BAKTERİLERİN BİYOTEKNOLOJİDE KULLANIM ALANLARI

hayatbilimdenibaret
20 Nis 2021
5 dakikada okunur

Biyoteknoloji Nedir?

Biyoteknoloji; hücre ve doku biyolojisi kültürü, moleküler biyoloji, mikrobiyoloji, genetik, fizyoloji ve biyokimya gibi doğa bilimlerinin yanı sıra makine mühendisliği, elektrik-elektronik mühendisliği ve bilgisayar mühendisliği gibi mühendislik dallarından yararlanarak, DNA teknolojisiyle bitki, hayvan ve mikroorganizmaları geliştirmek, doğal olarak var olmayan veya ihtiyacımız kadar üretilemeyen yeni ve az bulunan maddeleri (ürünleri) elde etmek için kullanılan teknolojilerin tümüdür.

Biyoteknoloji, insan, hayvan ve bitki hücrelerinin fonksiyonlarını anlamak ve değiştirmek amacıyla uygulanan çeşitli teknikleri ve işlemleri tanımlamak için kullanılan bir terimdir. Canlıların iyileştirilmesi ya da endüstriyel kullanımına yönelik ürünler geliştirilmesini, modern teknolojinin doğa bilimlerine uygulanmasını kapsar.

Uygulamalar arasında;

İnsan sağlığına yönelik olarak proteinlerin üretilmesi
Bazı hormon, antikor, vitamin ve antibiyotik üretilmesi
Çok zor şartlara sahip çevrelerde (sıcak, kurak,tuzlu...) yaşayan organizmaların enzimlerini ve biyomoleküllerini saflaştırarak bunların sanayide kullanılması
Yeni sebze ve meyve üretimi
İnsandaki zararlı genlerin elemine edilmesi
Aşı, pestisit, tıbbi bitki üretimi
İnsanın zarar görmüş veya işlevini kaybetmiş organ ve dokularının değiştirilmesi için yapay organ ve doku üretimi

Bakteri Nedir?

Bakteriler, farklı ortamlarda üreyebilen mikroskobik, tek hücreli canlılardır. Bu organizmalar toprakta, okyanusta ve insan bağırsağında yaşayabilirler. Bakterilerin insanlarla olan ilişkisi karmaşıktır. Bazen sütü yoğurt yapmak veya sindirimi kolaylaştırmak gibi konularda bizlere yardım ederler. Bunlar haricinde, bakteriler yıkıcıdır, zatürreye ve metisiline (bir çeşit antibiyotik) dirençli Stafilokok aureus gibi hastalıklara neden olurlar.

Bakterilerin Yapısı

Prokaryot yapıya sahip bakteriler, bu özellikleriyle diğer mikroorganizmalardan ayrılırlar. DNA’sı ipliksi bir yapıya sahip olan nükleoidin içerisinde ya da dairesel bir yapıya sahip olan

plazmidlerin içerisinde bulunabilir. Zar kaplı bir çekirdekleri yoktur. Ayrıca bakterilerin sitoplazmasında endoplazmik retikulum, golgi aygıtı ve mitokondri bulunmaz. Bakteriyel hücreler genellikle iki koruyucu katmana sahiptir; hücre duvarı ve hücre zarı. Mikoplazmalar gibi bazı bakterilerin hücre duvarı yoktur. Bazı bakteriler kapsül adı verilen üçüncü bir katmana bile sahip olabilir. Dış yüzeylerinde kamçı benzeri uzantılar bulunur. Bu uzantılar bakterilerin hareket etmesini ve bir konakçıya bağlanmasını sağlar.

Bakteri Sınıflandırması

Bakteriler hücre duvarının yapısı, şekli ve genetik yapılarındaki farklılıklara göre

sınıflandırılır. Hans Christian Gram 1884’te bakterileri hücre duvarlarının yapılarına göre ayırt edebilmek için bir yöntem keşfetmiş.

İsmini kaşifinden alan Gram boyama testi, pozitif bakterileri veya hücre duvarı olmayan bakterileri boyar. Negatif bakteriler ise boyanmazlar. Örneğin, zatürreye sebep olan pnömokok pozitif bir bakteridir. Fakat koleraya neden olan Escherichiacoli negatif bir bakteridir.

Bakterilerin Şekilleri

a.Çubuk şeklinde olanlar:Tek tek veya birbirlerine yapışmışlardır. Tifo tüberküloz ve şarbon hastalığı bakterileri bu şekildedir.

b.Yuvarlak bakteriler: Genellikle kamçısızdırlar. Zatürre ve bel soğukluğu bakterileri bunlara Örnektir.

c.Spiralbakteriler:Kıvrımlı bakterilerdir. Frengi bakterileri ve dişlerde yerleşen Spiroketler

bunlara Örnektir.

d.Virgül şeklinde bakteriler: Virgül biçiminde tek kıvrımlıdırlar. Kolera bakterisi gibi.

Bakterilerin Beslenmeleri

Bazı bakteriler ototrof olup fotosentez veya kemosentez yaparlar. Çoğunluğu ise heterotrof olup saprofit veya arazit yaşarlar.

a) Saprotif bakteriler:Bakterilerin çoğunluğunu oluşturur. Besinlerini bulundukları ortamlardan hazır sıvılar olarak alırlar. Nemli ıslak ve çürükler üzerinde yaşarlar.

b) Parazit bakteriler:Besinlerini cansız ortamdan değil de üzerinde yaşadıkları canlılardan temin ederler. Çünkü sindirim enzimleri yoktur.

c) Fotosentetif bakteriler:Sitoplazmalarında serbest klorofil taşırlar. Fotosentezlerinde elektron kaynağı olarak H2O yerine H2S ve H2 kullanırlar.

d) Kemosentetik bakteriler:Bazı inorganik maddeleri oksitleyerek onları zararsız hale getirirler. Oluşan maddeler ise bitkilerce mineral tuzlar olarak kullanılır. Bu oksitleme sonucunda açığa kimyasal enerji çıkar.

Bakterilerin Solunumları:

ANAEROB BAKTERİLER: Bakteriler organik besinleri parçalayarak enerjilerini elde ederken genellikle oksijen kullanmazlar. Bunlar havasız yerlerde de yaşayarak çoğalırlar

(Konservelerde olduğu gibi) Bunlardan bazıları oksijenin olduğu yerde hiç gelişemezler. Örnek: Clastrodium tetani (Tetanos bakterisi)

AEROB BAKTERİLER:Bazı bakteri grupları (Escherichia coli Zatürree ve Yoğurt Bakterisi gibi) ancak oksijenli ortamda yaşayabilir. Bunlarda mitokondri olmadığı için solunum hücre zarının iç kısmındaki kıvrımlarda (mezozom) gerçekleştirilir.

Örnek: Azot Bakterileri.

GEÇİCİ AEROB VEYA GEÇİCİ ANAEROB BAKTERİLER:Asıl solunumları oksijensiz olduğu halde kısa süre için aerob olanlara “Geçici Aerob” denir. Normal solunum şekli aerob olanlar ise havasız kalınca fermantasyona başvururlar. Bunlara “Geçici Anaerob” denir.

Bakterilerin Üremeleri:

a)Bölünerek Çoğalma: Bütün bakteri türlerinin esas üreme şekli bölünmedir. Bölünme eşeysiz üreme biçimidir. Su besin maddesi ve sıcaklığın uygun olduğu ortamlarda çok hızlı bölünürler.

b) Sporlanma: Bazı bakteri türleri yaşadıkları ortam şartları bozulunca endospor oluşturarak kötü şartları bozulunca endospor oluşturarak kötü şartları geçirirler. Endosporlar katılım materyalinin çok az bir sitoplazmayla beraber çevrilmiş halidir. Ortam şartları normale dönünce çeper çatlar endospr gelişerek normal bakteriyi meydana getirir.

c) Eşeyli Üreme (Konjugasyon): Konjugasyon(kavuşma) esnasında DNA yapısı farklı iki bakteri yan yana gelerek aralarında geçici bir zardan köprü oluştururlar. Bu köprü aracılığı ile DNA parçalarını değiştirerler. Sonra ayrılarak bölünmelerine devam ederler. Dikkat edilirse çok hücreli canlılarda görülen eşeyli üremeden çok farklı bir eşeyli üreme oluşmaktadır.

Bakterilerin Boyanmaları:

Danimarkalı Bakteriyolog Gram tarafından geliştirilen boyalarla boyanan bakterilere Gram (+) boyanmayanlara ise Gram (-) bakteriler denir.

Bakterilerin Canlılığın Devamı İçin Önemi

Canlılar aleminin en fazla birey sayısına sahip canlıları bakterilerdir. Bakterilerin canlılığa en önemli katkısı hiç şüphesiz madde döngüsüne katılması ile olmaktadır. Yaşamın devam için gerekli olan bir çok faaliyet bakteriler tarafından gerçekleştirilmektedir.

Madde döngüsüne katkıda bulunan bakterilerden örnek vermek gerekirse;

Bazı bakteriler azot ve karbondioksidin organik bileşiklerin yapısına katılmasını sağlar.
Bazı bakteriler ise fotosentez yaparak atmosfere oksijen gazı salar.
Bazı bakteriler ise organik atıkların inorganik bileşenlere ayrıştırır ve toprağın hem kirleticilerden arınmasına hemde zenginleşmesine katkı sağlar.

Yukarıdaki üç örnekten de görüleceği üzere bakterilerin madde döngüsünde yer almaları canlılık için hayati bir öneme sahiptir.

Bakterilerin İnsan Sağlığına Etkileri

Bakteriler insan sağlığı açısından da hayati bir öneme sahiptir. Zararlı atıkların yok edilmesi, yediğimiz besinlerin yetiştirilmesi, tıp alanında çok geniş bir şekilde kullanılması sadece bir kaç örnektir.

Organik ve inorganik bileşikleri parçalama özelliğine sahip enzimleri bulunan bakteriler, hem doğal hemde sentetik atıkları yok etmede, işlemede ve değerlendirme de kullanılır. Yine bakteriler tarım alanında zararlılarla mücadelede kullanılır.

Bazı otobur canlıların sindirim sisteminde yararlı bakteriler yaşar. Bu bakteriler selülozun sindirimine yardımcı olurlar.

Yine insanlar B ve K vitaminleri kalın bağırsaklardaki yararlı bakteriler tarafından üretilir.

İnsan beslenmesinde çok önemli yere sahip olan yoğurt, peynir, sirke ve turşunun mayalanmasında yararlı bakterilerden faydalanılır.

Bakterilerin Biyoteknolojide Kullanım Alanları

Günümüz biyoteknolojisinde bakterilerin kullanımları gittikçe artmaktadır. Bakteriler günümüzde antikanserojen gen tedavisinde dahi kullanılmaktadır.

Bakterilerin ve biyoteknolojinin en önemli kesişim noktası şüphesiz ki kanser tedavisidir. Bakterilerin bir kısmı vücut dışında etkisiz bir şekilde yaşarlarken vücudumuz da kanserli hücreleri yok etmekte kullanılırlar. Son dönemde özellikle nörolojik kanserlerde sıklıkla kullanılmaktadır.

19. yy’dan itibaren kansere karşı bakterilerin kullanımı yaygınlaşmaya başlamıştır.

Bakterilerin ayrıca çürükçül olanları çöplerin parçalanmasında, doğanın temizlenmesinde kullanılmaktadır. Özellikle petrol artıklarını ve haşerelerin yok edilmesinde bakterilerin kullanılması günümüzde çok yaygındır.

Biyoteknolojinin gelişmesiyle beraber kimya, biyoloji ve genetik alanlarında sıklıkla bakteriler kullanılmaktadır, bakterinin genlerinde yapılan değişmeler sayesinde ileri de daha önemli alanlarda kullanılacağına hiç şüphe yoktur.

Biyokteknoloji açısından baktığımızda özellikle hızlı çoğalmaları nedeniyle gen naklinde kullanılırlar.

Kanser tedavisinde ve kozmetik alanında kullanılan bazı ilaçların daha ucuza, saf ve fazla miktarda üretilmesi için kullanılır.

İnsülin gibi bazı hormonların, büyüme faktörlerinin, antibiyotiklerin, aşı ve serumların ucuz ve çok miktarda üretilmesi için kullanılır.

Botulinum toksini en güçlü nörotoksindir ve bunu da bir bakteri üretir. Çok güçlü bir zehirdir ve sinir ile kas arasındaki iletişimi durdurur. Ancak botulinum toksini; yüzdeki kırışıklıkların önlenmesinde, şaşılık, migren ve aşırı terlemenin tedavisinde kullanılmaktadır (botoks tekniği).

Bazı bakteriler genetik silah olarak da kullanılmaktadır. Tüberküloz, tetanos, ülser, menenjit gibi hastalıklara neden olan bakterilerin genleri değiştirilerek silah olarak kullanılmaktadır.

Bakterilerin oluşumunu sağladığı yiyecekler de bulunuyor. Özellikle gıda sanayisinde mayalanma özelliklerinde faydalanılır. Peynir, yoğurt, turşu, sirke gibi gıda maddelerinin mayalanıp üretilmesini sağlar.

Kaynakça: