizmaların kalıcı tıbbi cihazlara sahip hastalarda enfeksiyonlara neden olma potansiyeli nedeniyle halk sağlığı için ciddi bir problem oluşturmaktadır. Biyofilmlerin enfeksiyondaki rolünün değerlendirilmesi klinik karar verme sürecini güçlendirmelidir [70]. Biyofilmin geliştiği ortama bağlı olarak mineral kristalleri, korozyon partikülleri, kil veya ince kum partikülleri veya kan bileşenleri gibi hücresel olmayan malzemeler de biyofilm matrisinde bulunabilir. Biyofilmler, canlı dokular, kalıcı tıbbi cihazlar, endüstriyel veya içme suyu sistemi boruları ya da doğal su sistemleri dahil olmak üzere çok çeşitli yüzeylerde oluşabilirler. Şekil 2.8, zamanla kümelenerek medikal cihaz üzerinde yığın oluşturan biofilmlerin SEM görüntüsünü göstermektedir.
19
Şekil 2.8. (a) Hastadan çıkarılan bir kateterin deliğinin etrafına toplanma. (b) kateterin gözünün etrafındaki kristalin biyofilmindeki kalsiyum fosfatın basil, kok ve
mikrokristalin kümeleri [71]. 2.1.3.1. Biyofilm Oluşumu
Biyofilmler, mikrobiyal gelişimsel bir sürecin ürünüdür. İşlem biyofilm geliştirmenin beş ana aşaması ile özetlenmiştir. Bir biyofilm oluşum prosesi Şekil 2.9'da gösterildiği gibi ilk tersinir bağlanma (1), geri dönüşümsüz bağlanma (2-3), olgunlaşma (4) ve dağılma (5) aşamalarından oluşur. Hareketli planktonik bakterilerin yüzeyle ilk teması bu aşamada hala geri dönüşümlü olan başlangıç noktasıdır. Bakteriler daha sonra bir tek tabaka oluşturmaya başlayacak ve koruma için hücre dışı bir matris veya "slime" üretecektir. Matris, hücre dışı polisakaritler, yapısal proteinler, hücre döküntüleri ve nükleik asitlerden oluşur; hücre dışı polimerik maddeler (EPS) olarak adlandırılır.
20
Şekil 2.9. Bir biyofilm oluşumunun şematik gösterimi [72].
Oluşum, planktonik hücrelerin (kahverengi ovaller) tersine çevrilebilir bir tutumu ve ardından yüzeye yapışması (gri) (1) ile başlar. Bakteriler daha sonra bir tek tabaka oluşturur ve hücre dışı bir matris (2) üreterek geri dönüşümsüz olarak bağlanır. Daha sonra, çok katmanlıların ortaya çıktığı bir mikrokoloni oluşur (3). Sonraki aşamalarda, biyofilm olgunlaşır ve polisakkaritler nedeniyle karakteristik “mantar” yapıları oluşturur (4). Son olarak, bazı hücreler ayrılmaya başlar ve biyofilm dağılır (5). Biyofilm kolonisinden hücrelerin dağılması, biyofilm yaşam döngüsünün önemli bir aşamasıdır. Dağılım, biyofilmlerin yeni yüzeylere yayılmasını ve kolonileşmesini sağlar. Dispersin B ve deoksiribonükleaz gibi biyofilm hücre dışı matrisini parçalayan enzimler biyofilm dağılışına katkıda bulunabilir [73].
2.1.3.2. Biyofilmlerin Adhezyonu ve Kolonizasyonu
Yüzeylerin kimyasal modifikasyonu, substratlara mikroorganizma bağlanmasını ve bunların biyofilmlere evrilmesini düzenlemek için önemli bir strateji sunar. Hücre bağlanmasının kontrol edilmesi için genel bir yaklaşım, substratın yüzey kimyasının kontrol edilmesini gerektirir. Substrat yüzey kimyasının tasarımı için genel stratejiler kovalent ve kovalent olmayan modifikasyon, küçük moleküllerin kontrollü salınımı ve polimerik yüzeylerin düzenlenmesini içerir. Biyofilmlerdeki mikroorganizmalar, kendi kendilerine ait ortamlarını oluşturan hidratlanmış hücre dışı polimerik maddelerin (EPS) matrisinde yaşarlar. EPS, esas olarak polisakaritler, proteinler, nükleik asitler ve lipitlerdir; biyofilmlerin mekanik stabilitesini sağlar, yüzeylere yapışmalarına aracılık
21
eder ve biyofilm hücrelerini birbirine bağlayan ve geçici olarak immobilize eden üç boyutlu bir polimer ağı oluşturur. Biyofilm matrisi, hücre dışı enzimleri hücrelere yakın tutarak, çözünmüş, kolloidal ve katı biyopolimerleri metabolize etmelerini sağlayarak harici bir sindirim sistemi olarak işlev görür [74]. Biyofilmler steril olmayan sulu veya nemli ortamlarda, hemen hemen her virütik bulaşma gerçekleşen yüzeylerde oluşabilir. Mikroorganizmalar sıklıkla, biyofilmler olarak bilinen yüzeyle ilişkili çok hücreli topluluklar içinde gelişir ve yaşarlar. Biyofilmin kesin yapısı, kimyası ve fizyolojisi, yerleşik mikropların ve yerel ortamın doğasına göre değişir. Bununla birlikte, biyofilmler arasındaki önemli bir ortak nokta, yapısal bütünlüklerinin kritik bir şekilde kurucu hücreleri tarafından üretilen hücre dışı bir matrise bağlı olmasıdır. Hücre dışı matrisler, biyofilmler kadar çeşitli olabilir ve mikroorganizma topluluğunun organizasyonuna önemli ölçüde katkıda bulunurlar [75]. Nano ve mikro ölçekli yüzey pürüzlülüğü, mikroorganizma bağlanması için daha fazla yüzey alanı sağladığı için kolonizasyonun ilk aşamaları sırasında substratlara yapışmasını arttırır. Yüzey pürüzlülüğü, akıcı sıvılarda konumlanan maya hücreleri ve topluluklar üzerindeki kesme kuvvetini azaltır. Bu özellik, yüksek akış hızlarında (örneğin endüstriyel tesislerde su boruları) akışkanların aktığı ortamlarda oluştuğu için biyofilmlerle özellikle ilgilidir. Biyofilmler en zorlu ortamlarda büyüyebilir (örneğin, çok asitliden çok alkaline, donmuş buzullara kadar çok sıcak, sert su, kaynak suları). Neredeyse her mikroorganizma türünün, yüzeylere ve birbirlerine yapışabilecekleri mekanizmaları vardır. Biyofilmler, antimikrobiyal ajanlara karşı biyofilm ile ilişkili organizmaların direncinin artması ve bu organizmaların protezlere, kalıcı tıbbi cihazlara sahip hastalarda enfeksiyonlara neden olma potansiyeli nedeniyle halk sağlığı için ciddi bir problem oluşturmaktadır (Şekil 2.10). Sentetik yabancı cisim yüzeyleri mikroorganizma yapışması için uygun yüzeyler sağlarlar. Hemen hemen tüm üriner kateterler (hem iç hem de dış yüzeyler) biyofilmler ile enfekte edilebilir. Tipik olarak, biyofilmler, konakçı immün tepkilerine ve antibiyotik tedavisine direnen kronik hastalıklarda bulunur ve bu özelliklerin, mikroorganizmaların in vivo ortamda kalma yeteneği sık sık belirtilir [76].
22
Şekil 2.10. Üretral stentlerde biyofilm oluşumu. Tamamen idrar yolu içinde kalan üretral stentler üzerinde gelişen biyofilmin SEM görüntüsü [77].
Kateterle ilişkili idrar yolu enfeksiyonları en sık görülen hastane enfeksiyonu tipini temsil eder ve komplikasyonlar ve sık tekrarlanan nüksler nedeniyle büyük bir sağlık sorunudur. Gram-negatif bakteriyel türler, yapışma, hareketlilik, biyofilm oluşumu, immüno-kaçınma ve besin kazanımı ile konakçıya zarar veren faktörler ile ilişkili bir dizi virülans faktörü ifade eder [78]. Doğrudan gözlemler, biyofilm bakterilerinin neredeyse tüm besleyici-yeterli ekosistemlerde, sayısal ve metabolik olarak baskın olduğunu açıkça göstermiştir. Bu nedenle, bu sapsız organizmalar, çevresel, endüstriyel ve tıbbi sorunların çoğunda ve mikrobiyologların ilgilendiği işlemlerin başında gelir [79]. Yüzey enerjilerinin termodinamik tahminleri yapışma sırasındaki bakterilerin davranışını açıklayabilir [80]. Temel olarak, yapışma, bakterilerin yüzey gerilimi, süspansiyon halindeki ortamdan daha büyük olduğunda hidrofobik alt tabakaya kıyasla hidrofilik alt tabakaya (yani nispeten yüksek yüzey gerilimine sahip alt tabaka) göre daha kapsamlıdır. [80]. Florlu malzemeler, düşük enerjili yüzeylerin karakteristik özelliği olan büyük temas açıları verir. Mikrobiyal kültür için mikroakışkan bir cihazın üretilmesi, florlu etilen polipropilen gibi floropolimerler ve düşük yoğunluklu polietilen gibi poliolefinler dahil olmak üzere bir dizi polimerik substrata bakteriyel yapışmanın önlenmesi için tekniklerin geliştirilmesini gerektirmiştir [81]. Şekil 2.11’de PS disk üzerinde oluşan Candida biyofilminin SEM görüntüsü gösterilmektedir.
23
Şekil 2.11. PS disk üzerinde oluşan Candida biyofilminin SEM görüntüsü [82]. 2.1.3.3. Biyofilm Enfeksiyonları
Birbirlerine yapışan ve kendiliğinden üretilen hücre dışı polimerik matrisle çevrili mikrobiyal hücreler tarafından oluşturulan canlı veya inert bir yüzeye bağlı yapısal bir konsorsiyum, biyofilm olarak bilinir. Biyofilm oluşumu, mikropların düşman ortamlarına adaptasyonu olarak kabul edilir. Biyofilm oluşumunun moleküler mekanizmaları hakkında artan bilgi, in vivo biyofilm modellerinin geliştirilmesi, analizi ve biyofilm enfeksiyonlarına karşı yenilikçi tedavi stratejileri oluşturmak için önemlidir. Yüzeylere bağlanan bakteriler, biyolojik sentez oluşturmak için kendi sentezlerinin hidratlanmış bir polimerik matrisinde toplanır. Bu sapsız toplulukların oluşumu ve bunların antimikrobiyal maddelere karşı doğal dirençleri, birçok kalıcı ve kronik bakteriyel enfeksiyonun kökenindedir. Biyofilm çalışmaları, topluluk özelliklerine sahip farklılaşmış, yapılandırılmış hücre gruplarını ortaya çıkarmıştır. Biyofilm enfeksiyonlarının kontrolü için bir araç sağlayabilecek terapötik hedeflere işaret etmektedir [83]. Bazı kalıcı tıbbi cihazların biyofilm enfeksiyonları, yalnızca artan morbidite ve mortalite ile ilişkili değildir, aynı zamanda nozokomiyal ortamda antibiyotik direnç özelliklerinin ortaya çıkmasına ve yayılmasına da önemli katkılarda bulunur. Geçici ya da kalıcı cihazların biyofilm ile ilişkili enfeksiyonları için güncel tedavi paradigmaları tipik olarak uzun vadeli antibiyotik tedavisi ile birleştirilmiş ve yüksek sağlık masrafları gerektiren cihazın cerrahi seçenek olarak değiştirilmesini içerir [84].
