Prof. Dr. Mustafa Arda

Ankara Üniversitesi Veteriner Fakültesi

Temel Mikrobiyoloji ¹

01. Mikroorganizmaların Klasifikasyonu
02. Bakterilerin İsimlendirilmeleri
03. Prokaryot ve Ökaryotlar
04. Mantarların Sınıflandırılmaları ve İsimlendirilmeleri

01. Mikroorganizmaların Klasifikasyonu

Mikroorganizmaların keşfinden önce, doğadaki bütün canlı yaratıkların hayvan ya da bitki orijinli olduğu ve başka ara türlerin olmayacağı düşünülürdü. Mikroskobun keşfi ve bunun yardımı ile mikroorganizmaların bulunması, durumu tamamıyla değiştirmiş ve gözle görülmeyen başka bir Mikroskobik canlılar aleminin varlığını ortaya koymuştur. Bu mikroskobik canlıların insan ve hayvanlarda hastalık oluşturdukları saptandıktan sonra, önemleri daha da artmış ve üzerlerinde yoğun çalışmalar yapılmış ve hala da yapılmaya devam etmektedir. Mikroorganizmaları belli, geçerli ve devamlı bir klasifikasyona tabi tutma fikri eskiden başlamış olmasına karşın, yeni mikropların bulunması ve bunların değişik karakterlere sahip olmaları nedeniyle yapılan sistematikler devamlı değişmekte ve yerlerine yeni bulgulara uygun olanları hazırlanmakta ve konulmaktadır. Ayrıca mikroorganizmaların gözle görülmemeleri ve küçük olmaları bunların birçok özelliğinin saptanamamasına da yol açmaktadır. Bu durum da sistematiğin geçerliğini ve devamlılığını olumsuz yönde etkilemektedir. Mikrobiyolojik teknikler ilerledikçe, mikroorganizmaların karakterlerinin büyük bir bölümü açığa kavuşmakta ve sistematikteki yerleri de daha sağlam, belirgin ve değişik olmaktadır.

Mikropları ilk bulan, şekillerini çizen ve hareketlerini izleyen A. van Leeuwenhoek'dan sonra, İşveçli bir botanist olan Carl von Linne (Carolus Linneaus) bakterileri kendi yaptığı bir sınıflamaya dahil etmiş ve ilk defa binomial sistem içinde klasifikasyona çalışmıştır. Linne "Species Plantarum ve Systema Naturae" adlı eserinde binomial sisteme göre isimlendirmeye özen göstermiştir. Bu sistemde, bir mikroorganizma iki bilimsel adla belirlenmektedir. Bunlardan biri cins (genus) ve diğeri de tür (species) ismidir. Danimarkalı bir doğa bilimcisi olan Otto Frederich Müller, 1773' de, mikroorganizmaları sınıflandırmaya çalışmış ve kendi sistematiğinde bakteri içeren iki cinse yer vermiştir. 1-Monas: oval ve yuvarlak bakteri türlerini ve 2- Vibrio: uzun formlu (çomak biçiminde) olanları içine almaktadır. Bir Alman zoolojist olan C.G.Ehrenberg 1828 ile 1838 yılları arasında, sınıflandırmayı biraz genişletmiş içine bakterilerin yanı sıra protozoonları da katmış ve bunların bazı özelliklerini de tanımlamıştır. Ehrenberg, mikroorganizmaları 4 cinse ayırmıştır (Bacterium, Spirillum, Spirochaeta, Spirodiscus). Alman bir biyolojist olan E.H.Haekel, tek hücreli canlıları, gerçek hayvan ve bitkilerinden ayırmak için, bunları, üçüncü ve ayrı bir grup içinde (Protista) toplamıştır (1886). Mikroorganizmaların morfolojik karakterlerini esas alan bir klasifikasyon F.Cohn tarafından 1872'de yapılmıştır. Bu sınıflamada birçok sporlu mikroplara da yer verilmiştir. Migula, 1897'de, mikropları sadece morfolojilerine göre değil, aynı zamanda renk (koloni) ve bazı fizyolojik karakterlerini dikkate alan (nitrogen fiksasyonu gibi) bir sistem geliştirmiş ve bunu "System of the bacteria" adı altında yayımlamıştır. Aynı yıllarda, Lehmann ve Neumann, "Atlas for the diagnostic bacteriology" adı altında bir yayın da yapmışlardır (1886). D.F.Chester, 1899 ve 1901 yılları arasında, "Manual of determinative bacteriology"yi yayımlamışlar ve bu eser, "Society of American Bacteriologists"in kurulmasına önderlik etmiştir. Orla-Jensen 1909'da, bakterilerin fizyolojik özelliklerini içine alan bir sistematik hazırlamış ve bu klasifikasyon sonrakilere örnek teşkil etmiştir. Bakterileri modern anlamda ilk sistematize etmek, Buchanan ile başlamıştır (1917). Buchanan, Schizomycetes sınıfını 6 takıma ayırmayı teklif etmiştir. Başta Buchanan olmak üzere kendinden önce yüzden fazla mikrobiyologun teşviki ve yardımı ile, ilk defa, 1923'de Society of American Bacteriologists tarafından "Manual of Determinative Bacteriology" yayımlanmıştır. Bu kitabı hazırlayan komitenin başına da D.H. Bergey getirilmiştir. Bu manual zamanla geliştirilerek 1974'de 8. baskısını yapmıştır. 1984-1986 yıllarında "Bergey's Manual of Systematic Bacteriology" adı altında ve 4 ciltlik bir yayın çıkarılmıştır. Determinatif bakteriyolojinin 1994 de 9. baskısı yapılmıştır.

1) Doğal (filojenik) klasifikasyon: Bu sistematiğin esasını, mikroorganizmalardan birbirlerine çok benzeyenleri, muhtemelen aynı orijinden gelenleri, bir araya toplamak ayrı karakter taşıyanları çıkarmak oluşturmaktadır. Burada benzerlik kavramı içinde, morfolojik, kültürel, fizyolojik, biyokimyasal, kimyasal, serolojik, patolojik, vs. özellikler de bulunmaktadır.

2) Numerikal klasifikason: Bu tarz sınıflama, Fransız zoolojisti M. Adanson tarafından 1757'de yapılmış ve kendi adı ile anılmıştır (Adansonian klasifikasyonu). Bu sistem, bakterilere Sneath tarafından uygulanmıştır. Bu sistemde mikroorganizmaların benzeyen ve benzemeyen yönleri değerlendirmeye tabi tutulur. Böylece, taksonomik uzaklık, ortak olan karakterlerin toplam karakterlere oranından hesaplanır. Bu yöntem için bir çok fenotipik özelliklere (görülebilen veya saptanabilen) gereksinim vardır. Benzer karakterlere (+) ve benzemeyenlere de (-) puan verilir. Değerlendirmeler aşağıdaki tarz da yapılır. Örn, iki mikroorganizmanın arasındaki benzerlik ve uygunluk kat sayısının tayininde:

Benzerlik indeksi (%S) = (Nsp X 100) / (Nsp + Nd)

Nd: Birinde pozitif ve diğerinde negatif olan karakterler

3) Genetik klasifikasyon: Son yıllarda, mikroorganizmalar arasında benzerlik veya ayrılıkları saptamada, bunların oldukça yüzeysel ve değişken olan benzerliklerinden ziyade, genetik materyalleri, özellikle DNA'ları, arasındaki homojenlik durumlarına dayanan daha esaslı ve tutarlı bir klasifikasyona gidilmektedir. Bu tarz klasifikasyon bakterilerin nükleik asit analizlerini gerektirmekte ve bu işlem için de iki önemli yöntem kullanılmaktadır. Bunlardan biri, DNA'lardaki baz sıralarının yüzde olarak kompozisyonu ve diğeri de mikroorganizmalar arasında DNA x DNA veya DNA x RNA hibridizasyon oranlarıdır.

Bakteri DNA'sı (deoksiribonukleik asit), iki sarmal biçimde polinukleotid iplikçiklerinden oluşmakta ve bunların yapısında da pürin (adenin, guanin) ve primidin (timin, sitozin) bazları bulunmaktadır. Bir iplikçik üzerindeki pürin bazları, diğer iplikçikteki pirimidin bazları ile karşılıklı olarak hidrojen bağları ile birleşmişlerdir. Yani, bir iplikçikteki adenin, karşı iplikçikteki timin'le aynı tarzda guanin de sitozin ile bağlanmıştır. Adenin ile timin arasında iki hidrojen bağı olamasına karşın guanin ile sitozin arasında 3 hidrojen bağı vardır. Böylece DNA' da pürin bazları ile pirimidin baz sayıları birbirlerine eşit olmuş olur (A=T ve G=C). Buna göre, türlere göre değişmek üzere, A+T ve G+C molar oranları yüzdesi sabit kalmış olur. Genetik analizlerde guanin ile sitozin arasında 3 bağın olması bu baz çiftini daha sağlam yaptığından genetik analizlerde G+C'nin yüzde (%) oranı esas alınır. Bunun için de aşağıda belirtilen formül yardımıyla DNA'lardaki G+C miktarının yüzde oranı saptanabilir ve aralarındaki ilişki belirlenebilir.

% G+C= [(G+C) X 100] / (A+T+G+C)

Bu oran bakteri türleri arasında değişiklik göstermesine karşılık her bakteri türü için sabittir. Aşağıdaki tablo Pseudomonas türleri arasındaki %G+C oranını göstermektedir.

Gram negatif çomak biçimindeki enterik mikroorganizmalarda %G+C oranı, genellikle, 39-59 arasında bulunmaktadır. Pseudomonas 'ların bazı türlerinde bu oran 59-70 ve bazı spor oluşturan cinslerde (Bacillus ve Clostridium) 23-62 arasıdır. Görüldüğü üzere, bu son grupta %G+C oranı geniş bir varyasyon (heterojenite) göstermektedir. Hesaplamalar sonunda, % G+C oranı %10'dan daha fazla olan türlerde, çok az baz sırasında ortaklığın bulunması nedeniyle birbirleri ile ilişkili kabul edilememektedirler. Önceleri, fenotipik karakterlerine göre benzer oldukları kabul edilen Myxobacteria (%G+C oranı 67-70) ile Cytophagae (%G+C oranı 33-47) genetik analizler sonucu birbirlerinden ayrı çıkmışlardır. Benzer duruma S. aureus (G+C oranı 32-34) ile Micrococcus luteus (G+C oranı 70-80) arasında da rastlanmaktadır. Aşağıdaki çizelgede bazı bakterilerin E. coli 'ye göre ilişkileri gösterilmektedir.

Nukleik asit hibridizasyonu ile de bakteriler arasındaki genetik ilişki (yakınlık veya uzaklık) saptanabilir. Bir bakterinin DNA suspansiyonu yavaş yavaş ısıtılırsa, bazlar arasındaki hidrojen bağları çözülür ve iki polinukleotid iplikçiği birbirlerinden ayrılır (DNA denaturasyonu). Eğer solusyon yavaş yavaş soğutulursa bağlar karşılıklı olarak tekrar kurulur ve DNA orijinal çift iplikçikli formuna kavuşur (renaturasyon). Bu durumdan yararlanılarak, DNA hibridizasyon testi yapılmaktadır. Şöyle ki, iki bakteriye ait DNA solusyonu %3 agar içeren bir tüp içinde karıştırılır ve 105 °C 'ye kadar yavaş yavaş ısıtılır ve bu derecede 10 dakika tutulur. Bu süre sonunda, DNA'lar arasındaki karşılıklı hidrojen bağları çözülür ve ortamda 4 tane serbest (tek iplikçik halinde) polinukleotid iplikciği bulunmuş olur. Sonra, karışım yavaş yavaş soğutulur ve böylece karşılıklı iplikçiklerin tekrar birleşmesi veya rekombinasyonu sağlanır. Karışım fosfodiesterase enzimi ile muamele edilerek, birleşmeyen veya kalan tek iplikçiklerin erimesi sağlanır (bu enzimin birleşmiş çift iplikçikli DNA'ya etkisi olmamaktadır). Bu tekrar birleşme sırasında eğer iki türe ait denature polinukleotid iplikçikleri arasında baz sıralarında benzerlik varsa veya aynı iseler karşılıklı bağlanmalar (hidrojen bağlanmaları) meydana gelecektir (heterolog DNA dupleksi). Eğer bakterinin birine ait DNA iplikçiklerinden biri izotopla birleştirilmiş (izoptik, 14C timin) ve diğer bakterinin ki normal ise, bu iki bakteri de birbirlerine genetik olarak çok yakın iseler izoptik DNA ile diğer bakterinin DNA'sı birleşebilir ve bu birleşmenin oranı saptanabilir. Bu tarz uygulama (DNA hibridizasyon, heterolog DNA dupleksi), bir DNA+DNA hibridizasyonudur. Bir birlerine baz sıraları ne kadar çok yakın ise, DNA+DNA hibridizasyon oranı da o derecede yüksektir. Böyle bir durum, bu iki bakterinin aynı tür veya aynı cinsin iki türü olduğunu kanıtlar. Örn, P. fluorescens %100 oranında aynı türle birleşir. Buna karşın aynı cinsin başka bir türü ile daha az oranda (%83 gibi) bir birleşme yapar.

Bir organizmaya ait olan denatüre DNA iplikçiği, diğer bir organizmanın mRNA (tRNA veya rRNA) sı ile birleştirilebilir. Burada da durum yukarıdakinin aynısıdır. Diğer bir ifade ile, RNA'nın DNA'ya komplementer durumu esas rolü oynamaktadır (DNA+RNA hibridizasyonu).

4) Antijenik klasifikasyon: Yukarıda açıklanan sınıflandırmaların dışında, bazı bakteri familya veya cinslerini kapsayan ve antijenik yapılarını esas alan bir klasifikasyon da yapılmıştır (antijenik klasifikasyon). Ancak, bu genetik sınıflama kadar genellenememektedir. Çünkü, cins veya türler içinde çok fazla antijenik değişmeler ortaya çıkmaktadır. Örn, S. pneumoniae, kapsül yapısına göre 75'den fazla antijenik tipe; P. multocidae, kapsüler polisakkaridlerine göre 4 antijenik tipe (A, B, C, D) ve L. monocytogenes ise 8'den fazla serotipe ayrılmaktadır. Bu nedenlerle, antijenik analizlere dayanan sınıflama ancak tür içinde yararlı olmaktadır. Antijenik klasifikasyonda başlıca 2 özellik dikkate alınmaktadır. 1-Yüzey antijenik moleküller (pilus, flagella, kapsül, hücre duvarı, mukoid tabaka) ve 2-Pürifiye proteinlere karşı hazırlanmış antiserumlarla, çeşitli bakterilerden elde edilen homolog proteinlerin arasındaki yapısal benzerlikler incelenmektedir.

5) Fajla tiplendirme: Türler içi veya türler arası ilişkiyi saptamada fajla tiplendirme de kullanılmaktadır. Aynı türe ait suşlar, kendilerine özgü fajlara göre gruplara ayrılabilmektedirler. Örn, S. aureus, bu esasa göre Grup -1, -2, -3 ve 4'e ayrılmaktadır. Ancak, insan, sığır veya diğer hayvanlardan izole edilen etkenlerin aynı faj setleri ile reaksiyon vermedikleri türlere özgü bazı spesifitelerin bulunması nedeniyle, fajlara dayanan bir klasifikasyon ancak çok sınırlı kalmaktadır. Fajlar aynı zamanda yeni izole edilen etkenlerin teşhisinde de rol oynamaktadırlar.

Ancak, bazı fajların tür spesifiteleri'de çok sınırlıdır. Her yönü ile kesin teşhisi yapılan bir mikroorganizma, (Aeromonas hydrophila) kendi türüne özgü fajlarla reaksiyon vermeyebilir. Bu nedenle etkenin teşhisinde rolleri az olmakta veya tam yararlı olamamaktadırlar (Örn., Aeh1 ve -2 fajları gibi)

6) Kemotaksonomi: Daha az oranda spesifitesi olan ve bakterilerin kimyasal yapılarını esas alan bu sınıflama da, bakterilerde çok değişken olan yapısal özellikler nedeniyle genetik sınıflama kadar tutarlı bulunmamaktadır. Bakterilerin kimyasal yapıları her ne kadar genetik bir özellik gösterirse de, bunların yetiştiği veya ürediği besi yerinin kimyasal yapısı, osmotik basıncı, pH, vs. gibi çevresel koşullar da fazlaca etkilenmekte ve değişebilmektedir. İncelenebilen kimyasal karakterler arasında, başlıca, hücre duvar kompozisyonu, lipid kompozisyonu, çeşitli proteinlerin amino asit sıraları ve türleri, enzim karakterleri, pilus, flagella proteinlerinin kompozisyonları, vs. vardır.

Bakterilerin isimlendirilmesi ve bunun belli bir düzen ve kurala bağlanması, pratik yönden büyük yararlar sağlamaktadır. Aksi hallerde, her araştırıcı bulduğu mikroorganizmaya kendine göre bir isim verecek ve böylece aynı mikroorganizmanın bir çok değişik adları olacaktır. Bu durum, bakterilerin tanımlanmalarında büyük karışıklıklara yol açacaktır. Buna bir çare bulmak için, 1930' da konu üzerinde bir karar almak için, uluslararası bir kongre toplanarak bazı kural ve düzenlemeler yapmıştır. Ancak, belirlenen hususlar, o tarihten sonra pek dikkate alınmadı ve bu duruma son vermek için, 1947'de 4. "International" bir toplantı yapılarak "International Code of Nomenculature of Bacteria and Viruses" adı altında bir kitabın yayımlanması karar altına alınmış ve böyle bir kitap da 1948'de basılarak mikrobiologların hizmetine sunulmuştur. Buna göre, zoolojik, botanik ve bakteriyolojik kodlar belli bir prensip dahilinde yazılacaktır. Bu prensip, Carl von Linne tarafından bildirilen kurallara uygunluk götermektedir. Buna göre, bakterilerin bilimsel adları iki kelimeden oluşmaktadır. İlk kelime cins'i (genus) göstermekte ve büyük harfle başlamakta ve genellikle Latince'den orijin almaktadır. Ancak, bu cins ismi, mikroorganizmayı bulanın adını veya morfolojik, fizyolojik veya diğer karakterlerini gösteren bir kelimeden de oluşabilmektedir. İkinci isim ise, tür (species) adı olup küçük harfle yazılır. Bu son isim, mikroorganizmanın çeşitli karakterlerini yansıtmaktadır (koloni rengi, yerleştiği yer, oluşturduğu hastalık, biçim, vs.). Bu cins ve tür adlarının Latin orijinli olması yanı sıra, Yunanca'dan da yararlanılmaktadır. Her iki isim de italik olarak basılır. Öreğin Bacillus anthracis, Bacillus cereus, Bacillus subtilis, Staphylococus aureus, Proteus vulgaris, Salmonella typhi vs. gibi

Cins isim, ilk veya birkaç harfi yazılarak kısaltılabilir. Örneğin, B. anthracis, B. cereus, S. typhi, Staph. aureus (veya S. aureus), Str. equi (S. equi), Str. pyogenes (S. pyogenes), Pr. vulgaris (P. vulgaris), Br. melitensis (B. melitensis) gibi. Ancak, son yıllarda cins isim olarak sadece tek harf kullanma eğilimi yaygın bir duruma gelmiştir.

Cins isim, bazen, o mikroorganizmayı bulan kişinin adını taşıyabilir. Örneğin Escherichia coli, Salmonella abortus ovis, Brucella melitensis, Pasteurella multocida, Neisseria meningitidis, vs. gibi.

Bazen de tür ismine ikinci ve daha belirleyici bir ilave daha eklenebilir. Örn, Streptococus faecalis var. liquefaciens (enterik streptokokların jelatin eriten türü) Campylobacter fetus var. jejuni, gibi.

Haekel, tek hücreli organizmaları, gerçek hayvanlardan ve bitkilerden ayırmak için, bunları üçüncü bir grup olan protista adı altında toplamıştır. Steiner ve ark. 1957'de, protistayı da iki bölüme ayırmıştır. Biri yüksek protistalar (yeşil algler, protozoalar, mantar, mukoid mantarlar, chlorofit, euglonofit, pyrrofit) ve diğeri de basit protistalar (bakteriler ve mavi-yeşil algler).

Aslında bu iki kelime (prokaryotik ve ökaryotik) daha ziyade nukleuslara göre yapılmış bir tanımlamadır. Prokaryotikler ilkel nukleusa sahip olanlar ve ökaryotikler ise gerçek nukleus'lu olanları ifade eder. Ancak, bu temel görüşlere, daha birçok karakterler de katılarak kapsamları genişletilmiştir. Tarihsel gelişmede de, ilk önce prokaryotiklerin ve sonra da diğer aşamalarda ökaryotiklerin meydana geldiği kabul edilmektedir.

Prokaryotikler ile ökaryotikler arasında temel farklar aşağıda tabloda gösterilmiştir.

Divizyon-1 : Gracilicutes
Divizyon-2 : Firmicutes
Divizyon-3 : Tenericutes
Divizyon-4 : Mendosicutes

1994 yılında 9. baskısı yapılan "Bergey's Manual of Determinative Bacteriology" kitabında bakteriler 35 grup içinde incelenmektedir.

Mantarlar kök, gövde, yaprak, çiçek ve klorofile sahip olmayan ökaryotik, heterotrofik çok hücreli organizmalardır. Klorofilin bulunmaması nedeniyle fotosentez olayına rastlanamaz. Çok hücreli ve büyük olmaları, üreme tarzları, yaşam siklusları, çekirdek etrafında bir zarın bulunması, çok kromozoma sahip olması, nukleolus içermeleri ve hücre içi organellerin (mitokondrium, golgi aparatı, endoplasmik retikulum, vesikül, vakuol, vs) bulunmaları gibi nedenlerle prokaryotiklerden ayrılırlar. Mantarlar doğada (kara ve sularda) çok yaygın bir yaşam spektrumu gösterirler. Büyük bir çoğunluğu saprofitik bir yaşantıya sahip olup kendilerine gerekli gıda maddelerini cansız materyallerden ve basit organiklerden temin ederler. Bir kısım mantarlar da, insan ve hayvanların yanı sıra, bitki, balık, kerevit, algler, insektler vs. canlılar üzerinde parazitik, sembiyotik veya komensal bir yaşam içinde bulunurlar.

Şimdiye dek 110000' den fazla mantar türü (bunun 30000' den fazlası Basidiomycetes, 30000 den fazlası Deuteromycetes, 30000 den fazlası Ascomycetes sınıflarına aittir) saptanmış olup bazılarının da karakterleri henüz tam olarak aydınlatılamamıştır. Çok doğaldır ki bu kadar fazla ve aynı zamanda çeşitlilik gösteren türlerin bütün özelliklerini ayrıntıları ile saptamak, açıklamak oldukça güçtür ve ayrıca zaman alıcıdır da. Hatta, bazılarının biyokimyasal, sitolojik, fizyolojik ve genetik özellikleri de hala tam bir açıklığa kavuşturulamamıştır.

I) Mikroskobik Morfolojilerine Göre Sınıflama

IV) Makroskobik Morfolojilerine Göre Sınıflama

Mikotoksin sentezleyenler ve sentezlemeyenler olarak başlıca iki grup mantar oluşturulabilmektedir.

Doğadaki tüm mantarlar Alexopulos (1979'da) tarafından yapılan sınıflamada Mycetae 'ye konulmaktadır. Bu da aşağıda belirtilen tarzda bir taksimata tabi tutulmaktadır.

Mantarların alt bölümlerinin belirlenmesinde de, genellikle, bitkilere uyulmaktadır. Bu sıralama şöyledir. Alem, divizyon, alt divizyon, sınıf, altsınıf, order, familya, seksiyon, kabile, cins ve tür. Bu düzenlemeye göre, patojenik bir mantar olan Histoplasma capsulatum'un durumu aşağıdaki gibidir.

1 Kaynak: Temel Mikrobiyoloji