Bakteriler

1. Bakteriler Alemi

► Bakteriler, ilk kez Antony Van Leeuwenhoek tarafından basit ışık mikrosbu ile su damlacığı içinde gözlenmiştir.

► Yeryüzünde en fazla sayıda bulunan canlı grubudur.

Bakterilerin Genel Özellikleri

► Özelliklerin bir kısmı tüm bakterilerde bulunurken, bir kısmı bazı bakterilerde bulunabilmektedir.

Tüm Bakterilerde Bulunan Ortak Özellikler

► Tamamı tek hücreli ve prokaryot hücre yapısına sahiptir.

► Mikroskobik organizmalardır.

► Sahip oldukları tek organel Ribozomdur.

► Hücre zarı, sitoplazma, DNA ve RNA bulundururlar.

► DNA'ları sitoplazmada olup halkasal şekillidir. Protein kılıf ile çevrili değildir. (Çıplaktır.) DNA nükleoid denilen bölgede bulunur.

► Kromozomları haploid (n) kromozomludur.

► Glikozun fazlasını glikojen olarak depo ederler.

► Çekirdek ve zarla çevrili organelleri yoktur.

Bazı Bakterilerde Bulunan Özellikler

► Hücre duvarı bulundurma: Bakterilerde genellikle hücre zarının dış kısmında protein ve polisakkaritten oluşan hücre duvarı (çeperi) bulunur. Bu yapıya Peptidoglikan denir.

► Kapsül Bulundurma: Bazı bakterilerde hücre duvarının dışında polisakkaritten oluşmuş koruyucu bir kapsül bulunur. Bu kapsül, bakteriyi fagositozdan korur ve patojenlikte rol oynar. Yani kapsüllü bakteriler çoğunlukla hastalık yapıcıdır. (patojendir) Örneğin; insanda zatürre hastalığını yapan bakteriler kapsüllüdür.

► Klorofil Bulundurma:

♦ Bazı fotosentetik bakteriler güneş ışığını kullanarak fotosentez yaparlar.

♦ Bu bakterilere Fotoototrof Bakteriler denir. Fotoototrof bakterilerde klorofil molekülü bulunur.

♦ Bakterilerin kloroplastları olmadığı için klorofilleri sitoplazmada yer alır.

♦ Örneğin; siyano bakteriler (mavi yeşil algler, H₂S bakterileri vb.fotosentetik bakterilerdir.)

► Kamçı ve Pilus Bulundurma:

♦ Kamçı: Bazı bakterilerde aktif yer değiştirmeyi sağlayan kamçılar bulunur. Kamçısı olmayan bakteriler toz parçacıkları ya da su damlacıkları ile pasif olarak taşınabilirler. Kamçı ökaryotlarda da bulunur. Aralarındaki fark; ökaryotların kamçıları tübülin proteininden, prokaryotların kamçıları ise flagellin proteininden oluşmuştur.

♦ Pilus: Bazı bakterilerin yüzeylere ve birbirlerine tutunmak için pilus denilen kısa uzantıları vardır. Piluslar, aynı zamanda iki bakteri arasında DNA aktarımında (konjugasyon) görev alır.

► Plazmit Bulundurma: 

♦ Bazı bakterilerde, ana DNA’nın dışında plazmit adı verilen küçük, halkasal yapıya sahip, kendini eşleyebilen DNA parçacıkları da bulunur.

♦  Plazmitler, bakterilerin yaşaması ve çoğalmasında zorunlu olmasa da bazı özellikler ile ilgili genetik bilginin taşınmasında, antibiyotik direnci gibi avantajlar sağlar.

♦ Plazmitlerin çoğu çift zincirli DNA taşır.

♦ Plazmitler, kromozomlardan farklı olarak sadece zorunlu olmayan fakat sıklıkla çok faydalı olan genleri taşır.

♦ Bu genleri konjugasyon (gen transferi) ile diğer hücrelere aktarabilir. Konjugasyonda; birey sayısında artış olmadığı için bu olay bir çoğalma şekli değildir. Bu yöntemle genetik (kalıtsal) çeşitlilik sağlanmış olur.

► Mezozom Bulundurma: Oksijenli solunum yapan bazı bakterilerde, ökaryot hücrelerdeki mitokondrinin görevini yapan Mezozom adı verilen yapılar bulunur. Bu yapılar hücre zarının farklılaşmasıyla oluşan zar kıvrımlarıdır. Mezozomlarda O₂'li solunumda görev alan Elektron Taşıma Sistemi (ETS) yer alır.

NOT: Mezozomlar, ökaryot hücrelerdeki mitokondri ile benzer görevi yapar ancak kesinlikle bir organel değildir.

► Endospor Oluşturma:

♦ Endospor oluşturma; sadece bazı bakteri türlerine özgü bir yapıdır.

♦ Bazı bakteriler, olumsuz çevre koşullarında hayatta kalabilmek için endospor adı verilen dayanıklı yapılar oluştururlar.

♦ Endosporlar; ekstrem sıcaklıklar, kuraklık, radyasyon ve kimyasal maddeler gibi zorlu çevre koşullarında bakterilerin hayatta kalmasını sağlayan özel yapılardır.

♦ Bu yapılar, bakteri hücresinin iç kısımlarının kalın bir koruyucu tabaka ile çevrilmesiyle oluşur.

♦ Endospor bir üreme şekli değil korunma şeklidir.

♦ Endospor oluşumu sırasında hücre DNA'sını eşler ve bir kopyasını dayanıklı bir duvar ile çevirerek korumaya alır.

► Endospor bakterilerin uzun süre hayatta kalmalarını ve DNA'larını korumalarını sağlayarak, uygun koşullar geri döndüğünde tekrar aktif hale gelmelerini sağlar.

► Endospor oluşumu sırasında;

♦ Bakteri su kaybeder. (Sitoplazmadaki su miktarı azalır.)

♦ Metabolizma minimum seviyeye iner.

♦ Hücre içi enzimler inaktif hale gelir. (su miktarının azalmasından dolayı)

♦ DNA;  ısı, radyasyon, kimyasal maddeler vb.zararlı etkilerden korunur.

♦ DNA'nın niteliği (yapısı) ve niceliği (miktarı) değişmez.

♦ DNA endospor kılıfı içinde uzun süre korunarak kalır.

♦ Endospor oluşumu sırasında üreme gerçekleşmez.

♦ Endospor yapı bakterinin uzun süre (iki yıl ve daha fazla) korunmasını sağlayabilir.

► Bakterinin metabolik hızı; canlılık özelliklerini sürdürebilecek kadar düşer.

Bakterilerin Sınıflandırılması

Şekillerine Göre Bakteriler

► Bakteriler mikroskopta incelendiklerinde; yuvarlak (küre), çubuk (çomak), virgül ya da spiral şekillerde oldukları görülür.

► Bu bakteriler gram boyası ile mikroskop altında boyanıp boyanmamalarına göre Gram (+) ve Gram (-) Bakteriler olarak ifade edilirler.

► Gram (+) bakteriler; gram boyası ile boyandıklarında mor renk alırlar.

► Gram (-) bakteriler ise pembe renk alırlar.

ATP Üretim Şekillerine Göre Bakteriler

► Solunum ve fermantasyon olayları ile ihtiyaçları olan ATP enerjisini üretirler.

► Bazı bakterilerin Mezozom yapıları olduğu için O₂'li solunum yaparak ATP enerjisini üretirler.

► Bazı bakteriler O₂'siz solunum ile ATP enerjisi üretirler.

► O₂'li ve O₂'siz solunumda ETS elemanları görev alır.

► Oksijensiz solunumu bazı bakteri ve arkeler yapar. Ökaryotlar yapmazlar.

► Bazı bakteriler O₂'siz ortamda ETS kullanmadan fermantasyon ile ATP enerjisi üretirler. Bu fermantasyon çeşitlerinin en önemlileri etil alkol ve laktik asit fermantasyonlarıdır. Örneğin; sütü yoğurda dönüştüren yoğurt bakterileri laktik asit fermantasyonu yapar. Şarap oluşumunu ise etil alkol fermantasyonu yapan bakteriler gerçekleştirir.

Oksijen İhtiyaçlarına Göre Bakteriler

► Zorunlu Aerob Bakteriler; O₂'li (Aerobik Solunum) yaparlar ve sadece O₂'li ortamda yaşayabilirler.

► Zorunlu Anaerob Bakteriler; O₂'siz (Anaerobik Solunum) yaparlar ve sadece O₂'siz ortamda yaşayabilirler. Hava (O₂ ile) karşılaştıklarında ölürler. Bu nedenle bir ortamı havalandırmak bir bakıma ortamı steril etmektir.

► Geçici Aerob Bakteriler; Normal şartlarda O₂'siz ortamda yaşarlar. Ancak gerektiğinde O₂'li ortamda da kısa süreli yaşayabilirler.

► Geçici Anaerob Bakteriler; Normal şartlarda O₂'li ortamda yaşarlar. Ancak gerektiğinde O₂'siz ortamda da kısa süreli yaşayabilirler.

NOT: Geçici Aerob ve Geçici Anaerob bakterilere Fakültatif Bakteriler de denir.

Beslenme Çeşitlerine Göre Bakteriler

Heterotrof Beslenen Bakteriler

İhtiyaçları olan besinleri başka canlılardan sağlarlar. Kendi besinlerini üretemeyen dışarıdan hazır olarak alan bakterilerdir. Buna göre iki grupta incelenirler.

1. Parazit Bakteriler:

♦ Hücre dışı sindirim enzimleri yoktur. Bu nedenle polimer ve büyük besinlerin bulunduğu ortamlarda yaşayamazlar.

♦ Mutlaka konak bir hücre ile birlikte yaşarlar.

♦ İhtiyaç duydukları besinleri; monomer şekilde birlikte yaşadığı konak canlıdan alırlar.

♦ Büyük çoğunluğu hastalık yapıcı (patojen) özelliktedir.

♦ İnsanda patojen bakteriler; şarbon, tifo, tetanoz, verem, difteri, zatürre, menenjit, kolera gibi hastalıklara neden olurlar.

NOT: En gelişmiş olan parazit; üzerinde yaşadığı konak hücreyi öldürmeyen ve az zarar veren parazittir.

2. Saprofit = Çürükcül = Ayrıştırıcı Bakteriler:

♦ Hücre dışı sindirim enzimleri vardır.

♦ Bakteri, hücresinde ürettiği enzimleri Translokaz adı verilen hücre zarındaki özel yapılarla hücre dışına verir. Çünkü bakteriler prokaryot oldukları için koful oluşturamazlar.

♦ Saprofit bakteriler doğadaki ölü ve canlı atıklarının tamamını (organik atıklar) hücre dışına verdikleri sindirim enzimleri ile inorganik maddelere dönüştürürler. Bu nedenle doğa için çok önemlidirler.

♦ Doğadaki bu dönüşüm ile saprofit bakteriler;

• Toprağı mineral madde bakımından zenginleştirir ve toprağın verimini arttırırlar.

• Doğayı temizlerler.

• Doğada organik madde birikimini önleyerek kokuşmaların önüne geçerler.

• Organik maddeleri inorganiklere çevirerek madde döngülerine yardımcı olurlar.

NOT: Parazit Bakteriler; hücre dışı sindirim enzimi üretemezler. Ancak saprofit bakteriler üretebilirler.

Ototrof Beslenen Bakteriler

► Kendi besinini kendi üretebilen bakterilerdir.

► Bu bakteriler doğadaki inorganik maddeleri (CO₂, H₂O, H₂S vb.) kullanarak organik besinler üretirler.

► Bu besinler; monomer halde olan glikoz, amino asit, yağ asidi, gliserol vb.besinlerdir.

► Besin üretimi sırasında kullandıkları enerji kaynakları farklıdır. Buna göre; besinlerini iki farklı yolla sentezlerler. Bunlar fotoototrof ve kemoototrof bakterilerdir.

1. Fotoototrof Bakteriler:

♦ Fotosentez yaparlar.

♦ Işık enerjisi kullanırlar.

♦ Klorofilleri vardır. (Sitoplazmada bulunurlar.)

♦ Besin üretimini güneşin varlığında gündüz yaparlar.

♦ Karbon (C) kaynakları; CO₂'dir. CO₂'den besin üretirler.

♦ Hidrojen (H) kaynakları; H₂O, H₂S, H2 vb.dir. H₂O kullananlar O₂ üretir.

♦ Örneğin; siyanobakteriler, mor sülfür bakterileri gibi.

2. Kemoototrof Bakteriler:

♦ Kemosentezi sadece bazı bakteri ve arkeler yapar. Ökaryot hücreli bir canlı kemosentez yapmaz.

♦ Kemosentez yapan bir canlı kesin prokaryot ve tek hücrelidir.

♦ Kemosentez yapan canlılara Kemoototrof Canlılar denir.

♦ Kemosentez ile besin üretiminde ışık enerjisi yerine kimyasal enerji kullanılır. Bu kimyasal enerji; bazı inorganik maddelerin (NH₃, NO₂, NO₃ gibi) oksitlenmesi sonucu açığa çıkan kimyasal enerjiden karşılanır.

♦ Kemoototroflarda Klorofil bulunmaz.

♦ Besin üretimlerini gece gündüz yaparlar.

♦ Karbon (C) kaynakları; CO₂'dir. CO₂'den besin üretirler.

♦ Hidrojen (H) kaynakları; sadece H₂O kullanırlar ve O₂ üretirler.

NOT: Kemoototroflar; kemosentez sırasında ürettikleri O₂'yi atmosfere vermezler. Bunu inorganikleri oksitlemek için kendileri kullanır. Örneğin; Nitrit (NO₂), Nitrat (NO₃), Sülfür ve Demir bakterileri kemosentetiktir.

► Fotosentezi; hem prokaryot hem ökaryot canlılar yapabilir. Ancak kemosentezi sadece prokaryotlar (bazı bakteri ve arkeler) yapar.

Bakterilerde Üreme

► Bakterilerde basit ikiye bölünme yöntemi ile eşeysiz üreme görülür.

► Eşeysiz üremeleri sırasında; DNA eşlenmesi ve sitoplazma bölünmesi gerçekleşir.

► Mitoz bölünme gerçekleşmez. Bölünme sırasında genetik çeşitlilik oluşmaz. (Ancak mutasyon olursa kalıtsal çeşitlilik gerçekleşir.)

► Bölünmeden sonra bakteri sayısında artış olur.

► Ortam koşulları uygunsa bakteriler 20 dakikada bir bölünebilirler. Ancak bakteri sayısındaki artış sürekli olmaz. Çünkü ortamda belli bir sayıya ulaşılınca, ortamdaki besin yetersizleşir ve oluşan metabolik atıklar bakterileri öldürmeye başlar.

Bakterilerde Gen Aktarımı ve Kalıtsal Çeşitlilik (Konjugasyon)

► Bakterilerde eşeyli üremeye benzeyen ancak üreme sayılmayan ve genetik çeşitliliğe neden olan Gen Aktarımı (konjugasyon) olayı vardır.

► Konjugasyon ile yeni bakteriler oluşmadığı için bir üreme şekli değildir.

► Konjugasyon; aynı türden iki bakteri arasında tek taraflı gen aktarımı ile gerçekleşir.

► Konjugasyon sonucu oluşan bakteride kalıtsal çeşitlilik sağlandığı için oluşan bakterinin ortam koşullarına uyum yeteneği artar.

► Konjugasyonda sırasıyla şu olaylar gerçekleşir.

♦ Aynı türden iki bakteri yanyana gelir.

♦ İki bakteri hücresi pilus aracılığı ile aralarında sitoplazmik köprü oluşturur.

♦ Verici bakteri hücresi (genellikle F⁺ hücresi) plazmit DNA'sını eşleyerek bir kopyasını alıcı bakteri hücresine (F^- hücresi) aktarır.

♦ Alıcı hücre (F^-) yeni plazmit DNA'sını kullanarak genetik değişiklikler kazanır.

► Bu plazmitler;

• Genetik çeşitlilik,
• Adaptasyon yeteneklerinin artması,
• Çevresel koşullara karşı direnç geliştirme,
• Antibiyotik direnci kazanma gibi yararlı genler taşıyabilir.

Bakterilerde Kalıtsal Çeşitliliğe Sebep Olan Olaylar

1. Konjugasyon: Plazmit aracılığıyla gen aktarımıdır. Aynı tür bakteriler arasında olur.

2. Mutasyon: DNA'da meydana gelen yapısal değişikliklerdir.

3. Transformasyon: Bakterinin bulunduğu ortamdaki DNA parçalarını alarak kendi DNA'sı ile birleştirmesidir.

4. Transdüksiyon: Genlerin bir bakteriden diğerine virüsler aracılığı ile aktarılmasıdır. Günümüzde gen terapisi çalışmalarında kullanılmaktadır.

Bakterilerin Biyolojik ve Ekonomik Önemi

► Bakteriler, biyolojik ve ekonomik açıdan çok çeşitli ve önemli roller üstlenirler. Bu roller, hem zararlı hem de yararlı etkileri kapsar. İşte bakterilerin farklı alanlardaki önemine dair detaylı açıklamalar:

Biyolojik Önemi

• Proteinleri Parçalama: Bakteriler, gıdadaki proteinleri parçalayarak kokuşmaya neden olurlar. Bu olaya Pütrifikasyon denir.
• Karbonhidratları Parçalama: Besinlerdeki karbonhidratları parçalayarak ekşimeye yol açarlar.
• Yağları Parçalama: Besinlerdeki yağları parçalayarak acımtırak tat oluşmasına neden olurlar.

• Toksin Üretimi: Oksijensiz şartlarda üretilen toksinler, yiyeceklerin ve konservelerin bozulmasına ve besin zehirlenmesine neden olur.

• Bağırsak Bakterileri: İnsanın kalın bağırsaklarında ortak yaşayan pek çok bakteri, besin artıklarının bağırsakta ayrışmasını sağlar. Bu bakteriler zararsızdır ve K vitamini ile bazı B vitaminlerini sentezleyerek yararlı olurlar.

• Hastalık Tedavisi: Bakterilerden elde edilen aşılar ve serumlardan faydalanılarak bazı hastalıkların tedavisi sağlanır.

• Biyoremediasyon: Bakteriler, çevre kirliliği ile mücadelede önemli rol oynar. Biyoremediasyon sürecinde, zararlı kimyasallar mikroorganizmalar yardımıyla zararsız hale getirilir. Örneğin, 2006 yılında ABD'de petrol kirliliğine uğramış bir sahile azot ve fosfor gübresi uygulanarak petrol yiyen bakterilerin artması sağlanmış ve sahil temizlenmiştir.

• Saprofit Bakteriler: Saprofit bakteriler, doğada sınırlı miktarda bulunan maddelerin dönüşümünü ve tekrar kullanılmasını sağlar. Organik maddeleri çürüterek ayrıştırırlar. inorganik maddelere dönüştürerek toprağın zenginleşmesinde önemli rol oynarlar. Kemosentetik bakterilere de kaynak oluştururlar.

• Fotoototrof Bakteriler: Siyanobakteriler gibi fotoototrof bakteriler, fotosentez yaparak oksijen üretirler. Bu oksijen, dünyada yaşamın devamı için hayati öneme sahiptir.

• Azot Bağlayıcı Bakteriler: Bazı bakteriler atmosferdeki azotu kullanarak, diğer canlılar için proteinlerin sentezine kaynak oluştururlar. Örneğin; baklagillerin kökündeki nodyumlarda mutualist yaşayan Rhizobium bakterileri atmosferdeki serbest azotu toprağa bağlarlar.

Ekonomik Önemi

• Fermente Gıdalar: Bakterilerden yararlanılarak yoğurt, peynir, sirke, turşu gibi fermente gıdalar üretilir.
• Kimyasal Üretim: Bütanol, aseton, metan, asetik asit, laktik asit gibi maddeler bakteriler kullanılarak üretilir.

• Zararlı Kontrolü: Zehirli madde üreten bakteriler, zararlı böceklerle savaşmak için kullanılır. Bu bakteriler, bitkiyi yiyen zararlı böceklerin ölümüne neden olur. Aynı yöntem sıtma ile mücadelede sivrisineklere karşı da kullanılır.

• Araştırma Aracı: Bakteriler, hücre metabolizması ve moleküler biyoloji ile ilgili yapılan çalışmalarda kullanılır. Hem kısa sürede çoğalmaları hem de DNA'larının basit olması nedeniyle tercih edilirler.
• İlaç Üretimi: Antibiyotikler, insülin gibi bazı hormonlar, aşılar, serumlar ve kanser tedavisinde kullanılan kimyasal maddeler biyoteknolojik yöntemlerle bakterilerden elde edilir.

Antibiyotik Kullanımı ve Önemi

Antibiyotikler, bakteriyel enfeksiyonların tedavisinde kullanılan ilaçlardır. Ancak, Dünya Sağlık Örgütü (WHO), antibiyotiklerin yaklaşık yarısının gereksiz yere kullanıldığını ortaya koymuştur. Bu gereksiz kullanım, çeşitli sağlık sorunlarına yol açmakta ve antibiyotik direncinin artmasına neden olmaktadır.

Antibiyotiklerin Etki Alanı

Bakterilere Karşı Etki:

• Etki Mekanizması: Antibiyotikler, bakterilerin hücre duvarını, protein sentezini, DNA replikasyonunu veya diğer hayati fonksiyonlarını hedef alarak bakterileri öldürür veya üremelerini durdurur.
• Kullanım Alanı: Bakteriyel enfeksiyonlarda, örneğin pnömoni, idrar yolu enfeksiyonları, strep boğaz enfeksiyonu gibi durumlarda etkilidirler.

Virüslere Karşı Etkisizlik:

• Virüsler: Antibiyotikler, virüslerin neden olduğu enfeksiyonlara karşı etkisizdir. Virüsler, hücre içinde çoğalan ve antibiyotiklerin hedef aldığı yapıları olmayan mikroorganizmalardır.
• Viral Enfeksiyonlar: Soğuk algınlığı, nezle, grip gibi üst solunum yolu enfeksiyonlarının çoğuna virüsler neden olur. Bu hastalıklarda antibiyotik tedavisi gereksizdir.