IV. MİKROBİYEL GELİŞME

(1)

IV. MİKROBİYEL GELİŞME

(2)

Fts Proteinleri

(Filamentous Temperature Sensitive)

 Arkeleri de içeren tüm prokaryot

hücrelerde mitokondri ve kloroplastlarda var.

 Ökaryot hücre  hücre bölünme proteini

 tubulin proteinine yapısal olarak benzer.

 tubulin proteini, mikrotübüllerde yaklaşık

25 nm çapında uzun filamentler halinde

bulunur.

(3)

 FtsZ  halka oluşturur

 FtsA  ATP hidrolizini sağlayan bir enzimdir, proteinlerin grup oluşturması için gerekli enerjiyi sağlar.

 ZipA  FtsZ halkasını sitoplazmik membrana bağlar.

 Penisilin bağlama proteini olarak

adlandırılan FtsI, peptidoglikan

sentezinde görevlidir. Bu protein

ortamda penisilin varsa bloke olur.

(4)

MreB Proteini

 Hücre şeklinden sorumlu olan, ökaryot hücrelerde bulunan aktin proteinine benzeyen bazı proteinler prokaryotlarda da bulunmaktadır.

 MreB olarak adlandırılan bu proteinler arkeleri de içeren tüm prokaryotlarda bulunmaktadır.

 MreB sitoplazmik membranın hemen altında hücre içinde filament şeklinde spiral formda bantlar halinde bulunur.

 Kok şeklindeki bakterilerde bu protein

bulunmamaktadır. Çubuk ve diğer şekildeki bakterilerde bu proteinler vardır.

(5)

IV. A. Gelişme Kurvesi

1. Lag Faz

2. Eksponensiyel Faz, üssel üreme fazı yada logaritmik (log) faz

3. Duraklama Fazı

4. Ölüm Fazı

(6)

Lag Faz

 İnokülasyon ve maksimum bölünme devresi arasındaki fazdır.

 Bu evre hazırlık evresi olarak da adlandırılır.

 Lag fazın süresini kültürün durumu ve besiyerinin bileşimi gibi çeşitli faktörler etkiler.

 Eğer eski bir kültür kullanılırsa hücrelerin yeni RNA, ribozom ve enzimleri sentezlemesi

gerektiği için bu faz daha uzun sürer.

 Yeni ortama inoküle edilen hücreler çeşitli şekillerde zarar görmüşlerse (örneğin ısıya, radyasyona yada toksik kimyasallara maruz

kalmışlar ancak ölmemişlerse) lag faz yine uzar.

 Eğer karbon ve enerji kaynağı bakımından yeni ortam eski ortamdan farklıysa, eski kültürde

sentezlenmeyen yeni enzimlerin (yeni

substratlar için) sentezlenmesi gerektiğinden

yine bu faz uzun sürer.

(7)

Eksponensiyel Faz

 Üssel üreme fazı = logaritmik (log) faz

 mikroorganizmalar sayılarını iki katına çıkararak ürerler.

 Hücre sayısının iki katına çıkma süresi bazı

bakterilerde örneğin E. coli'de 20 dakika iken, bazı bakterilerde örneğin Mycobacterium tuberculosis de 12 ila 24 saattir.

 Kültürlerin en iyi geliştiği koşullarda belirlenen bu süre doğada daha uzundur.

 Üssel üreme fazında her bir hücre farklı zamanda bölündüğü için şekilde görülen gelişme

kurvesindeki artış dik değildir.

 Log fazda hücre büyüklükleri ve protein içerikleri değişmez. Kimyasal ve fizyolojik özellikleri aynı olan bu evredeki kültürler, biyokimyasal ve

fizyolojik çalışmalarda kullanılırlar. Bu evreyi pH, sıcaklık, oksijen, besiyeri bileşimi gibi çeşitli

çevresel faktörler etkiler.

(8)

Duraklama Fazı

 Besiyerinde karbon ve enerji kaynakları tükenirse ve atık ürünler birikirse bakteriler eksponensiyel olarak üreyemezler.

 Populasyondaki hücre sayısının artışı durur.

 Hücre sayısında artış yada azalış olmaz, canlı hücre sayısı değişmeden kalır,

 Oluşan canlı hücre sayısı kadar ölen hücrenin olduğu bu fazda (Cryptic growth) kültürler

mililitrede en yüksek sayıya ulaşır.

 Bakterilerde mililitrede yaklaşık 109 adet hücre bulunurken daha büyük olan protozoa ve algal kültürlerde mililitrede en fazla yaklaşık 106 adet hücre bulunur.

 Populasyon büyüklüğünü, besiyerindeki

kullanılabilen besin miktarı ve mikroorganizma tipi

gibi pek çok faktör etkiler.

(9)

Duraklama Fazı

 Sekonder metabolitler  antibiyotikler (penisilin ve streptomisin)

 Eksponensiyel gelişme fazında üretilen

metabolitler primer metabolitler (örneğin etil alkol) olarak adlandırılır.

 Spor oluşturan bakterilerde sporlar bu fazda üretilir.

 Bu faza giren hücrelerin canlılığından sorumlu sur olarak adlandırılan henüz fonksiyonları tam olarak bilinmeyen genler bulunur. E. coli’de

belirlenen bu genlerde oluşan mutasyonlar,

duraklama fazına giren hücrelerde olduğu gibi

hızlı hücre ölümlerine sebep olurlar.

(10)

Ölüm Fazı

 İnkübasyon süresi uzayınca duraklama fazındaki hücreler canlılıklarını

sürdüremeyip ölmeye başlarlar.

 Ölen hücrelerin sayısı canlı hücrelerden fazladır.

 Bu fazda optik yoğunluk değişmezken canlı hücre sayısı devamlı olarak azalır.

 Ancak bütün hücrelerin ölmesi için uzun bir zamana ihtiyaç vardır.

 Bazı durumlarda hücresel enzimlerin

(otolizinler) etkisiyle hücreler lize olur.

(11)

Generasyon zamanının ve sayısının hesaplanması

 Generasyon, bir hücreden iki hücrenin oluşmasıdır.

 Generasyon zamanı, bir hücreden iki hücre oluşması için gerekli

zamandır. Yada bir populasyondaki hücrelerin sayılarını iki katına

çıkarmaları için gerekli zamandır. Bu

genellikle doubling time olarak da

adlandırılır.

(12)

N = N

_o

x 2

ⁿ

N= Son hücre sayısı

N

_o

= Başlangıç hücre sayısı n= Generasyon sayısı

n = log (N) - log (N

_o

) / log 2 Generasyon zamanı:

g = t / n

(13)

Örnek: Eksponensiyel gelişme fazında 2 saat aralıklarla alınan bir kültürde, ilk hücre sayısı 5x10

⁷

, 2 saat sonraki hücre sayısı 1x10

⁸

'dir. Bu kültürün generasyon sayısını ve zamanını bulunuz.

n = log (10

⁸

) - log (5x10

⁷

) / 0.301 n = 8 - 7.69 / 0.301 = 1

g = t / n = 2 / 1 = 2 saat

(14)

IV. E. Mikrobiyel Gelişmenin Ölçülmesi

Mikroorganizma sayımı iki yöntemle yapılır.

1. Canlı ve ölü mikroorganizmaların birlikte sayıldığı direk mikroskobik sayım

2. Sadece canlı mikrobiyel

hücrelerin sayıldığı kültürel sayım

yöntemi

(15)

Hücre kütlesi direkt ve indirekt metodlar kullanılarak belirlenir.

1. Yaş ve Kuru ağırlığın belirlenmesi

2. Toplam azot ve karbon miktarının belirlenmesi.

3. Spektrofotometrik yöntemlerle kültürün protein miktarının belirlenmesi.

İndirek metodlar başlıca iki grupta toplanır.

1. Bulanıklığın ölçülmesi:

Spektrofotometre kullanılarak sıvı kültürdeki optik yoğunluk (OD) belirlenir.

2. Oksijen alımı, CO

₂

ve asit üretimi gibi

metabolik fonksiyonlar belirlenir.

(16)

IV. F. Sürekli Kültür

Sürekli kültürler, sıcaklık, pH,

karıştırma hızı ve oksijen gibi

çeşitli koşulların kontrol edildiği

fermentör olarak adlandırılan

kaplarda üretilir.

(17)

Kemostat: Eğer sürekli kültürde karbon ve azot kaynağı gibi gelişmeyi sınırlayıcı bir besin maddesi miktarı sabit tutulursa bu tip sürekli kültürler kemostat olarak adlandırılır.