Bakteriler

Bakteriler


Bakteri dünyası, canlı çeşitliliğine, neredeyse sonsuz denilebilecek bir oranda katkıda bulunuyor Her gün yeni türler keşfediliyor ve birbirinin aynı olduğu düşünülen bakterilerin bile metabolizmaları incelendiğinde, aslında farklı türler oldukları ortaya çıkıyor

Bakteriler, Yeryüzü'nde yaşamın sürekliliği için çok önemli birçok biyokimyasal olayın gerçekleşmesini sağlıyor Kısacası, yaşamın temelindeki kimyasal olayların gerçekleşmesini bakterilere borçluyuz Tek olumsuz yönleri bazılarının hastalıklara yol açmaları; ancak, doğanın dengesinin korunması açısından düşünürsek hastalık yapıcı bakterilerin bile yararlı olduğu öne sürülebilir

Dünya atmosferi için oksijen kaynağı olan fotosentez olayını bitkilerin yanında fotosentetik bakterilerin de gerçekleştirdiğini bilmek çok etkileyici Büyük bir üretim zenginliği ve tür çeşitliliği olan bu görünmeyen kimyacılar, yani bakteriler bu yönleriyle bilime ve teknolojiye önemli olanaklar sunuyor

İyi yapılmış bir turşuyu yemenin keyfine doyulmaz, ama turşuyu tutturması zordur Su, tuz, sirke, şeker, limon gerekir ve bunların birbirine oranları da turşunun kalitesini belirler Turşu yapmanın amacı, asitli bir ortam sağlayarak meyve ve sebzeleri korumaktır

Tuz ve sirke, ortamda çürükçül bakterilerin ve küflerin çoğalmasına engel olur Tuzu az konulursa meyve ve sebzeler çürümeye neden olan bakterilerin ortamda çoğalması nedeniyle bozulur; turşu amacına ulaşamaz Sebze ve meyvelerin zevkle yenilen turşulara dönüşmesini ise sirkede doğal olarak bulunan bakteriler sağlar

Turşu yapımı, besin saklanması ve üretiminde bakteri kullanımının yalnızca bir örneği Turşu yaparken fermantasyon ürünü asetik asit olan Acetobacter bakterilerine oksijensiz bir yaşama ortamı sağlamak için, kavanozun kapağını hava almayacak şekilde kapatmak gerekir Kavanozun içinde oksijen kalması, turşunun niteliğini bozduğu için istenmeyen bakteri ve küf mantarlarının çoğalmasına yardım eder Turşunun sonbaharda yapılmasının da bir anlamı var

Sonbaharda sebze-meyve bolluğunun olması ve bunların kışın da yenebilecek bir şekilde saklanmasının amaçlanması bir yana, hava sıcaklığının ne çok sıcak ne de çok soğuk olması da önemli Çünkü bakterilerin yaşayabildiği ve çoğalabildiği belirli sıcaklık sınırları var Aynı durum yoğurt ve peynir gibi diğer besinlerin yapımı sırasında da önemli Bu besinlerin yapımını da bakteriler sağlıyor

Laktik asit bakterileri adı verilen bu bakteri grubu, oksijensiz solunum yani fermentasyon yoluyla şekeri kullanarak laktik asit açığa çıkarıyor Bakterilerin belirli sıcaklık aralıklarında yaşayabilmesinin nedeni ise enzimleri Enzimler protein yapısında olduğundan, işlevlerini ancak belirli sıcaklıklarda gerçekleştirebiliyorlar

Bakterilerin yaşayabildikleri ve çoğalmalarını gerçekleştirebildikleri sıcaklık sınırları türden türe farklılık gösteriyor ve bakterilerin inanılmaz çeşitliliği bu noktada birçok yönünü ortaya koyuyor Buzullarda çok düşük sıcaklıkta da sıcak su kaynaklarının dayanılmaz sıcaklığında da yaşayabilenler var Bunun dışında, tuz ya da asit oranı çok yüksek ortamlarda yaşayabilen binlerce tür bulunuyor

Mikrobiyolojiye giriş niteliğinde bir derse yeni başlamış olan öğrencilere ilk öğretilen şeylerden biri bakterilerin doğada her yerde bulunduğudur Örneğin, evinizin bahçesindeki toprakta milyonlarca tür ve milyarlarca birey bulunabilir

İlk laboratuvar uygulamasında çeşitli ortamlardan alınan örneklerden hazırlanan kültürlerdeki mikroorganizma üremeleri gözlenir ve öğrencileri şaşkına çevirir Bunların birçoğu zararsızdır ve ekolojik dengenin sürmesinde önemli işlevleri vardır Bazıları ise insan ve hayvanlar için hastalık etmenidir

Vücudun çeşitli bölümlerinde enfeksiyona neden olabilirler Hastalık etmeni bakterilerin bazıları besinlerin hazırlanması ya da saklanması sırasında temizlik koşullarına uyulmadığında, besinlere bulaşır, bunların içinde çoğalır ve toksin (zehir niteliğindeki bileşikler) üretirler bu besinler insanlar tarafından tüketildiğinde, sonucunda "besin zehirlenmesi" denilen duruma neden olabilirler Hastalık etmeni olan bakterilerden korunmanın yolları aşılamalara ve temizlik kurallarına özen göstermekten geçer

Makroskobik Dünya'nın Mikroskobik Canlıları

Bakterilerle ilgilenmeye yeni başlayan biri için onların dünyasını keşfetmek, yeni bir gezegen keşfetmeye benzer Dünya'nın en küçük canlılarından olan bakteriler, gezegendeki doğal ekolojik sistemlerin işleyişinde çok önemli bir yere sahiptir

Besin, mineral ve enerji döngülerinde "kimyacı" gibi işlev gören bakteriler, canlılar arasındaki ilişkilerde etkin bir rol oynar Bu yüzden, bakteriler canlılıkla ilgili süreçlerin anlaşılmasına yardım ederler

Yaklaşık 3,5 milyar yıl önce, yaşayan ilk hücreler olarak ortaya çıktıkları belirlenen bakteriler en basit yapılı canlılar olmalarının yanında, dünya yüzeyinde belirli bir canlı grubuna ait en büyük kütleyi oluştururlar

Bakteriler, canlılar aleminde "Prokaryotlar" olarak adlandırılıyorlar Bitkilerin ve hayvanların yaşamsal işlevlerinin birçoğu, bu prokaryotik hücrelerin etkinliklerine bağlı olarak gerçekleşir Atmosferdeki oksijenin yarısından fazlasını fotosentez yapan Cyanobacteria adı verilen gruba ait bakteriler üretir Bu bakteriler önemli bir miktarda karbon dioksit ve azot gazlarının organik bileşik olarak bağlanmasına da yardım ederler

Atmosferle yer ve canlılar arasındaki azot döngüsünde, havadaki serbest azotun canlılar tarafından bağlanmasına yönelik tek mekanizma, baklagillerin köklerinde özel yumrucuklar içinde yaşayan, yumrucuk bakterileri ya da cins adı Rhizobium olan bakteriler tarafından sağlanıyor

Bakterilerin, baklagillerle olduğu gibi başka canlılarla da simbiyotik (ortak yaşam biçiminde) ilişkileri var Bu ilişkilerde karşılıklı yararlanmalar söz konusu Örneğin, bazı böceklerde yavruların cinsiyetini, simbiyotik ilişki içinde olduğu bakteriler belirliyor Geviş getiren hayvanlarda ise, sindirimi oldukça zor olan selüloz, bağırsaklarda yaşayan bakteriler tarafından parçalanıyor

Hastalık yapan bakterilerin konaklarıyla olan ilişkisi ise asalaklık biçiminde (parazitik) bir yaşam olarak değerlendirilebilir Toprakta yaşayan bakteriler de toprakların verimliliğine katkıda bulunur

Çürükçüller (saprofitler) adı verilen bu bakteriler ölmüş canlıları parçalayarak, onların proteinlerinde bağlı olarak bulunan azotun ve diğer minerallerin toprağa geçmesini ve yeniden azot döngüsüne katılmasını sağlar Bakteriler azot ve oksijen döngülerine katıldıkları gibi, karbon ve kükürt döngülerine de etkin olarak katılırlar

Bakteriler, yaklaşık 1 mikrometre çapında olup, hücre zarından ve DNA ipliğinden başka farklılaşmış yapı içermezler, hücrenin içi ise metabolik tepkimeleri sürdüren enzimler, küçük organik bileşikler ve inorganik iyonlarla doludur Boyutlarının ancak mikroskopla görülebilecek kadar küçük olmasına bağlı olarak, onların Dünya'daki en yaygın yaşam formları olduklarını ve en büyük canlı grubu kütlesini oluşturduklarını görsel olarak hissetmek pek zordur

4,5 milyar yaşındaki Dünya'da yaklaşık 2 milyar yıl kadar tek canlı grubu olarak yaşadıkları düşünülen bakterilerin en eski örnekleri olduğu kabul edilen fosiller Batı Avustralya'da bulunmuştu ve yaklaşık 3,5 milyar yıl önce yaşamışlardı Bu fosil örneklerinin yapısından ve içinde bulundukları kayaların özelliklerinden fotosentez yapan bakterilerin en az 3 milyar yıl önce var oldukları belirlendi

Evrim sırasında oksijen üreten fotosentetik bakteriler gibi canlı formlarından sonra, oksijen kullanan yaşam formlarının ortaya çıktığı ve diğer canlı türlerinin de böylece oluştuğu düşünülüyor Bu açıdan, bakteriler, canlılığın başlangıcında da etkin bir role sahip görünüyor

Bakteriler, yapı bakımından birbirine çok benzer gruplar altında ele alınırlar Bu yüzden bakteriyologlar, bakterileri görünüşlerine göre değil, biyokimyasal özelliklerine göre değerlendirirler Asit ya da metan üretenleri, oksijeni ve kükürtü indirgeyenleri olabilir Enerjisini çok çeşitli kimyasal kaynaklardan elde edenleri bulunabilir; ancak, çoğu bakteri çevredeki fiziksel ve kimyasal koşullar uygun olmadıkça büyüyüp gelişemez

Son yüzyıl içinde Robert Koch'un öncü çalışmalarıyla varlıkları belirlenen bakterilerin, bugüne kadar 5 000 türü tanımlanmış ve bunun daha buzdağının tepesi olduğu düşünülüyor Buzdağının alt kısımlarında ise birçok hayvanın sindirim organlarında, derin deniz ve yer katmanlarında yaşayan türler var Türlerin, özellikle de görünüş olarak birbirine çok benzeyenlerin nasıl ayırt edildiğine gelince, bunda da genler kullanılıyor

Türleri birbirinden ayırmak için 16S ribozomRNA'sını kodlayan gen incelenir Bu gen her organizmada var; ancak, evrimsel anlamda öyle yavaş değişim geçiriyor ki, nükleotid dizilişi bir türün tüm bireylerinde tamamen aynı olabiliyor Bu da türler arası farklılıkları ortaya koymaya yarıyor

Yine de araştırmacılar 16SRNA geni üzerindeki çalışmaların, gerçek çeşitliliğin daha azına ışık tutacağını düşünüyorlar Çeşitlilik üzerine yapılan çalışmalarda, ribozom RNA'sı yönünden bakınca, köpek ve insanın aynı organizmaymış gibi görülebileceği de araştırmacıları düşündüren konular arasında Tür çeşitliliğinin diğer canlılarda olduğu gibi bir de biyokimyasal yönü var Bakterilerin biyokimyasal işleyişleri ise, ancak laboratuvarlarda saf kültürler üzerinde izlenebiliyor

Biyokimyasal ve ekolojik bilgileri yalnızca gen dizilişlerini inceleyerek elde etmek pek olası değil Bir türün tüm tipik özelliklerinin belirlenmesi laboratuvar çalışmalarını da gerekli kılıyor Bakterilerin bu tür çeşitliliğinin nereden geldiği düşünülebilir

Hızlı çoğalmaları, hareketli olmaları, yaygınlıkları ve kalıtsal yapılarının mutasyonlar (DNA yapısında oluşan ani ve kalıtsal değişiklikler) nedeniyle kolaylıkla değişebilir olması onların dış koşullarda oluşan değişikliklere kolaylıkla uyum sağlayabilmelerine olanak sağlıyor

Haploid yapıda olmaları, yani DNA'larının tek zincirli olması nedeniyle, mutasyonların oluşturduğu değişiklikler diğer nesillere kolaylıkla aktarılabiliyor Çoğalmaları da çok kısa sürede gerçekleştiğinden, yeni türlerin ortaya çıkması da büyük bir zaman almıyor olsa gerek

Bakterilerde çoğalma ikiye bölünme ile gerçekleşiyor İnsanda bağırsaklarda doğal olarak yaşayan bir bakteri türü olan Escherichia coli üzerinde yapılan çalışmalarda E coli'nin 20 dakikada bir ikiye bölündüğü belirlenmiş Neyse ki birçok bakteri hemen ölüyor Böyle olmasaydı, E coli hücrelerinin 20 dakikada bir durmadan bölündüklerinde tüm dünyayı kaplayacak hacime 43 saatte ulaşacakları hesaplanmış

Hatta iki saat daha geçtiğinde 6,6 x 1020 tona ulaşarak Dünya'yla yaklaşık olarak aynı ağırlığa geleceği de düşünülmüş Çoğu bakteri hücresi öldüğünden bu duruma gelinmiyor; çünkü, besin için aralarında büyük bir yarış var ve diğer bazı organizmaların (küf mantarı ve bazı bakteriler gibi) ürettiği doğal antibiyotikler de onları öldürüyor Evet, bakteriler aynı zamanda diğer bakterileri öldüren antibiyotikler üretiyorlar Hatta vitamin sentezi yapanlar da var

İlaç endüstrisinde, bu bakterilerin saf kültürlerinin antibiyotik üretmesi sağlanıyor ve sentetik olmayan antibiyotikler çoğunlukla bu yolla elde ediliyor Antibiyotiklerden başka, aşılar ve tıbbi açıdan yararlı bazı enzimler de bakteriler tarafından üretiliyor Antibiyotiklerin çoğunu toprakta yaşayan bakteriler üretiyor

Streptomyces'ler gibi, Actinomycetes grubuna ait olan bakteriler, tetrasiklin, eritromisin, streptomisin, rifamisin ve ivermektin gibi antibiyotikleri üretiyorlar Bacillus türleri basitrasin ve polimiksin üretiyor Difteri, boğmaca, tetanoz, tifo ve kolera gibi hastalıkların aşıları da bakterilerden elde ediliyor

Ölüm ve Yaşam

Bakterilerin yaygınlığının bir nedeni de, yaşam evrelerinden birinin özelliğidir Sınırları çok hassas olarak belirlenmiş ortam koşullarında yaşayan bakteriler, koşullar bozulunca ya da onu zora koşmaya başlayınca, bölünmeye başlar Normal koşullarda bu bölünme sonucunda ana hücreden kalıtsal özellikleri tamamen aynı olan iki yavru hücre meydana gelir Ancak, koşullar bozulduğunda ya da besin azaldığında vazgeçilen ilk şey bu "aynılık" olur

İkiye bölünme yine gerçekleşir ama bu kez birbirine eşit olmayan, yalnızca birinin hayatta kalacağı iki hücre meydana gelir Bunlardan büyük olan ana hücredir ve küçük "kardeş"ini içine alır 10 saat süresince tüm enerjisini kullanarak onu besler ve kendini korumasına yardım edecek olan özel bir protein kılıf oluşturmasını sağlar

Böylece, varolan canlılar içinde en dayanıklı ve kendini koruyabilen nitelikteki bireyler oluşur Bu dayanıklı yapıya "spor" adı verilir İşte bakteriler, normal bölünmelerinin dışında, sporlar yoluyla Dünya'nın her yerine kolayca yayılırlar

Sporların iç kısmında DNA ve ribozomlar yarı kristalize bir halde bulunurlar Sporlar binlerce yıl gibi uzun süreler yaşabilirler Tıpkı geçen yıllarda, araştırmacıların 25 milyon yıl önce çam ağacı reçinesi içinde yakalanmış ve bugüne kadar korunmuş bir arının karnından çıkardıkları bakteri sporları gibi

Reçinenin sertleşmiş hali olan amber içindeki arı, laboratuvarda steril koşullar altında açılarak karnındaki bu eski bakterilerin sporlarının çıkarılıp, kültüre alınmasıyla bakteriler kolayca yeniden gelişmeye başladılar Bu tarihi bakterinin kalıtsal özelliklerinin arıların sindirim sisteminde bulunan Bacillus sphaericus adlı bir bakteri hücresine benzediği de belirlendi

B sphaericus, arıların sindirim süreçlerine yardım eder ve aynı zamanda antibiyotik üreterek, onları hastalıklara karşı korur Bu örnekte de olduğu gibi, sporlar, uzun süre uykuda kaldıktan sonra, uygun koşullar bulduklarında yeniden gelişmeye geçerler

İngiliz ve Rus bilim adamları yukarıdaki örneğin benzerlerinin, Antarktika'da buz altında yeni bulunmuş olan ve yaklaşık 50 000 yıldır dış dünyayla hiçbir bağlantısı kalmamış olan bir gölde de olabileceğini düşünüyorlar ve eğer varsayımları doğruysa, gölün altında yaklaşık bir milyon yıl öncesinin yaşam formlarına rastlayabileceklerine inanıyorlar

Bakteriler sınırsız sayıda bölündüklerinden, kural olarak ölümsüz kabul ediliyorlar Ancak, yapılan son çalışmalarda araştırmacılar, bakterilerde ölümsüzlükten çok ölümün bulunduğunu belirlemişler

Bakteriler bir hücre olarak kabul edildiklerinde ölüm çok önem taşımıyor, ama daha büyük bir organizma bütününün bir parçasıymış gibi bakılırsa, ölümün onlar açısından anlamı değişiyor Bu tartışmayı hissedebilmek için bakteri kolonilerine bir göz atmak gerek

Bazı bakteri türleri koloniler halinde yaşıyorlar, yani aynı türün bireyleri tek tek yaşamaktansa bir "birey grubu" olarak yaşamayı tercih ediyor Bu kolonilerin birçoğunda bireyler arasında bir işbölümü var Bu işbölümüne bağlı olarak da hücrelerarası farklılaşmalar olabiliyor E coli türünde de görülen bu koloniler incelendiğinde, bireylerin farklılaşmış yapılar sergilediği gözlenmiş

Bu farklılıkların hücre büyüklüğü, biçimi ve enzim çeşitleri açısından olduğu ortaya konmuş Değişik genlerin etkisi değişik bireylerde ortaya çıkabilmiş ya da mutasyonlar gerçekleşmiş Bu sırada çevreye uyum sağlayan bireylerin yanında, çok sayıda hücrenin de öldüğü belirlenmiş

Araştırmacılar, spor oluşturan ana hücrenin ölümünün de bu durum gibi yorumlanabileceği görüşündeler ve bazı bireylerin diğerlerinin yararına öldüklerini düşünüyorlar

Bu konu üzerinde belki de daha çok çalışacak ve düşünecekler Diğerinin yararına ölme durumuna neden olarak da şimdilik, sporların "hayatta kalma" yani DNA'yı koruma ve devam ettirme amacına hizmet ettiğini, bu durumun belki de hayatta kalanların ölenlerin proteinlerini kullanabilmeleri için gerçekleşmiş olabileceğini gösteriyorlar

En önemli soru da, hangi bireylerin öldükleri? Araştırmacılar, bunun da bir şans işi olduğunu, doğru ya da yanlış yerde, doğru ya da yanlış zamanda bulunmanın bu durumun belirleyicisi olduğunu düşünüyorlar

Bakteriler Bilimin Emrinde

Moleküler genetik biliminin ve rekombinant DNA teknolojisinin ilerlemesiyle, bakteriler önemli roller almaya başladılar Genlerin nasıl işlediği bilindiğinden beri, bilim adamları canlıların genleri üzerinde oynayabiliyorlar Bunun ahlaki yönü tartışıladururken, bilimsel çalışmalar da hızla ilerliyor Bakterilerin genetik müdahalelerle doğrudan ne ilgisi olduğunu düşünebilirsiniz

Bakteriler, genetik yapısı değiştirilmek istenen canlılara aktarılmak istenen genlerin taşınması için yalnızca bir araç Bazen kendinde varolan bir geni, bazen de dışarıdan yapısına eklenen genleri, genetik yapısı değiştirilmek istenen canlıya taşımada kullanılıyorlar Örneğin, insandan eritropoietin adı verilen ve kımızı kan hücrelerinin yapımından sorumlu olan bir hormon bulunuyor

Böbreği olmayan kimselerde bu hormon yapılamıyor Normal koşullar altında üretilmesi çok zor olan bu hormonun yapımını kontrol eden gen, bakterilere aktarılıyor Böylece, bakteriler bu hormonu üretebilir hale geçiyorlar ve bu yolla elde edilen hormon birçok kişi için yaşam kurtarıcı oluyor

İnsan insülini de bu yolla elde edilebiliyor Bir başka örnek de tarımdan verilebilir Patatesin soğukta donmasına belli bir bakterinin bir geninin neden olduğu belirlendikten sonra, bilim adamları, biyoteknolojik yöntemlerle bu geni taşımayan bakteriler ürettiler

Bu bakteriler patates tarlalarına bırakıldığında, sonuç olumluydu Patatesler artık donmuyordu Çünkü, donmaya neden olan geni işlemeyen bakteriler normal bakterilerle besin kaynakları için yarışıyor ve normal bakterilerin sayısının azalmasına neden oluyor

Çevre açısından tehlike taşıyan maddelerin temizlenmesi için yapılan biyoteknolojik uygulamalarda da bakteriler kullanılıyor 1989'da Alaska'da Exxon Valdez petrol tankeri kazasında petrolün denize dökülüp çevrede ve canlılarda büyük zararlara yol açmasından sonra petrol ürünlerini parçalayan bakteriler geliştirildi

Bitkiler üzerinde yapılan biyoteknolojik çalışmalar da daha çok hastalıklara, böceklere ve yabani otları öldüren ilaçlara karşı, bitkilere direnç kazandırmaya yönelik oluyor Örneğin, Agrobacterium tumefaciens tarımda bitkilere genetik müdahaleler yapılırken kullanılıyor

Sonuçları son yıllarda alınan, ama yaklaşık otuz yıllık bir çalışmanın ürünü de selüloz üreten bakteriler Selüloz, normal koşullarda bitki hücrelerinin duvarlarında bulunan bir molekül

Doğal bir polimer olan selüloz, dünyada çok yaygın olması nedeniyle, kâğıt ve pamuk endüstrilerinde önemli bir yer edinmiş durumda Biyoteknologlar bitkiler olmadan da selüloz üretebilmenin yollarını ararlarken, Acetobacter xylinum adlı bir bakteri türünün ürettiği selülozun yüksek bitkilerin ürettiklerine benzer olduğunu buldular

Fotosentetik bakterilerden olmayan A xylinum'un selülozu oldukça güçlü, katlanınca şeklini koruyan ve esnek olan bir yapıya sahip Bu nedenle, kumaş ve tıbbi malzeme olarak kullanılması düşünülüyor Ayrıca, pamuk bitkisinin kalitesini artırmada, A xylinum'dan yararlanılması da planlanan çalışmalar arasında Ancak, çalışmalar henüz ticari boyuta ulaşmamış durumda

Bir İngiliz biyoteknoloji şirketi de bakterileri plastik üretiminde kullanıyor Biyolojik olarak parçalanma özelliği taşıyan bu polimerler, Alcaligenes eutrophus adındaki bakteri türü tarafından fermentasyon sırasında yapılıyor

Biyopol adı verilen bu polimerler, şişelerin ve kontrollü miktarda kullanılması gereken ilaç şişelerinin yapımında kullanılıyor Bakterinin plastiği nasıl ürettiğine gelince, bakterilere besin olarak glikoz ve propiyonik asit veriliyor Bakteriler de bunu polyestere dönüştürüyor

Bu polyester, bakteri için enerji kaynağı olmanın yanı sıra, tıpkı insan hücrelerinin yağ depolaması gibi depolanıyor Hücreden alındığında da polipropilen gibi esnek bir materyal elde ediliyor Ancak, polipropilenden önemli bir farkı biyolojik olarak bileşenlerine parçalanabilmesi ve ortamda birikmemesi

Bakteriler, basit yapıları ve biyolojik süreçlerinin kolay anlaşılabilirliği ve hızlı çoğalmaları yüzünden, moleküler biyoloji ve genetik konusunda yararlı bir laboratuvar deneği konumuna geldiğinden, özellikle biyoteknoloji konusunda ilerleyen çalışmalar sonucunda geleceğe yön vereceğe benziyorlar