|
Bakterilerde Varyasyonlar Prof. Dr. Mustafa Arda
Ankara Üniversitesi
Veteriner Fakültesi 01. Giriş 01.Giriş Mikroorganizmaları
identifiye etmede, bunların kültürel, morfolojik, fizyolojik, biyokimyasal ve antijenik
özelliklerinden yararlanılmaktadır. Bu karakterler, genellikle, sabit olmasına
rağmen, bazı koşullar altında değişmekte ve orijinal mikroorganizmalardan bir veya
birkaç yönden ayrı özellikte, yeni türler (varyantlar)
meydana gelmektedir. Örn, Salmonellalar, genellikle laktoz negatiftirler. Fakat,
kültürlerde 10-6-10-10 oranında meydana gelen değişik
örneklerin laktozu fermente ettiğine rastlanabilir. Kapsüllü mikroplar, devamlı
pasajları yapılırsa, bu kapsül oluşturma özelliklerini kaybederler. Aynı tarzda,
pigmentasyon kabiliyeti de pasajla azalır. Yeni izole edilen (S) karakterindeki mikroplar
pasajla R-şekline dönüşebilir ve hastalık yapma kabiliyetlerini kaybedebilirler.
Mikroorganizmalarda oluşan bu tür değişikliklere varyasyon adı verilmektedir. Varyasyonların
bir kısmı çevresel koşulların (ısı, ışık, pH, rutubet, osmotik basınç, oksijen
azlığı, yüzey gerilimi, antimikrobiyel maddeler, metabolit intermedierler, v.s.)
etkisi altında meydana gelirler. Uygun olmayan ve olumsuz yönde etkileyen bu koşullar
düzelirse veya düzeltilirse, bakteriler eski formlarına ve karakterlerine dönerler.
Genetik düzeyde olmayan ve gelecek kuşaklara aktarılmayan bu tür varyasyonlara modifikasyon (veya fenotipik varyasyon) adı
verilir. Modifikasyonlar daha ziyade, kültürel morfolojik ve fizyolojik karakterlerde
belirirler. Bazı
değişmeler de, bakteri DNA'sını oluşturan polinukleotid iplikçiklerinde bulunan ve
genetik kodları taşıyan nitrojen bazlarının sıralarında meydana gelir. Bu tür değişmeler, genetik
düzeyde olduğundan nesillere aktarılır ve devam ederler. Böyle değişmelere de mutasyon (veya genotipik varyasyon) denilir.
Mutasyonlar, kendilerini daha çok biyokimyasal, patojenik ve antijenik özelliklerde
belli ederler. Böyle değişmeler sonu oluşan ve parental hücrelerden farklı karakter
gösteren yeni nesillere mutant adı
verilir. 02. Fenotipik
Varyasyonlar (Modifikasyonlar ) Fenotipik
varyasyonlar, genellikle, optimal çevresel koşulların değişmesi sonu kültürlerde
spontan olarak oluşabildiği gibi, normal şartlar altında da meydana gelmektedirler.
Besi yerlerinin sınırlı olması nedeni ile kısa bir süre içinde üreyen
mikroorganizmalar gıda maddelerini tükettiği gibi ortamda metabolizma artıkları ve
toksik intermedierlerin birikmesine, oksijenin sarf edilmesine, osmotik basınç ve yüzey
geriliminin değişmesine, kültürlerin eskimesine ve pH'ın düşmesi gibi olumsuz
yönde etkileyen koşulların meydana gelmesine neden olurlar. Bu değişen şartlar
mikroorganizmalarda 10-6-10-10 oranında modifikasyonlara yol açarlar.
Bakterilerde görülen fenotipik varyasyonlar, çeşitli karakterlere etkiler ve
orijinalinden farklı nitelikte varyantları meydana getirirler. Modifikasyonlar,
etkilediği başlıca karakterlere göre, şöyle klasifiye edilebilirler. 1- Morfolojik varyasyonlar, 02.01. Morfolojik Varyasyonlar 1-
Koloni varyasyonları: Eskimiş
sıvı kültürlerden, durma veya ölme döneminde olanlarından, katı besi yerlerine
ekim yapılırsa başlıca 2 tür koloni karakterine rastlanılır. Bunlardan biri
yuvarlak, düzgün, pürüzsüz, parlak ve konveks (S-tipi), diğerleri ise düzensiz, pürüzlü ve mat (R-tipi) kolonilerdir.
Bunların dışında ara koloni tipleri (intermedier
koloniler ve mukoid-M) koloniler de
oluşabilirler. Eskimiş
kültürlerde veya çok pasajı yapılmış mikroorganizmalarda, R-koloni
formasyonlarına genellikle, rastlamak mümkündür. Ayrıca, besi yerlerine, Lithium chloride veya anti-S
immunserum katılması S ® R varyasyonlarına neden olabilir. Halbuki,
R-formundaki mikropları, S-formuna döndürmek daha güçtür. Bunu sağlamak, yani
S-formuna döndürmek için, duyarlı laboratuar hayvanlarında pasaj yapılması
gereklidir. Mikroorganizmalar S-formundan R-formuna döndükleri zaman birçok
karakterinde de değişmeler meydana gelir. Bu durum aşağıdaki tabloda belirtilmiştir.
Mikroorganizmalar,
penisilin ve diğer kimyasal ajanların bulunduğu ortamlarda üretilirse, katı besi
yerlerinde, normalinden çok değişik, ortası papillalı koloniler oluşur (L-formlu koloni). Bu mikroplar üzerinden baskı
kaldırılırsa tekrar normal koloni ve individüel (bireysel) formalarına ulaşırlar. 2-
Kapsül varyasyonları: Bazı
mikroorganizmalarda (B. anthracis, streptokok, P. multocida, D.
pneumoniae, K. pneumoniae, C. welchii, v.s.), hücre duvarının
dışında ve bundan ayrı olarak bakteriyi çevreleyen, kalınlıkları ve yapıları
türlere göre değişen kapsül formasyonuna rastlanır. Kapsül oluşumu, genellikle,
vücut içinde meydana gelmesine karşın, bazı özel koşullar (serumlu, sütlü,
karbondioksitli, v.s.) altında vücut dışında da teşekkül edebilmektedir. Kapsül,
mikropların antijenik kabiliyetini
oluşturduğu gibi virulensi artırıcı özelliğe
de sahiptir. Ayrıca, bakteriyi fagositozdan
ve diğer bakterisidal vücut maddelerinden
de koruma görevi vardır. Mukoid veya S-karakterli koloniler oluşturan kapsüllü
mikroorganizmalar, laboratuarlarda uzun süre pasaj yapılırsa veya içinde kapsüler
antiserum bulunan besi yerlerinde üretilirse
bu yeteneğini yitirirler ve kapsülsüz formlara dönerler. Bu değişiklik ile birlikte
hastalık yapma özelliğini de kaybederler. Böyle mikroplar hayvan pasajları ile tekrar
kapsüllenirler ve hastalık oluşturma kabiliyetlerini de kazanırlar. 3-
Flagella varyasyonları:
Mikroorganizmalarda flagella oluşumundaki değişmelere sıkça rastlanılmakta ve
flagellalı mikroplardan flagellasız varyantlar
meydana gelmektedir. Örn, P. vulgaris ve
E. coli 'de bu tür varyasyonlara
fazla tesadüf edilebilir. Salmonellalar,
içinde %0.1 oranında fenol bulunan ortamlarda üretilirse, flagella sentezi geriler ve
flagellasız örnekler meydana gelebilir. Bunlar, normal besi yerlerine aktarılırsa
hemen flagellalı formlarını alırlar. L.
monocytogenes oda ısısında (22-25°C) üretilirse, 37°C. 'de üretilen
kültürlerden daha fazla aktif harekete rastlanır. Çünkü, oda ısısında üreyen
kültürlerde, etkende 4 flagella oluşmasına karşın 37°C'dekilerde ise bir tane
flagella sentezlenir. Flagellanın kaybı ile, bakteriler H-antijenik özelliklerini ve
hareket kabiliyetlerini de yitirirler. 4-
Fimbria varyasyonları: Flagellalı
veya flagellasız mikroorganizmalarda görülebilen, kısa ve düz fimbrialar (pilus) bu
mikropların anaerobik koşullarda, katı besi yerlerinde veya çalkalama kültürlerinin
yapılması hallerinde, sentezleri durur ve fimbriasız türler meydana gelir. 5-
Spor varyasyonları: Bazı
mikroorganizmaların (B. anthracis, B. cereus, B. subtilis, C. tetani,
C. welchii, C. botulinum, v.s) in vitro veya in vivo
spor oluşturma kabiliyetleri vardır. Sporulasyon her ne kadar bir genetik karakter ise
de, oluşumunda çevresel koşulların etkisi de çok büyüktür. Örn, B. anthracis vücut içinde spor vermez, in vitro koşullarda
sporulasyona rastlanır. Buna karşın, klostridum sınıfı mikroorganizmalar, anaerobik
koşullarda hem vücut içinde ve hem de vücut dışında spor verebilirler. Besi
yerlerinde gıdaların azalması sporulasyonu hızlandırır. 6-
Şekil varyasyonları: Taze
kültürlerdeki veya üreme dönemindeki mikroorganizmalar morfolojik yönden bir
örneklilik gösterdikleri gibi, diğer fizyolojik ve biyokimyasal karakterler
bakımından da az çok homojen bir durumdadırlar. Kültürlerin eskimesi, bileşiminin
değişmesi ve diğer optimal çevresel faktörlerin normallerinden ayrılması sonu,
böyle ortamda bulunan mikroorganizmaların şekillerinde bozukluklar (involusyon formları) meydana gelir. Bu formlar
kendini, şekillerinin yuvarlak, oval, granüllü, yıldız, halka, flamentli, branşlı,
v.s. olmasıyla belli ederler. Bazı
mikroplar da (PPLO), normal üreme dönemi
sırasında düzensiz formlar (yuvarlak, halka, yüzük, yıldız v.s.) gösterirler (pleomorfizm). Penisilin
veya anti bakteriyel maddelerin etkisi altında bazı bakterilerin (Streptobacillus
moniliformis, v.s.) gerek bireysel ve gerekse koloni morfolojilerinde değişmeler
meydana gelebilir (L-formları). Bu
mikroorganizmalar kimyasal maddelerin baskısından kurtarılırsa, eski normal form ve
kültürel karakterlerini kazanırlar. L-formları, koloni ve bireysel morfolojileri
bakımından PPLO 'lara benzerler. 02.02. Kültür Varyasyonları Mikroorganizmaların
sıvı ve katı besi yerlerinde üreme özellikleri ortam karakterinin optimalden
ayrılması sonu değişebilir. Örn, B. subtilis, sıvı ortamda genellikle üstte pelikül
oluşturarak ürer. Bu ortamın yüzey gerilimi düşürülürse, bu sefer homojen bir
tarzda üreme gösterir. S. aureus, sıvı 02.03. Fizyolojik ve Biyokimyasal
Varyasyonlar 1-
Boyanma özelliğinde varyasyonlar: Taze
kültürlerdeki mikroorganizmalar boyanma özelliklerinde bir örneklik (homojenite)
göstermesine karşın, eski kültürlerde bu karakterlerinde sapmalar görülmektedir.
Örn, Klostridium sınıfı mikroorganizmalar
taze kültürlerde kuvvetli Gram pozitif olmasına karşın, eski kültürlerde ise Gram
negatifliğe doğru bir eğilim vardır. 2- Pigment varyasyonları: Pigment
oluşturan mikroplar, laboratuarda uzun süre pasajları yapılırsa veya uygun olmayan
koşullarda üretilirse, pigmentasyonun zayıfladığı ve kaybolduğu görülür: Örn, S. marcescens
en iyi aerobik koşullarda ve oda ısısında tipik kırmızı pigment oluşturur. Aynı
mikroorganizma 37°C 'de ve anaerobik şartlarda pigment oluşturmaz. S. aureus
da sütlü ortamda iyi pigment yapar ve pasajlar bu özelliği azaltır. 3-
Granül oluşumunda varyasyonlar: Bazı
mikroorganizmalarda besi yerinin bileşimine göre içlerinde lipid, karbonhidrat
(nişasta), fosfat granüllerine rastlanır.
Bunların azlığı veya çokluğu, besi yerlerindeki lipid, karbonhidrat ve fosfat
bileşiklerine bağlıdır. 4.
Enzimatik varyasyonlar: Mikroplar,
ortamdaki çeşitli türdeki gıda maddelerinden yararlanabilmesi için, bunlara etkileyen
değişik özellikteki enzimleri sentez ederler. Bunların bir kısmı devamlı olarak
sentezlenirler (yapısal enzimler) ve bu
sentezlenme durumu besi yerinin bileşimi ile fazla ilgili değildirler. Buna karşın,
bazı enzimler de besi yerinde özel maddelerin varlığına ve bunların stimulasyonuna
bağlıdırlar. Örn; E. coli 'deki
beta galaktosidase ve galaktosid permease enzimleri böyledirler. Bu
enzimler, ortamda laktoz varsa, bunun uyarımı
ile sentezlenirler. Laktoz ortamda bitince, enzim sentezi de durur. Böyle enzimlere, indüklenebilen enzimler adı verilir. Bu
nedenle, E. coli 'nin glukozu
ayrıştırması, laktozu fermente etmesinden daha çabuktur. Çünkü, glukozu
ayrıştıran enzimler her zaman sentezlendiği için hazırdırlar ve zaman geçmeden
etkileyebilirler. Buna karşın, laktozun fermantasyonu için, buna etkileyen enzimin (beta galaktosidase) sentezi için en azından 30
dakikalık bir süreye gereksinim duyulur. 5.
Diğer değişmeler: Mikroorganizmaların
fizyolojik karakterlerinde (toksin, toksik substanslar, enzimler, vb. sentezi), diğer özelliklerinde
olduğu gibi, aynı şekilde, varyasyonlar meydana gelebilir. Bunların bir kısmı
mutasyonlar sonunda da oluşabilirler. 6.
Attenüasyon: Mikroorganizmalar,
normal koşulların dışında üretildikleri zaman oluşan değişikliklerden
yararlanılarak aşılar meydana getirilmektedir. Örn, B. anthracis 42-43°C 'de devamlı
pasajı yapılırsa, yalnız kapsül formasyonunu kaybetmez, aynı zamanda, duyarlı
hayvanlar için hastalık oluşturma kabiliyetinde de zayıflama görülür (Pasteur'ün aşısı). Aynı şekilde, sığır
tüberküloz mikropları, gliserinli safralı patatesli besi yerinde yıllarca pasajı
yapıldıktan sonra, insanlar için çok önemli olan ve korunmada büyük yararlar
sağlayan tüberküloz aşısı (BCG)
haline getirilmiştir. At
vebası virusunu fare
beynine adapte edilmek suretiyle, fareler için patojenik, fakat atlar için patojenik
olmayan ancak atlarda bağışıklık oluşturan, attenue virus haline
dönüştürülmüştür. Pasteur,
kuduzlu tavşanın omuriliğini desikatörde (KOH'lı) kurutmak suretiyle virulensini
azaltmış ve aşı olarak
kullanmıştır. Doku kültürleri, deneme hayvanları embriyolu yumurtalar ve değişik
bileşime sahip sıvı ve katı besi yerleri mikroorganizmaların virulensini azaltmak
veya değiştirmek amacı ile kullanılmaktadırlar. 03. Genotipik Varyasyonlar (Mutasyonlar) 03.01. Genel Bilgiler Mutasyonlar,
genellikle polinukleotid iplikçiklerinin (DNA) yapısını oluşturan nukleotidlerdeki bazların, bakteri türüne veya cinsine özgü
olan, dizilişlerindeki değişiklikler veya bu bazlarda meydana gelen kimyasal
bozukluklar, kopmalar, zedelenmeler, v.s. sonu oluşurlar. Aynı tür içinde bulunan
mikroorganizmaların DNA'larında, nitrojen bazları belli ve sabit bir sıra içinde
bulunurlar ve böyle fertlerin DNA'ları birbirinin homologudurlar. Bu nedenle, aynı tür
içinde bulunan mikroorganizmaların çeşitli karakterleri (morfolojik, fizyolojik,
kültürel, biyokimyasal, antijenik vs) birbirine benzerler. Baz
dizilişlerine etkileyen bir faktör veya bazlardaki kimyasal bağlantıların
karakterlerindeki değişmeler (tautomerik
değişmeler) kendini transkripsiyon
ve translasyonda belli ederler. Bunun
sonucu olarak da mutasyonlar ve değişik
karakterlerde yeni nesiller (mutantlar)
meydana gelirler. Bazı
mutasyonlar, bir (veya birkaç) nukleotid çiftini kapsar ve bunlar arasında kalabilir.
Bazen de, DNA baz sıraları arasından sadece bir baz çıkabilir veya girebilir (nokta mutasyonu). Bu tür mutasyonlar sonu
sentezlenen proteinin aktivitesinde önemli bir değişiklik görülmez ve protein normal
görevini yapabilir. Nokta mutasyonları
bakteriler tarafından kolayca tamir edilebilirler. Ancak, bir geni (genellikle, 1500
nukleotid çifti) içine alan veya daha büyük oranda meydana gelen mutasyonlar (kromozomal mutasyonlar), polipeptid zincirine
çok sayıda yanlış amino asitlerin girmesine neden olacağından, sentezlenen proteinin
aktivitesi ya hiç olmaz veya değişik yönde olur. Böyle mutasyonların düzeltilmesi imkânsızdır ve genellikle ölümle sona
erer (letal mutasyon). Bakterilerde
hareketi sağlayan flagella oluşumunu yöneten genlerde meydana gelen bozukluk, bu
organelin sentezlenmesine mani olur. Böylece bakteri, flagellasız ve bunun sonucu olarak
da hareketsiz hale dönüşür. Ancak, bu mutasyon ölümle son bulmaz. Buna karşın,
çok önemli biyokimyasal olayları katazile eden enzimlerin sentezini idare eden genlerde
oluşan kromozomal karakterdeki mutasyonlar bakterilerde ölümler oluşturabilirler. 03.02. Mutasyonların Başlıca Nedenleri Mutasyonların
meydana gelmesine neden olan başlıca faktörler şöyle sıralanabilirler: 1-
Polinukleotid iplikçiklerindeki normal baz sıraları arasına bir baz çiftinin
çıkması (delasyon) veya baz sıraları
arasına bir baz çiftinin girmesi (insersiyon)
(nokta mutasyonları). Baz
çiftinin çıkması ve girmesi durumu: Bu
tarz mutasyonlarda DNA'daki normal baz sıraları arasından bir baz çifti çıkabilir
veya baz sıralarına yeni bir baz çifti girebilir. a)Baz
çiftinin çıkması: Bu
örnekte, mRNA üzerinde 16. sırada bulunan sitozin (C) çıkmıştır. Buna göre
düzenlenen mRNA ve oluşan yanlış sıralı amino asitler gösterilmektedir. Normal
durumda polipeptid zinciri serin, arginin, tirosin, cystein, ....le başlamakta ve devam etmektedir.
Buna karşın, bir baz çiftinin (sitozin) çıkması sonu oluşan yeni programlanmaya
göre, amino asit dizilişi serinden alanin, threonin,
alanin tarzında olup sırası olmayan
amino asitlerdir. Bu nedenle proteinin karakteri değişik olur veya inaktif bir durum
gösterir. Eğer anlamsız kodonlardan biri (UGA, UAG, UAA) sıraya girerse, protein
sentezi sona erer. Bazen de, böyle değişmeler aynı amino asite ait diğer 2. veya 3.
tripletlerden birini oluşturursa; (Örn; argininin 6 kodonu CGU, CGC, CGA, CGG, AGA, AGG;
serinin 4 kodonu ACU, UCC, UCA, UCG veya leucinin 6 kodonu, UUA, UUG, CUU, CUC, CUA, CUG,
v.s.) bu sefer polipeptid zincirinde bir süre daha doğru amino asitler sırada
bulunabilir. Bu durum, eğer kısa bir süre sonra yeni bir mutasyonla düzeltilirse,
proteini inaktif bir molekül olmaktan kurtarır.
b)
Baz çiftinin girmesi: Baz
çiftinin girmesi de aynı yukarıdaki örnekte olduğu gibi, baz sıralarının
değişmesine ve mRNA'nın yeniden programlanmasına yol açacak ve polipeptid zincirinde
değişik amino asitlerin araya girmesine neden teşkil edecektir.
Bu
örnekte normal mRNA'da 13. sıraya U bazı girmiş ve mRNA yeni baştan programlanmış
ve sıraya, Phe + Alanin + leucin + leucin + gibi değişik amino asitler girmiştir.
Serinden sonra gelen amino asitler normal polipeptid zincirlerinde sırada değildirler.
Bu nedenle oluşan protein inaktif bir durum gösterebilir. Bir
baz çiftinin çıkmasını, aynı gen içinde veya dışında ikinci bir mutasyon
aracılığı ile bir baz çiftinin girmesi izleyebilir. Bu durum iki şekilde
etkileyebilir, ya birinci mutasyonla oluşan değişmelere, ikinci mutasyonunki de
katılır ve öylece tamiri olanaksız mutasyonlar oluşabilir veya ikinci mutasyon,
birincinin düzelmesine veya tamirine yol açabilir. Böylece ilk mutasyon giderilir. Bu
ikinci mutasyon birinciye ne kadar yakınsa, polipeptid zincirinde sıraya giren yanlış
amino asitler de o oranda az olur.
Transisyonel
mutasyonlar: Bu
tür mutasyonlar, genellikle ya spontan olarak veya mutajenik maddelerin etkisiyle
oluşurlar. Transisyonel türdeki mutasyonlara, pürin ve primidinlerin elektronlarında
oluşan tautomerik değişmelerin bazlar arası karşılıklı hidrojen bağlantısının
özelliklerini değiştirmesine neden olur. Örn; timin genellikle keto formunda C = O
olup, bu durumu ile adeninle karşılıklı çift hidrojen bağı ile birleşir. Ancak,
timin, nadiren enol formuna (C—OH) dönüşürse, 3 bağlantı yerinin oluşması
nedeniyle, adeninle değil de, guaninle birleşir. Böylece, DNA molekülünde AT çifti
yerine GT çifti geçmiş olur. Ancak, bu durum uzun süre devam etmez ve iki-üç
generasyon sonra değişerek, guanin bu sefer sitozinle bağ kurar ve AT ® GC
transisyonu meydana gelir. Böylece, başlangıçta AT olan molekül, 2-3 generasyon sonra
GC çiftine dönüşmüş olur. Replikasyon
sırasında pürin yerine diğer bir pürinin, veya pirimidin yerine diğer bir pirimidin
bazının girmesine transisyonel mutasyon
denir. Örn, adenin yerine guanin (AºG)
veya sitozin yerine timinin girmesi (CºT)
gibi. Eğer pürin yerine pirimidin (veya tersi) girerse buna transversiyonel mutasyon adı verilir. Örn;
adenin yerine sitozin (AºC) veya
guanin yerine timinin girmesi (GºT). Eğer
baz çifti değişmeleri iki yönlü ise (AT W GC) bunlar bidireksiyonal mutasyonlar olarak
isimlendirilir. Bazı mutajenler (hidroksilamin) tek yönlü transisyonel mutasyonlar oluşturur (GC ® AT). Adeninin
amino formunda iken, imine formuna dönüşmesi, aynı şekilde, karşılıklı
bağlantıları değiştirir ve sitozinle bağ kurmasına yol açabilir (A—C). Dimerizasyon:
Mikroorganizmalar,
ultraviole ışınlarının etkisine maruz kaldıktan sonra, aynı DNA iplikçiğinde yan
yana bulunan pirimidinler (genellikle timinler) fotokimyasal reaksiyonlar sonu birbirleri
ile kovalent bağlarla birleşirler (T - T). Işığın dozu artarsa bu sefer sitozinler
de birleşebilirler (C—C). Dimerizasyon
iki nukleotid arasını kısalttığından, DNA'da çarpıklıklara yol açar ve DNA'nın
duplikasyon mekanizması bozulur. Sonunda transkripsiyon ve translasyon düzeninde
değişiklikler meydana gelir. DNA'da
diğer bozukluklar: Birçok
mutajenler DNA iplikçiklerinin çeşitli yerlerinde bozukluklar oluşturabilirler. Bu
tür bozukluklar kısaca şöyledir: a)
Baz-şeker bağlarının kopması: İyonizen
ışınlar, alkilleyen etkenler, nitroz asiti, hidroksil amin, süksinil peroksit, vs. 04. Mutajenik
Maddeler (Mutajenler) Bakterilerde
mutasyon oluşturan etkenler, genellikle, fiziksel, kimyasal ve biyolojik
karakterdedirler. Bunlar da, 04.01. Fiziksel Mutajenler Isı:
Eğer
bakteriler 100°C 'ye kadar yavaş yavaş ısıtılırsa iplikçikler arasındaki
karşılıklı hidrojen bağları çözülür ve iki iplikçik birbirinden ayrılır (denatürasyon). Isı
yavaş yavaş azaltılırsa iki iplikçik hemen birleşir. Bu olay, hibridizasyonda işe
yarar. Bilinen baz sıralarına sahip test DNA'sı ile bilinmeyen DNA (veya RNA)
iplikçiğinin homologluk durumu araştırılır. Bu durum bakterinin klasifikasyonunda
yararlı olur. Ultraviolet
ışınları: Ultraviolet
ışınlarına maruz bırakılan bakteriler, primidinler (timin veya sitozin),
pürinlerden daha fazla UV ışınlarını absorbe eder ve kendilerinde birçok
fotokimyasal değişmeler meydana gelir. Bunun sonucu, atomlar arası enerjinin artmasına
ve timin dimerlerinin oluşmasına sebep
olur. Bu bozukluk iki baz arası 0,34 nm'lik uzaklığı 0.28 nm.'e indirerek DNA'da
çarpıklıklar meydana getirir. Dimerlerin bulunduğu yerlerde transkripsiyonda atlamalar
veya boşluklar oluşur ve bu bölge atlanarak devam edilir. İks
(x) ışınları: Dalga
boyu UV-ışınlarından çok daha kısa olan X-ışınlarının bazların atomlarında
oluşturduğu yüksek enerji, UV-ışınlarınkinden 4 kat daha fazladır. Bazlar
tarafından çok çabuk absorbe edilen bu ışınlar yüksek enerjilerinden dolayı, DNA
iplikçiklerinden nukleotidlerin çıkmasına ve mutasyonlara sebep olmaktadır. Bu
mutasyonlar genellikle ölümle son bulur. İyonizan ışınlar, bakterilerde bazı
kimyasal değişiklikler de meydana getirirler. Bunun başında iyonizasyon gelmektedir. İyonizasyon sonu
atomların orbital elektronlarında dışarı fırlamalar oluşur. Serbest kalan
elektronlar, hücredeki bazı radikaller veya moleküller tarafından alınarak, yeni
bileşikler teşekkül eder. Bunların çoğu bakteriye zarar verir niteliktedir. Ultrasonik
vibrasyonlar: Ses
ötesi vibrasyonlar da bakteriler üzerine olumsuz yönde etkiler ve bazı genetik
değişmeler meydana getirebilirler. 04.02. Kimyasal Mutajenler Kimyasal
mutajenik maddelerin etkisi altında oluşan mutasyonlar kolayca tamir edilebilirler.
Mutajenik maddeler, genellikle, transisyonel ve transversiyonel mutasyonlara
yol açarlar: Bazıları da bazların çıkmalarına ve DNA'da kopmalara sebep olurlar.
Başlıca mutajenik maddeler: Nitröz asiti (HNO2): Bazlar üzerine direkt etki yapan nitröz asiti, banlardan oksidatif deaminasyon ile amin grubunu (NH2) çıkarır ve bunun yerine keto (= O) grubunu koyar. Sitozinin de aminasyonu sonu urasil (U), ve adeninin deaminasyonunda da hipoksantin meydana gelir. Bu olaylar sonunda oluşan urasil adeninle ve hipoksantinde sitozinle bağ kurar.
HNO2 Nitröz
asiti aracılığı ile oluşan mutasyonlar iki yönlüdürler (bidireksiyonal, AT ® GC ® AT). Hidroksil
amin (NH2OH): Bu
mutajen daha ziyade pirimidinler (sitozin) üzerine etkiler ve olay sonu oluşan yeni
bileşikler, tautomerik değişmelere maruz kalır ve transisyonel mutasyonlar oluşur.
Sitozinin tautomerizasyonu sonu adeninle birleşme meydana gelir. Bu transisyonel mutasyon
(CG ® AT)
tek yönlüdür. Sitozinin, adeninle birleşmesi başlıca 2 şekilde izah edilmektedir.
Biri, hidroksil amin, sitozinin 6 pozisyonunda bulunan amin grubu ile reaksiyon vererek
bunu Oxime
(= N-OH) haline çevirir ve sonra adeninle birleşme olur. Diğeri ise, sitozinin
4,5 durumundaki çift bağla reaksiyon verir ve oluşan bileşik, tautomerik değişmelere
maruz kalarak adeninle birleşir. Alkilan
maddeler:
Birçok kimyasal maddeler, nukleotidler arasına alkil gruplar (CH3-, CH2-) sokarak transisyonel mutasyonlar yaparlar. Bu tür
alkilan maddeler arasında sülfür, nitrojen mustard, dimetil sulfonate (DMS), dietil sulfonate (DES), etil metane sulfonate (EMS),
metil metane sulfonate (MMS), nitrosoguanidine (NG), v.s. sayılabilir.
Bunlardan, EMS ve NG, timin ve guaninin 6 pozisyonundaki keto grubunu alkile ederek
bunları tautomerizasyona iter. Diğer alkilanlar ise, bazların diğer pozisyonlarına
etkiler. Değişmiş olan bazları DNA polimerase tanıyamaz ve bu bazlar transkripte
olamazlar. Sülfür ve nitrojen mustardlar bundan başka, DNA ipliklerinde çapraz
bağlantılara neden olabilir ve ayrıca helikste kopmalar yapabilir. Baz
analogları: Baz
analogları parental DNA'ya etkilemezler. Bunlar replikasyon sırasında, yeni iplikçik
sentezlenirken, sıraya girecek bazların yerine geçerler (veya bunların yerlerini
alırlar) ve böylece transisyonel mutasyonlara yol
açarlar. Baz analogları arasında en fazla üzerinde çalışılanı timinin analogu 5- Bromouracil (5-BU) ve adeninin analoğu 2-Amino pürin (2-AP)'dir. Bu analoglar, kimyasal
yapı bakımından, bazlara benzediğinden, replikasyon sırasında bazların yerini
alabilirler. Timinin analoğu olan 5-BU, keto formunda iken adeninler ve enol formunda
iken de guaninle bağ kurar. Sonra guanin de sitozinle bağ kurarak, AT çifti GC çiftine
dönüşür (AT ® GC).
Yeni oluşan GC baz çifti sonraki generasyonlarda tautomerik değişmeler sonu AT 'ye
çevrilirler (GC ® AT). A=T®A= BU
(keto) ® G= BU
(enol) G= C (transisyonel çift)
A=
BU G=C®G=BU
(enol ® A =
BU (keto) ® A=T
(transisyonel çift) Adeninin
analoğu olan 2-AP, replikasyon sırasında adeninin yerini alır. Sonradan timinle ve
diğer replikasyonlar da tautomerik değişmeler sonu sitozinle bağ kurarak transisyona
yol açar. Sitosin de, sonradan guaninle birleşir. A= T ® T = AP ® C º AP ® C º G Böylece
AT çifti CG 'ye dönüşür. Diğer baz analoglarından, timidin analoğu 5- Bromodeoxy
uridine, A-T bağlantısı olan yerlere replikasyon sırasında etkilidir. Aynı şekilde
5- Fluoro deoxyuridine tymidylate senthetase enzimi üzerine inhibitör etki yapar. Akridinler: Akridin
boyaları arasında en iyi bilineni proflavindir.
Proflavin tarafından oluşturulan mutasyonlar, baz analogları, nitröz asiti ve
hidroksilamin tarafından geri çevrilemez. Ancak, mutasyon olan gende spontan mutasyonlar
veya tekrar akridin boyaları ile oluşturulan ikinci bir mutasyon ile düzeltilebilir.
Proflavin, DNA baz çiftleri arasına girerek en azından 1-20 adet baz çiftinin
çıkmasına sebep olabileceği gibi, bazı durumlarda, baz çiftinin girmesine de neden
olabilir. Akridin boyaları, bakterilerde olduğu gibi, fajlarda da mutasyonlar
oluşturabilir. Diğer
mutajenler:
Metilkolantren, MnCl, arsenik, krom, urethane,creosol, katran, organik peroksidase,
asitler, alkaliler. İndirekt etkileyen
mutajenler: İlaçlar, hormonlar, fazla oksijen, pH değişmeleri, diğer çevresel
faktörler. Biyolojik
Mutajenler:
Bakterilerde bulunan bazı ekstra kromozomal genetik elementler (plasmid, faj, transpozon,
Mu fajı, İs-elementleri) mutasyonlara yol açabilirler. Bunlar
hakkında ileriki bahislerde gerekli bilgiler verilmektedir. 05. Bazı
Önemli Mutasyon Türleri 05.01. Spontan (Doğal) Mutasyonlar Bakteriyel
populasyon, dışarıdan herhangi bir indükleyici madde katılmadan veya müdahale
edilmeden, mutasyonlara maruz kalabilir. Buna spontan
mutasyon adı verilmektedir. Oluşan mutantlara da spontan mutantlar denilir. Bakteri DNA'ları çoğalma
sırasında çok fazla replikasyona tabi tutulmaktadır. Doğaldır ki, çok sayıda ve
sınırsız replikasyonlar ve DNA'nın diğer fonksiyonları sırasında, nukleotidlerin
asamblesinde ve polimerizasyonunda bazı hatalar meydana gelmektedir. Bu hatalara, bir
bazdaki elektronların tautomerik transpozisyonu
oldukça fazla neden olmaktadır. Örn; timin normal olarak keto durumunda
bulunur ve adeninle karşılıklı iki hidrojen bağı kurar. Eğer, timin, DNA'nın
replikasyonu sırasında, enol forma
değişirse, bu zaman guaninle birleşir. Bu durumda, yeni DNA'da AT yerine GC bazları
girmiş olur.
05.02. Silent Mutasyon Moleküler
düzeyde, DNA'da bazlarda meydana gelen her türlü değişiklik mutasyon olarak kabul
edilirse de, böyle mutasyonlar her zaman fenotipik olarak eksprese edilmezler. Bazı
tripletlerin 3. bazında meydana gelen değişmeler fenotipe etkilemez. Bakteride hiç bir
aksaklık meydana getirmez. Böyle değişmelere silent
mutasyon adı verilir. Bazen de bir tripletin 2. veya 1. bazları da değişse
bakteride önemli bir aksaklığa yol açmayabilir. AUC 'nin AUG'ye dönüşmesi isoleucin
yerine met'in girmesine neden olur. Ancak, böyle bir mutasyon bir sorun yaratmadığı
halde eğer, CUU yerine CCU girerse, leucine yerine prolinin girmesine yol açar ki,
böyle bir değişiklik polipeptid zincirinde konformasyon üzerine önemli derecede
etkiler. 05.03. Geri Mutasyon ve Reversiyon Mutantlar,
kendi DNA'larında oluşan bazı mutasyonlar sonu tekrar orijinal (parental) veya doğal
formlarını kazanabilirler (geri mutasyon). Bu olguda, değişen amino asit
tripleti, geri mutasyonla tekrar orijinal amino asiti kodlayan triplet haline gelebilir. Böylece,
bakteriler tekrar orijinal fenotipik karakterlerine kavuşurlar. Böyle durumlara, aynı
gende oluşan supresör mutasyonlar (intragenik) veya
kromozom üzerinde başka gende meydana gelen mutasyonlar (ekstragenik supresörler) yol açabilirler. 05.04. Yapay (Suni) Mutasyonlar Eğer
hücreler mutajenik ajanlarla (kimyasal, fiziksel, biyolojik, vs.). muamele edilirse,
mutantlar meydana gelebilir. Bu tarzda başlıca 4 tür mutant oluşabilmektedir. 1- Bir
baz çiftinin diğeri ile yer değiştirmesi, örn., AT yerine GC 'nin girmesi gibi, 05.05. Mutasyonun Sonuçları Mutasyonların
mikroorganizmalar üzerinde ne denli etkilediği başlıca iki faktör tarafından
belirlenir. Bunlardan biri, gen ürünlerinin ne kadar değiştiği ve diğeri de gen
ürünlerinin hücre içi ne derece de önemli olduğudur. Gen
ürünlerindeki değişiklikler:
Bütün mutasyonlar, genetik kodları ve bunlara bağlı olarak da genetik bilgileri (informasyonları) değiştirir. Ancak,
bunların gen ürünleri üzerindeki etkileri farklıdır. Bazıları hücre fenotipinde
çok az veya hiç bir değişiklik yapmaz. Örn; bir kodonda meydana gelen değişiklik
sonu oluşan gen ürünü, normal kodonla aynı olabilir. Bir amino asit bir kaç kodonla
temsil edildiği için, böyle bir mutasyonun hiç bir zararlı etkisi yoktur. Bazen de
değişiklik sonu oluşan farklı amino asitin gen ürününün fonksiyonuna bir zarar
vermez. Farklı bir amino asitin şifresini oluşturan mutasyonlara genellikle, "missense mutasyon" adı verilir. Bazen,
böyle olgular hücrelerde büyük değişikler veya ölümler meydana getirebilir. Gen
tümden inaktive olabilir veya gen ürünü fonksiyonel olmayabilir. Bazen
de mutasyonlar, hiç bir amino asit kodlamayan kodonlar UAG UAA UGA meydana getirebilir.
Örn; stop kodonu gibi. Bunlara da "nonsense
mutasyon" adı verilir. Esansiyal
gen ürünleri: Bazı
gen ürünleri hücrenin yaşamı için çok önemlidir. Bunların olmamasının hücrede
oluşturduğu bozukluklar, gen ürünün fonksiyonlarına bağlıdır. Örn; DNA veya RNA
polimerase enzimini kodlayan gende meydana gelen bozukluklar, bu enzimlerin
fonksiyonlarını bozduğundan hücrenin yaşamına da etkiler. Hücreler çoğalamazlar. 06.
Mutant Türleri Gerek
spontan mutasyonlar (bilinen mutajenlerin olmadığı durumlarda, uygun olmayan çevresel
koşulların altında kendiliğinden oluşan ve daha ziyade girme, çıkma, transisyon ve
transversiyon tarzında görülen mutasyonlar) ve gerekse fiziksel veya kimyasal
mutajenlerin etkisi altında oluşan mutasyonlar sonu, birçok karakterlerde değişmeler
meydana gelebilir. Böyle mutasyonlar sonu oluşan başlıca mutant türleri şöyledir. 06.01. Rezistans Mutantlar Mutasyonlar
sonu çeşitli ilaç, dezenfektan, antibiyotik, kemoterapötik, inhibitörler, ultraviole
ışınları, fajlar, v.s. etkenlere karşı dirençlilik gösteren mutantlar oluşabilir. 06.02. Nutrisyonel Mutantlar Özel
üretme faktörlerine gereksinim göstermeyen orijinal parental (prototrof) hücrelerden, mutasyonlar sonu bir
veya birkaç üretme faktörüne gereksinim duyan mutat (okzotrof) hücreler meydana gelebilir. Prototrof
hücreler basit ortamlarda (minimal ortam)
gelişebildikleri halde okzotroflar gelişemezler. Bunların besi yerlerine üretme
faktörleri (amino asit, vitamin, nukleik asit, v.s.) katılır (kompleks ortam). 06.03. Fermentasyon Mutantlar Orijinlerinde
karbonhidratlardan bazılarını fermente etmeyen (veya eden) suşlardan oluşan
mutantların bu karbonhidratlara etkilediği (veya etkilemediği) görülebilir. Örn;
salmonella, proteus veya shigella arasında laktozu fermente eden, E. coli arasında da laktozu fermente etmeyen mutantlar
ortaya çıkabilir. 06.04. Pigmentasyon Mutantları Bazı
mutasyonlar, pigment oluşturan mikroorganizmalarda bu kabiliyetin kaybolmasına yol
açar. S. marcescens veya S. aureus
'dan uzun pasajlar veya mutasyonlar sonunda pigment oluşturmayan mutantlar elde
edilmiştir. 06.05. İndüksiyon Mutantları Bu
tür mutantlar, mutajenik maddelerin etkisiyle meydana gelirler. 06.06. Antijenik Mutantlar Bakterilerde
bulunan kapsül, flagella, hücre duvarı ve piluslar antijenik karakterlere sahiptirler.
Bunların biyosentezini idare eden genlerde oluşan mutasyonlar, bu faktörlerin meydana
gelmesine ve fonksiyonlarına etkiler ve değişikliğe uğratarak antijenik bozukluklara
yol açarlar. Flagellalı bakteriler flagellasız, ve kapsüllüler de kapsülsüz hale
gelebilirler. Somatik (O) antijenlerinde de önemli değişmeler görülür. Hücre
duvarında lokalize olan bu antijen salmonellalarda lipopolisakkarid fraksiyonda lokalize
olmuştur. Bu lippolisakkaridin iç kısmında 2-keto 3-deoxyoctanate, etanolamin, fosfat,
lipid ve dış kısmında da kısa zincirli glikoz, galaktoz, heptozfosfat ve N-acetyl
glukoz amin yerleşmiştir. Spesifik yan zincirlerde bulunan şekerlerin cinsi ve
tekrarlanan ünitelerdeki dizilişleri, salmonellalar arasında O-antijenik özelliği
yaratır. Esas yapıda veya yan zincirlerin oluşumunu idare eden genlerde meydana gelen
mutasyonlar; O-antijenik özelliğinin değişmesine veya kaybolmasına neden olur. Böyle
mutasyonlar sonu S-kolonilerinden R-tipli koloniler meydana gelir. Ayrıca, yan
zincirlerin tekrarlanan üniteleri polimerize olmasa, yine mutantlar ortaya çıkabilir. Hücre
duvarının biyosentezlerine çeşitli dönemlerde etkileyen mutasyonlar, canlılığa
tesir etmeden, antijenik karakterde değişmeler yapabilir. Bazen
flagella hareketini yöneten gende mutasyon olabilir. Böyle bakterilerde flagella olsa
bile hareket olmaz. S. typhimurium 'da
pürin sentezine etkileyen mutasyonlar, bu mikrobun fareler için virulensinin
kaybolmasına neden olurlar. 06.07. Mutasyon Oranı Kültürlerde
oluşan spontan mutasyonlar az çok sabit bir durum gösterebilir. Mutasyon oranı her
generasyonda, her bir hücreye isabet eden mutasyon miktarı ile ölçülür. Mutasyonlar
genellikle, replikasyon sırasında ve yeni sentezlenen iplikçiklerde meydana gelirler.
Parental DNA'da mutasyon çok azdır. Mutasyon
oranı (MO) aşağıdaki şekilde hesaplanır.
Ms MO:
Mutasyon oranı Yukarıdaki
formül yanı sıra, mutasyon sıklığını hesaplamada Poisson dağılımı formülünden de fazlaca
yararlanılır. P(x)=
( mx/X!) e¾m
e:
Doğal logaritma (2.178) Bu
formüle göre; 1- Hiç
mutant ihtiva etmeyen tüp sayısı m=o), 2- Bir
mutant ihtiva eden tüp sayısı (m = 1) 07.
Mutasyonların Tamiri Spontan
olarak veya mutajenik maddelerin etkisiyle oluşan mutasyonlar, bakterilerde özel
mekanizmalar tarafından tamir edilebilir ve düzeltilebilir. Ancak, bu işlem, oluşan
bozukluğun büyüklüğüne ve önemine göre değişebilir. Nokta mutasyonları
genellikle ve kolayca giderilebilirse de, bir genin kaybolması ve kromozomda oluşan
kopmalar kolayca tamir edilemez ve ölümle son bulurlar. Mutasyonların
tamir mekanizması, DNA'da oluşan bozuklukların karakterine göre değişir. Bu da
birkaç tarzda görülebilir: 07.01. Kontrol Okuma ile Düzeltme DNA'nın
sentezi (replikasyon) sırasında yanlış nukleotidlerin sıraya girmesi hücre
tarafından hemen fark edilerek, ileri sentez çok kısa bir süre için durdurulur. DNA
polimerase I ve III'ün geriye doğru kontrol
okuma mekanizması ile hatanın yeri bulunarak yanlış nukleotid 3-OH ucundan
hidrolize edilerek çıkarılır ve yerine doğru nukleotidler konarak bozukluk giderilir. 07.02. Represör Mutasyonlar Eğer
DNA'da baz çiftleri arasına bir bazın girmesi (veya çıkması) ile oluşan mutasyon,
aynı genin içinde (intragenik) veya gen
dışında (ekstragenik) meydana gelen ve
diğer bir baz çiftinin çıkması (veya girmesi) şeklinde oluşan ikinci bir
mutasyonla, giderilebilir (supresör mutasyon).
İkinci mutasyon, birinciye ne kadar yakınsa, düzeltme işlemi hem kolay ve hem de
imkân dahilinde olur. Ayrı genlerde oluşan ikinci mutasyon, birinci ile arasında çok
mesafe olacağından ve bu arayı yanlış sıralı aminoasitler dolduracağından, tamiri
olanaksızdır ve bakterinin ölümüne sebep olur. Supresör
mutasyon, birinci mutasyonun etkisiyle bozulan aminoasit sıralarını düzeltir,
polipeptid zincirine normal sıralı aminoasitlerin girmesine ve proteinin aktivite
kazanmasına yol açar. Supresör mutasyon da başlıca üç tarzda çalışabilir. 1- Birinci mutasyon
sonu değişen baz sıraları, aynı yerde oluşan ikinci bir mutasyonla düzeltilebilir.
Örn, ilk mutasyonda GC baz çiftinin yerine AT baz çifti girmişse aynı yerde oluşan
ikinci mutasyon, son giren baz çiftinin çıkmasına yol açar ve ilk mutasyonu ve
etkisini ortadan kaldırır. 2- İlk mutasyonla
DNA'ya giren baz çifti, ikinci bir
mutasyonla, bağlanma sırası değiştirilir ve hata düzeltilir. Örn, ilk mutasyon GC
yerine AT 'yi koymuşsa, ikinci mutasyon AT bağlantısını TA şekline çevirerek
oluşan bozukluğu, tam olmamakla beraber kısmen giderebilir. Bu şekildeki tamir sonu
oluşan mutant orijinalinden farklıdır. Ancak, enzim aktivitesinde pek önemli
değişiklik görülmeyebilir. 3- İkinci
mutasyonun aynı gen içinde veya gen dışında meydana gelmesi ile ilk bozukluk
düzeltilebilir. İntragenik
ve ekstragenik mutasyonlar genellikle, farklı veya yanlış sıralı amino asitleri
(sırada olmaması gereken) kodlayan, yeni kodonları devreye soktuğu gibi (missense mutasyon), bazı hallerde bir amino
asitin karşılığı olmayan kodonlar (UGA, UAA, UGA) oluşturmakta, bunlar da mRNA
üzerinde sıraya girmektedirler (anlamsız
mutasyon, nonsense mutasyon). Birincide, normal sıraya girmesi gereken aminoasit
yerine, oluşan mutasyon sonu değişen baz sırası nedeniyle, başka bir aminoasit
kodonu gelir ve bunlar değişik aminoasitlerin polipeptid zincirinde sıraya girmesine
neden olur ve proteinin aktivitesini bozar. Buna karşılık, anlamsız mutasyonda ise,
değişen baz sırası nedeniyle meydana gelen yeni kodon, herhangi bir amino asiti
kodlamaz veya bunun aminoasit alfabesinde karşılığı olan aminoasit bulunmaz. Böyle 3
tane bulunan kodonlardan biri UGA, UAG, UAA protein sentezi sırasında mRNA üzerinde
sıraya girerse, polipeptid sentezi ve uzanması durur. İntragenik
mutasyonların, nokta mutasyonları tarzında ve sadece bir nukleotid çiftinde oluşması, tamiratını
kolaylaştırmaktadır. Çünkü, birinci mutasyon ile ikinci mutasyon yeri arasında
fazla bir mesafe yoktur. Bozukluğun tamiri ikinci mutasyonun oluşma süresine
bağlıdır. Bu süre uzun olursa, yanlış (farklı) aminoasitler fazla miktarda
polipeptid zincirine girebilir. Eğer bir generasyon sonra oluşursa, yeni nesilde
herhangi bir bozukluk oluşmaz. Çünkü, tüm aminoasit sıraları düzelmiştir. Örn,
bir gende alanin kodonu (GCC) bulunsun ve primer mutasyon sonu bu kodon değişerek valin
(GUC) haline getirilsin. Bu ilk mutasyon sonu oluşan ve yeni mutantlarda sentezlenen
protein, inaktif bir durumda olabilir. Bundan sonra oluşan ikinci bir mutasyon, alanini
aktive eden enzimin yapısını tayin eden gende meydana gelirse, bu son mutasyon,
enzimin, tekrar alanini tanıyarak onu aktive etmesini ve kendine özel alanin tRNA'ya
bağlanmasını sağlar ve böylece ilk mutasyon düzeltilir veya aksine, eğer primer
mutasyon alaninin yerine valini sıraya koymuşsa, ikinci supresör mutasyon valin
tRNA'nın yapısını tayin eden gende oluşursa, bu sefer, alanini aktive eden enzim,
tRNA'yı alaninle yükler hale getirebilir ve mutasyonu düzeltilebilir. Sentetik mesenger polyuridylic asit polipeptid
zincirine fenil alanini girmesine neden olur. Çünkü, bunda UUU kodonu vardır.
Streptomycinin bulunduğu ortamda ise, mesenger polyuridylic acid, isoleusin (AUU), serin
(UCU) ve diğer aminoasitlerin polipeptide girmesine yol açar. Steptomycinin (veya buna
kimyaca yakın antibiyotiklerin) bu etkisi, bu antibiyotiğin ribosomlara bağlanması ve
kodonun okunmasını değiştirmesi ile oluşur. P.
mirabilis
normal
olarak streptomycine duyarlıdır (Ss). Bundan oluşan bazı mutantlar, ancak,
streptomycin bulunan ortamlarda üreyebilirler. Diğer bir deyimle, üremeleri
streptymocine bağlıdır (Sd). Bu tarz oluşan varyasyon kısa bir süre sonra değişir
ve mutantlar normal orijinal fonksiyonel durumlarına dönerler (Ss). 07.03. Dimerizasyonun Giderilmesi Ultraviolet
ışınlarının DNA'da bulunan primidinler tarafından absorbe olması ve enerji ile
yüklenmesi sonu oluşan dimerizasyon (polinukleotid iplikçiğinde yan yana bulunan
pirimidinlerin birbirleriyle birleşmesi) primidinlerin karşı iplikçikteki pürinlerle
bağlanmasını önler ve DNA'yı çarpıtır. Bu durum replikasyona ve bunun sonucu
olarak ta transkripsiyona ve translasyona etkileyerek mutasyonlara yol açar. Dimerizasyon
başlıca 3 tarzda giderilir: 1-
Fotoreaktivasyon: Eğer
bakteriler, UV-ışınlamasından sonra, hemen görülebilen
ışınlara tutulursa, UV-ışınlarının letal etkisi giderilir. Bu olayda
UV-ışınlaması sırasında oluşan timin dimerleri (T-T), gün ışığında aktive
olan ve iş görebilen özel enzimler (fotoreaktif
enzimler) tarafından hidrolize edilerek aralarındaki bağlantı koparılır.
Böylece timinlerin, normal ve karşı iplikçikteki pürinlerle bağ kurması temin
edilir. 2-
Karanlıkta reaktivasyon: Bu tarz
tamirat, ışıkta tamirattan farklıdır. Bu mekanizma ışıkta çalışmaz ve başlıca
4 enzim (endonuklease, ekzonuklease, polimerase, ligase) sıra ile iş görerek düzeltme
görevini yaparlar. Düzelme olayı şu basamakları izler.
a)
Dimer bulunan bölge endonuklease enzimleri
tarafından sınırlandırılır ve ayrılır (koparılır). Dimerlerin
enzimatik yolla giderilmesine bazı kimyasal maddeler (caffein gibi) mani olabilir. UV-ışınları
etkisine maruz kalan faj, böyle bir tamirat mekanizmasına sahip bakteriye girince,
reaktive olur ve eski durumunu kazanır. Eğer, UV-ışınlarına maruz kalan faj,
irradiye edilmiş diğer bir bakteriye girerse, çok sayıda fajın reaktive olmasına ve
dışarı çıkmasına neden olur (UV-reaktivasyon). 3)
Endonukleotik insizyonla tamir: Hücrelerde
(prokaryotik ve ökaryotik) bulunan bazı endonukleaselar de DNA'daki lezyonları
tanıyarak bunlardaki fosfodiester bağlarını kaparak çıkarılmasını katalize
ederler. Bu fonksiyona sahip E. coli 'de
insizyon endonukleazların (I, II, III;,IV,
V, VI) varlığı açıklanmıştır. 4)
Rekombinasyonla tamir:
DNA'da meydana gelen bozuklukların giderilmesinde rekombinasyonla tamir mekanizması da
görev yapmaktadır. E. coli 'de
UV-ışınlarının oluşturduğu dimerlerin tamirinde bu sistemin de iş gördüğü
açıklanmıştır. Replikasyonda atlanan dimer bölgesi, karşı parental DNA segmenti
tarafından rekombinasyonal tamir mekanizması ile kapatılır sonra DNA'daki timin
dimerleri de eksizyonla çıkarılır. Bunların yerleri de DNA polimerase ve DNA ligase tarafından düzeltilir. 5)
Bypass ile tamir: Bu
mekanizma, lezyonu tam olarak ortadan kaldıramaz ve lezyon atlanarak replikasyona devam
edilir. Eğer, bozukluk fazla ise hücreler ölebilir. Eğer sıraya giren yeni baz
tamiratı düzeltirse, bozukluk ta fazla ileri gitmeden ortadan kaldırılmış olur. 6)
N-glikosidase ile tamir: Bu
mekanizmada, DNA'da bulunan anormal bazlar (urasil, hipoksantin, 3-metiladenin, v.s.) N-glikosidase enziminin katalitik etkisiyle
N-glikosilik bağları koparılarak çıkarılır. Bir çok türde N-glikosidase enzimi
belirlenmiştir. Örn, N-3, N-7 metil ve etil purinleri kaldıran spesifik enzimler gibi.
Bazı mikroorganizmalar (E. coli, B. subtilis, M. luteus, vs) ve memeli hücrelerinde de
(dana timusu ve insan hücreleri) bu tarz aktivite bulunduğu açıklanmıştır.
Sitozinin deamine olması sonu meydana gelen urasil, N-glikosidase enziminin aktivitesi
sonu çıkarılarak hata düzeltilir. M. luteus 'da timin dimerlerinin tamirinde N-glikosidase
enziminin aktivitesinin önemli fonksiyonu olduğu belirlenmiştir. Bu mekanizmada enzim,
dimerlerin N-glikosilik bağlantısını koparır. 7) Dealkilasyonla tamir: Bazı mikroorganizmalarda, mitojenik veya karsinojenik etkiye sahip olan bazı maddelerin (alkilan maddeler vs) etkisiyle kimyasal olarak modifiye olan (alkillenen) bazları tanıyarak bunları dealkile etmek (veya çıkartmak) suretiyle hatayı düzelten enzim sistemlerinin varlığı saptanmıştır. Alkilan bir madde olan dimetilnitrozamin kuvvetli karsinojenler arasında bulunmaktadır. Farelere verildiğinde, DNA'nın çeşitli yerlerinde metilasyonlar meydana getiren bazı bileşikler oluşturur. Metile olan DNA ürünü (O6 - metilguanin), böbrek ve karaciğerde bulunan spesifik bazı enzimler tarafından kaldırılarak hata tamir edilir.
[1] Kaynak: Temel Mikrobiyoloji
|
||||||||||
