Mikrobiyal Genetik - Mikrobiyoloji
5.1. GİRİŞ VE TEMEL KAVRAMLAR
Mikrobiyal genetik, mikroorganizmaların kalıtsal özelliklerini, bu özelliklerin nesilden nesile nasıl aktarıldığını ve genetik materyalin değişim mekanizmalarını inceleyen bilim dalıdır. Bugün tıpta karşılaştığımız "Süper Bakteriler" (Antibiyotiklere dirençli bakteriler), aslında mikrobiyal genetiğin doğal bir sonucudur.
Temel Tanımlar:
Genom: Bir organizmanın sahip olduğu genetik materyalin tamamıdır (Kromozom + Plazmidler).
Gen: Belirli bir proteini veya RNA'yı kodlayan DNA parçasıdır.
Genotip: Organizmanın genetik yapısıdır (DNA dizilimi).
Fenotip: Genetiğin dışa yansımasıdır (Bakterinin rengi, şekli, direnci vb.).
5.2. BAKTERİ GENOMUNUN YAPISI
Bakteri DNA'sı ökaryotlardan (insan) oldukça farklıdır. Bu farklar, genetik mühendisliğinde bakterilerin kullanılmasını kolaylaştırır.
5.2.1. Bakteriyel Kromozom
Tek ve Halkasaldır: İnsanlarda çift sarmallı doğrusal (lineer) kromozomlar varken, bakteride genellikle tek bir halka şeklinde DNA bulunur.
Haploiddir: Tek kopyadır. Yani bir gen bozulursa, yedeği yoktur; mutasyon hemen etkisini gösterir.
Histon İçermez: DNA çıplaktır (Arkeler hariç).
5.2.2. Plazmidler (Ekstra Kromozomal DNA)
Bakterinin yaşaması için zorunlu olmayan, ancak ona "süper güçler" kazandıran küçük DNA halkalarıdır.
R Plazmidleri (Resistance): Antibiyotik direnç genlerini taşır.
Virülans Plazmidleri: Toksin üretim genlerini taşır.
F Plazmidleri (Fertilite): Bakterinin başka bakteriye gen aktarmasını (seks pilusu oluşturmasını) sağlar.
5.3. GENETİK BİLGİNİN AKIŞI (SANTRAL DOGMA)
Bakterilerde bilgi akışı şu sırayla gerçekleşir: DNA $\rightarrow$ RNA $\rightarrow$ Protein.
Replikasyon (DNA $\rightarrow$ DNA): Bakteri bölünmeden önce DNA'sını kopyalar. "Yarı korunumlu" (Semi-konservatif) bir süreçtir. Yani yeni oluşan DNA'nın bir ipliği eski, bir ipliği yenidir.
Transkripsiyon (DNA $\rightarrow$ mRNA): DNA'daki bilginin mesajcı RNA'ya yazılmasıdır.
Translasyon (mRNA $\rightarrow$ Protein): Ribozomlarda mRNA şifresinin okunup proteine çevrilmesidir.
Önemli Not: Bakterilerde çekirdek zarı olmadığı için Transkripsiyon ve Translasyon aynı anda sitoplazmada gerçekleşebilir. İnsanda bu mümkün değildir.
5.4. MUTASYON (GENETİK DEĞİŞİM)
DNA diziliminde meydana gelen kalıcı değişikliklerdir. Bakteriler çok hızlı çoğaldıkları için (Örn: E. coli 20 dakikada bir), mutasyonların görülme sıklığı insanlara göre çok daha yüksektir.
5.4.1. Mutasyon Tipleri
Nokta Mutasyonu: Tek bir bazın değişmesidir (Örn: Adenin yerine Guanin gelmesi).
Sessiz Mutasyon: Gen değişir ama üretilen protein değişmez (Etkisiz).
Yanlış Anlamlı (Missense): Farklı bir amino asit kodlanır, proteinin işlevi bozulabilir veya değişebilir.
Anlamsız (Nonsense): Erken bir "DUR" kodonu oluşur, protein yarım kalır (Genellikle ölümcül).
Çerçeve Kayması (Frameshift): Araya baz eklenmesi veya silinmesidir. Tüm okuma çerçevesi kayar, tamamen yanlış bir protein üretilir.
5.4.2. Mutajenler
Mutasyon hızını artıran etkenlerdir:
Fiziksel: UV ışınları (Timin dimerleri oluşturur), Radyasyon.
Kimyasal: Bazı antibiyotikler, nitritler, sigara dumanı.
5.5. GEN AKTARIM MEKANİZMALARI (REKOMBİNASYON)
Tıbbi mikrobiyolojinin en hayati konusudur. Bakteriler eşeysiz ürerler ama birbirlerine gen aktararak çeşitlilik sağlarlar. Bir bakteri direnç kazandığında bunu diğerine nasıl aktarır?
5.5.1. Transformasyon (Çıplak DNA Alımı)
Ortamda bulunan (genellikle ölmüş ve parçalanmış başka bir bakteriden kalan) serbest DNA parçalarının, canlı bir bakteri tarafından emilerek kendi genomuna katılmasıdır.
Örnek: Kapsülsüz pnömokokların, ortamdaki ölü kapsüllü pnömokok DNA'sını alıp kapsül üretmeye başlaması (Griffith Deneyi).
5.5.2. Transdüksiyon (Virüs Aracılı Aktarım)
Bir Bakteriyofajın (bakteri yiyen virüs), bir bakteriden aldığı DNA parçasını yanlışlıkla başka bir bakteriye taşımasıdır. Virüs burada "hatalı kurye" görevi görür.
5.5.3. Konjugasyon (Bakteriyel Çiftleşme)
İki canlı bakteri arasında fiziksel temas ile gen aktarımıdır.
Verici bakteri (F+), Seks Pilusu uzatarak alıcı bakteriyi (F-) yakalar.
Aralarında bir köprü kurulur.
Plazmid DNA'sı kopyalanarak diğer bakteriye gönderilir.
Sonuç: Antibiyotik direnci hastane ortamında en hızlı bu yolla yayılır.
5.6. GENETİK MÜHENDİSLİĞİ VE BİYOTEKNOLOJİ
Mikrobiyal genetiğin insanlık yararına kullanılmasıdır.
5.6.1. Rekombinant DNA Teknolojisi
Bir canlının geninin kesilip, bir vektör (genellikle bakteri plazmidi) aracılığıyla başka bir canlıya aktarılmasıdır.
Örnek: İnsan insülin geni bakteriye aktarılır. Bakteri, sanki kendi proteiniymiş gibi insan insülini üretir. Diyabet hastalarının kullandığı insülin böyle üretilir.
5.6.2. PCR (Polimeraz Zincir Reaksiyonu)
Senin de laboratuvarda sıkça duyduğun veya uyguladığın yöntemdir. DNA'nın belirli bir bölgesinin tüp içerisinde milyonlarca kez kopyalanmasıdır.
Kullanımı: Enfeksiyon etkenini (Örn: COVID-19, Tüberküloz) kültürde üretmeyi beklemeden, doğrudan genetik materyalini tespit ederek saatler içinde tanı koymak.
TEKNİKER NOTU: NEDEN ÖNEMLİ?
Berkay, bu bölümün senin mesleğindeki karşılığı şudur:
Patoloji veya mikrobiyoloji laboratuvarında bir tümör dokusunda HPV virüsü ararken veya bir hastanın kanında Hepatit B virüs yükünü (Viral Yük) ölçerken aslında Mikrobiyal Genetik prensiplerini (PCR, Hibridizasyon) kullanıyoruz.
Hastanede "Dirençli Bakteri Salgını" olduğunda, bunun sebebinin bakterilerin Konjugasyon ile birbirine direnç plazmidi dağıtması olduğunu bilmek, enfeksiyon kontrol önlemlerini anlamanı sağlar.