BAKTERILERIN SINIFLANDIRILMASI Canli organizmalar birbirinde son derece farkli özelikler tasidiklarindan, bunlari ortak benzerlikleri esas alinarak siniflandirmak veya gruplar halinde düzene konulmustur. Bu amaçla olusturulmus ve resmen kabul edilmis sisteme taksonomi denir. Taksonomi (yunanca taxis: düzenleme, siraya koyma; nomos: kanun) biyolojik siniflandirma bilimi olarak tanimlanabilir. Taksonomi siniflandirma, isimlendirme ve tanimlama olmak üzere birbirinden farkli ama kendi içlerinde birbiri ile iliskili üç alani kapsamaktadir. Siniflandirma, organizmalarin gruplandirilarak veya ortak benzerlikleri ya da evrimdeki iliskileri esas alinarak taksa (tekili: takson) adi verilen gruplar içinde düzene konmasidir. Isimlendirme, her organizma türünün çesitli taksonomik dizilerine yayimlanmis kurallara uygun olarak isim verme islemidir. Tanimlama ise taksonominin uygulamali yönüdür; organizmalarin özeliklerini saptama ve kaydetme, dolayisi ile hangi taksona ait olduklarini tayin etme islemidir. Bu sekilde bu organizmalar tam bir taksonomik sema içinde yerlestirilebilirler. Bir siniflandirma semasi, en büyük ve en genel olan alem ile baslayip en küçük ve en özel olan tür ile sona ermek üzere asagiya dogru inen yedi dizi seklinde düzenlenir. Böylece bir mikroorganizma hiyerarsik bir düzende daha büyük gruplarin bir üyesi olan küçük, homojen bir grup içine yerlestirilir. Taksonomik dizi Alem(kingdom = regnum) Bölüm(division = divisio) Sinif(class = classis) Takim(order = ordo) Aile(family = familia) Cins(genus = genus) Tür(species = species) Prokaryotae Tenericutes Mollicutes Mycoplasmatales Mycoplasmataceae Mycoplasma Mycoplasma pneumoniae Prokaryotae Gracilicutes Scotobacteria Spirochetales Spirochaetaceae Borrelia Borrelia burgdorferi Taksonomide temel taksonomik grup türdür. Bir bakteri türü birçok sabit özelligi ortak olan ve diger köken gruplarindan önemli derecede fark gösteren bir kökenler toplulugudur. Bir köken tek bir organizmadan veya herhangi bir kaynaktan üretilen saf kültürü içeren bir mikroorganizma populasyonudur. Bir bakteri kökeni o türün diger kültürlerinden bir sekilde farkli görünen veya davranan bir kültürüdür. ( Bakterilerin R ve S kolonileri pseudomonas fluorescens’in pigmentli ve kirpiksiz kökenlerinin bulunusu gibi). Tipler ise antijen yapilari için (serotipler), faj duyarliliklari (faj tibi) ve patojenliklerinde (patotipler) farkliliklar gösteren alt türlerdir. Bir tür içindeki kökenler birçok bakimdan birbirlerinden çok az fark gösterirler. Morfovarlar morfolojik fark gösteren kökenlerdir, serovalar farkli antijenik özelliklerine sahiptirler. Biyovarlar ise biyokimyasal veya fizyolojik farkliliklar gösteren tür içindeki kökenlerdir. Bir tür içinde bir köken tip köken olarak kabul edilir. Bu köken genellikle üzerinde çalisan ilk kökenlerden biridir ve digerlerine oranla tüm özellikleri belirlenmistir. Isimlendirme Mikroroganizmalar Carl von Linne’nin iki isimli (binomial) sistemi kullanilarak adlandirilirlar. Adlar genellikle Latince veya Yunancadir; diger diller kullanildiginda sonlari Latince eklerle sonlandirilir. Örnekler: Micrococcus luteus: küçük sari tane (Micros : Yunanca küçük, coccus : tane, luteus : Latince sari); Corynebacterium pseudodiphtheriticum: lobut seklinde yalanci difteri bakterisi (Yunanca coryne : lobut, bacterium: küçük çomak, pseudo : yalanci, diphtheriticum: difteri hastaligi ile ilgili). Bir kisim tür o mikrobu ilk kesfeden veya o alanda çok önemli çalismalari olan mikrobiyologun onuruna veya anisina onun adi verilerek adland irilir. Örnegin, Eschericha coli: Theodor Escherich bu bakteriyi ilk kez kesfetmis ve adi bakteriye verilmistir. Giardia lamblia: Alfred Giard (bir Fransiz mikrobiyolog) ve Vilem Lambl (Bohemyali bir doktor barsak infeksiyonu yapan bu protozoon üzerinde çalismislardir ve adlari verilmistir. Latincelestirilmis ve italik yazilan isim iki kisimdir; ilk kisim büyük harfle ve cins adidir, ikincisi küçük harfle baslar ve tür adidir. Örnegin Escherichia coli, Candida albicans, Penicillium notatum… gibi. Tür adi sabittir; ancak, eger mikroorganizma yeni bilgiler isiginda baska bir cinse sokulursa cins adi degisebilir. Örnegin, Streptococcus pneumoniae önceleri Diplococcus pneumoniae olarak adlandirilirdi. Yersinia pestis’in adi daha önce Pasteurella pestis idi. Onaylanmis bakteri isimleri içeren bir liste 1980 yilinda International Journal of Systematic Bacteriology’de yayimlanmistir ve geçerli yeni isimler de periyodik olarak yayimlanmaktadir. Siniflandirma En çok kabul edilen siniflandirma sistemi dogal ve filogenetik siniflandirmadir. Bu sistem mikroorganizmalari birçok özelligi paylasan gruplar halinde düzenler ve mikroorganizmalarin biyolojik özelliklerini mümkün oldugunca yansitir. Yasamin ilk filogenetik agaçlari bitkiler ve hayvanlar olmak üzere iki alem üzerine yapilandirilmisti. Fakat geçen yüzyilda mikrobiyolojideki buluslar iki alemli sistemin çok yetersiz oldugunu ortaya koydu. Her iki gruba da girmeyen, daha basit, tek hücreli organizmalar için üçüncü bir alem (protista) tanindi. Daha sonralari protistler arasinda da önemli farklar oldugu ortaya çikti. Robert Whittaker bakteriler için dördüncü, mantarlar için besinci alemleri önerdi. Halen yürürlükte olan bu sistem bütün canlilari bes temel alemden birinin içine sokar: (1) Prokaryotlar veya Monera, (2) Protista, (3) Myceteae veya mantarlar, (4) Bitkiler, ve (5) Hayvanlar. Organizmalarin bes temel aleme ayrilmasi en az üç temel ölçüte dayanmaktadir: a)Hücre tipi: prokaryot veya ökaryot, b)organizasyaon düzeyi: tek veya koloni halinde bulunma, tek hücreli veya çok hücreli organizasyon, c) Beslenme tipi Sayisal Taksonomi Bilgisayarlarin gelistirilmesi ile siniflandirma sayisal olarak taksonomi adi verilen nicel yaklasimlara olanak bulunmustur. Mikroorganizmalarin birçok özelligi ile ilgili bilgiler sayisal analiz için uygun bir sekle dönüstürülür ve sonra bir bilgisayar yardimi ile karsilastirilir. Ortaya çikan siniflandirma, her birine esit agirlik verilmis birçok özelligin karsilastirilmasi ile degerlendirilen genel benzerliklere dayanir. Dogru ve güvenilir bir siniflandirma için en az 50,tercihan birkaç yüz özellik karsilastirilmalidir. Morfolojik, biyokimyasal ve fizyolojik olmak üzere birçok farkli veri kullanilmaidir. Karakter analizinden sonra bir ortaklik(benzerlik) katsayisi tayin edilir. Bu, iki organizamanin sahip oldugu karakterler arasindaki benzerligi ölçen bir fonksiyondur ve gruptaki organizmalarin her çifti için hesaplanir. Bu ortaklik katsayilarindan daha sonra bir benzerlik kalibi olusturmak için yaralanilir. Bu kalipta diziler ve kolonlar organizmalari temsil eder ve her deger iki farkli organizmanin benzerligi ölçen bir ortaklik katsayisidir. Böylece her organizma diger bütün organizmalarla karistirilir. Büyük benzerlik gösterenler beraber gruplandirilir ve benzemeyenlerden ayrilir. Böyle organizma gruplarina fenonlar (phenons) adi verilir. Sayisal taksonomi analiz sonuölari çogunlukla dendogram adi verilen, agaca benzeyen bir diyagram seklinde gösterilir. Taksonomi Çalismalarinda Kullanilan Baslica Özellikler Morfolojik özellikler Morfolojik özelliklerin karsilastirilmasinin mikrop taksonomisinde büyük degeri vardir, çünkü birçok genin ekspresyonuna bagli olan yapi özellikleri genetik bakimdan genellikle sabittir ve en azindan ökaryotlarda çevredeki degismelere bagli olarak büyük ölçüde degismez. Böylece morfolojik benzerlikler iyi bir filogenetik iliski göstergesidir Özellik Hücre sekli Hücre büyüklügü Koloni morfolojisi Ince yapiya ait özellikler Boyanma özelligi Siler ve flagella Hareket mekanizmasi Endosporun sekli ve yeri Spor morfolojisi ve yeri Hücredeki iç cisimler Renk Mikroorganizma Gruplari Bütün büyük gruplar* Bütün büyük gruplar Bütün büyük gruplar Bütün büyük gruplar Bakteriler, bazi mantarlar Bütün büyük gruplar Kayan bakteriler,spiroketler Endospor yapan bakteriler Bakteriler, algler,mantarlar Bütün büyük gruplar Bütün büyük gruplar Fizyolojik ve metabolik özellikler Bu özellikler mikroorganizma enzimleri ve transport proteinlerinin yapi ve aktiviteleri ile dogrudan ilgili oldugundan çok önemlidir.protienler gen ürünleri oldugundan bu özelliklerinin analizi mikroorganizma genomlarinin karsilastirilmasina dolayli olarak olanak saglar. Ekolojik özellikler Mikroorganizmalarin bulunduklari ortamla iliskilerini etkileyen bu özellikler taksonomi açisindan da degerlidir zira, çok yakin mikroorganizmalar bile ekoljik özellikleri açisindan önemli farklar gösterebilirler. Simbiyotik iliskilerin niteligi, belli bir konakta hastalik yapabilme yetenegi, isi, pH, oksijen ve ozmotik yogunluk gereksinimleri taksonomik bakimdan önemli ekolojik özelliklerdir. Karbon ev azot kaynaklari Hücre duvari ve yapilari Enerji kaynaklari Fermentasyon ürünleri Genel beslenme tipi Çogalma için optimum,en yüksek ve en düsük sicaklik dereceleri Isik saçma (Luminesans) Enerji dönüsümü mekanizmalari Hareket Ozmotik basinca dayanma Oksijenle iliskiler Çogalma için optimum en yüksek ve en düsük pH dereceleri Fotosentez pigmetleri Tuz gereksinimleri ve tuz toleransi Olusturulan ikincil metabolitler Metabolik inhibitörlere ve antibiyotiklere duyarlilik Depo cisimler Genetik analiz Ökaryotlarin çogu eseyli üreyebildiklerinden bunlarin siniflandirilmasinda genetik analizlerin büyük yarari olmustur. Prokaryotlarda eseyli üreme olmadigi halde transformasyon ve konjugasyon yolu ile genlerdeki degisimin incelenmesi siniflandirmada bazen yararli olmaktadir. Transformasyon farkli bakteri türleri arasinda olur, cinsler arasinda gerçeklesmesi nadirdir. Bakteride transformasyon genomlar benzer olmadikça gerçeklesmediginden iki köken arasinda transformasyonun gösterilmesi yakin benzerligin belirtisidir. Konjugasyon çalismalari, özellikle enterik bakteriler arasinda yapilanlar taksonomiye yarali veriler saglamaktadir.örnegin Escherichia coli , Salmonella ve Shigella cinsleri ile konjugasyon yapar, Proteus ve Enterobacter ile yapmaz. Bu gözlem ilk üç cinsin birbirleri ile diger ikisinde nazaran daha fazla benzerlik gösterdigini kanitlayan diger bilgiler ile uyumluluk içindedir. Plazmidler de birçok bakteri türünde bulunmadiklari ve çogu fenotipik özellikleri kodlayan genler tasidiklarindan taksonomi için önemlidiler. [Moleküllere ait özellikler] Protinler ve nükleik asitlerin incelenmesi taksonomiye büyük yarari olan çalismalardir. Bu moleküller ya dogrudan gen ürünü olduklarindan, ya da genlerin kendileri olduklarindan, proteinlerin ve nükleik asitlerin karsilastirilmasi gerçek benzerlikler hakkinda önemli bilgiler verir. A. Protinlerin karsilastirilmasi Proteinleri karsilastirmak için birkaç yol vardir. Bunlarin içinde en iyi sonuç veren yöntem ayni isleve sahip proteinlerdeki aminoasitlerin dizilis siralarini tayin etmektedir. Farkli islevleri olan proteinlerin aminoasit dizilileri farkli oranlarda degisebilir. Enzimlerin fiziksel, kinetik ve düzenleyici özelliklerinden de taksonomik çalismalarda yararlanmistir. B. Nükleik asit baz kompozisyonu Mikroorganizma genomlari dogrudan karsilastirilabilir ve taksonomik benzerlikler birçok yolla hesaplanabilir. bunun için en basit teknik DNA baz kompozisyonunun tayinidir. DNA adenin (A), guanin (G), sitozin (C), ve timin (T) olmak üzere dört pürin ve pirimidin bazi içerir. Çift zincirli DNA’da A-T ile G-C ile çift olusturur. Böylece (G+C)/(A+T) orani veya G+C içerigi ya da DNA’daki G+C yüzdesi baz dizilisini yansitir ve dizi degistikçe bu yüzde de degisir, bu esitlik asagidaki gibi yazilabilir: G+C %Mol G+C = ___________________ . 100 G+C+A+T G+C miktarinin tüm DNA miktarina orani her tür için degismezdir. C. Nükleik asit hibridizasyonu Nükleik asit hibridizasyonu çalismala ri ile genomlar arasindaki benzerlikler daha dogrudan karsilastirilabilir. Eger çift zincirli DNA’nin isitilmasi ile olusturulan tek iplikli DNA karisimi sogutulur ve erime sicakliginin yaklasik 25 derece altinda tutulursa zincirler tamamlayici baz dizileri ile dayanikli çift zincirli DNA olusturmak üzere tekrar birlesecektir. Bu arada tamamlayicisi olmayan zincirler tek kalacaktir. Zincirler benzer ama es olmadiginda isiya daha az dayanikli çift zincirli DNA hibridleri olusturmak üzere birlesirler. Karisim erime sicakliginin 30 – 50 derece altindaki sicakliklarda inkübe edildiginde daha farkli çift zincirli DNA’lar olusturmak üzere hibridlere yol açar, erime sicakliginin 10 – 35 derece altinda inkübasyon hemen hemen sadece es zincirli hibrid olusumunu saglar. Eger DNA molekülleri çok farkli dizilere sahip iseler kolay saptanabilir saglam bir hibrid olusturmayacaklardir. Bundan dolayi DNA – DNA hibridizasyonu sadece birbirine yakin mikroorganizmalari incelemek için kullanilir. Daha uzak iliskili mikroorganizmalar DNA – RNA hibridizasyonu deneyleri yapilarak karsilastirilir bu deneyde radyoaktif rRNA veya tRNA kullanilir. Kullanilan teknik DNA – DNA hibridizasyonundakine benzer. D. Nükleik asit baz sirasini saptama Mikroorganizmalarin genom yapilarinin karsilastirilmasinda DNA’nin G+C yüzde miktarinin tayini ve nükleik asit hibridizasyonu çalismalari yararli olmakla beraber, DNA ve RNA baz siralarinin saptanmasi daha kesin sonuç vermektedir. Mikrop taksonomisi çalismalarinda daha çok RNA baz dizileri saptanmaktadir. Bu amaçla kullanilan bazi hizli teknikler vardir. Bakteri ribozomlarinin 30S ve 50S alt birimlerinden izole edilen sira ile 5S ve 16S rRNA’larin baz dizileri bu çalismalarda çok yaygin olarak kullanilmaktadir. rRNA’lar bütün mikroorganizmala rda bulunan çok önemli bir organel için gerekli olduklarindan mikroorganizma evrimi ile iliskililerini arastirmada idealdir. Bütün ribozomlardaki islevleri aynidir ve olasilikla sabit ve kritik rolleri nedeni ile de yapilari zaman boyunca çok az degisir. Ana filogenetik gruplarin çogunda 16S rRNA bir veya daha çok karakteristik nükleotid dizilerine sahiptir; bunlara ‘‘ oligonükleotid imzalari’’ denir. Prokaryotlar hücre duvari esas alindiginda 4 ana bölümde düzenlemektedir. (BMSB’nin 9. baskisinda) 1. Gracilicutes: Ince derililer Gram negatif hücre duvarina sahiptirler. 2. Firmicutes: Dayanikli sert derililer Gram pozitif hücre duvarlidirlar. 3. Tenericutes: Yumusak derililer hücre duvari olmayanlar mikoplazmalari içerir. 4. Mendosicutes: Kusurlu derililerdir. Ilkel bakterilerdir. Alisilmamis hücre duvarlari vardir. Archaeobacteria bu gruba yerlestirilmistir. Ilk iki(1 -2) bölüm en büyük sayida tür içerir. 200 civarinda tür insan ve hayvanlarda hastalik yapar. Pratik olarak bakteriler 4 ana kategoriye ayrilir. 1. Hücre duvari olan Gram negatif bakteriler 2. Hücre duvari olan Gram pozitif bakteriler 3. Hücre duvari olmayan 4. Arkeobakteriler