Bakteriyel Genetik ve Genetik Tabanlı Testler

Bakterilerde DNA ve RNA

Tüm hücrelerin kromozomları, gen adı verilen temel bilgi paketlerine ayrılır. Gen, bir protein veya RNA molekülü yapmak için gerekli kodu içeren belirli bir DNA segmentidir. DNA, çift sarmal yapıda deoksiriboz, fosfat ve azotlu bazlardan oluşan çok uzun bir moleküldür. DNA, nükleotid adı verilen yapıtaşlarının çift sarmal halde, deoksiriboz şekeri, iki pürin (adenin, A ve guanin, G) ve iki pirimidin (timin, T ve sitozin, C) bazları ile bu yapıları birbirine ester bağlarıyla bağlayan fosfat moleküllerinden meydana gelir.

Bakteri bölünmeye başlamadan önce yeterli düzeyde genetik materyali kopyalaması gerekir. Yeni DNA, her iki DNA iplikçiğinin şablon olarak kullanılması sonucunda semikonservatif olarak sentezlenir. Çift iplikçik açıldıkça sentez gerçekleşir ve bu işlem iki yönlü olarak devam eder. Öncü iplikçik sürekli olarak 5’ -3’ yönünde kopyalanırken, diğer iplikçik (geciktirilmiş iplik) RNA primerleri kullanılarak birçok DNA parçası olarak sentezlenir. Bakteri replikasyonu süreci içerisinde kalıp DNA’dan RNA molekülü sentezlenir. Bu işlem transkripsiyon olarak adlandırılır. RNA polimerizasyonunda ilk olarak, bilginin RNA polimeraz yardımıyla ulak RNA'ya (messenger RNA; mRNA) dönüştürülmesi gerekir (transkripsiyon). mRNA formunda bulunan genetik şifrenin, protein oluşturmak üzere aminoasit dizisine dönüştürülmesi işlemine translasyon denir. Her aminoasit, kodon olarak bilinen üç baz dizisi halinde yazılır. Bu şekilde toplam 64 kodon mevcuttur.

Mutasyon

DNA'nın doğru bir şekilde replikasyonu bakteri için hayati öneme sahiptir. Ancak her ne kadar DNA tamir sistemleri olsa da, bazen dizilimde hatalar meydana gelir. DNA'daki nükleotid dizisindeki herhangi bir kalıtsal değişime mutasyon denir. Bu mutasyonların çoğu, bakteriler üzerinde zararlı etkiye sahip olup ölümcül olabilir. DNA çoğaltma işleminde, kalıcı hale gelebilecek hataları düzeltmek için bir düzeltme okuma mekanizmasına sahiptir. Mutasyonlar potansiyel olarak istenmeyen sonuçlara neden olduğu için hücre mutajenik ajan ve süreç içinde zarar görmüş DNA'yı bulmak ve onarmak için ek sistemlerini kullanır. Örneğin, hatalı bazların kaldırması ve yerine yeni iplikçiğin sentezlenmesi sonucu onarılabilir. Bu işlem nükleotid eksizyon tamiri olarak bilinir.

Ekstrakromozomal Genetik Elementler

Çoğu bakteri, kromozomlarında hayatta kalmak için gerekli olan tüm genleri taşımasına rağmen, birçok bakteri, sitoplazmada da yer alan ve konakçı kromozomundan bağımsız olarak replike olabilen plazmid olarak adlandırılan küçük ek genetik elemanlar içerir. Plazmidler dairesel, çift iplikçikli DNA molekülüne sahiptir. Plazmid bakterinin hayatta kalması için hayati öneme sahip organel değildir. Ancak genetik bilgiyi aktarma hazır hale getirme, antibiyotiklere direnç geni kodlama, bakteriyosin üretme ve diğer bakterilere karşı inhibe edici proteinleri sentezleme gibi seçici bir avantaj sağlayabilirler.

Genetik materyal olarak DNA ya da RNA ve bu genetik materyali saran protein karakterindeki kapsidden oluşmuş infeksiyöz ajanlara bakteriyofaj veya faj denir. Bakteriyofajlar bakterinin içine girerek onu parçalayan (lizis) infeksiyöz ajanlardır.

Transpozon, tek olarak bir replikondan (kromozom, plazmid veya bakteriyofaj) diğerine hareket edebilen genetik öğeler olarak tanımlanmaktadır. Bu süreç transpozisyon olarak adlandırılır. Transpozonlar bir replikasyon kaynağına sahip değildir ve sonuç olarak konakçı bakteri çoğaldıkça çoğalırlar.

Transpozonlara göre daha basit bir yapıya sahip olan ve iki ucunda tersine tekrarlanan dizileri bulunan elementlere de insersiyon sekansları veya IS - elementleri denir. İnsersiyon sekansları transpozaz kodlayan gen bölgeleri taşıdığı gibi, gen aktivasyonu veya genin foknsiyonunu bozma ve transkripsiyonu engelleme gibi değişikliklere neden olabilirler.

Genetik Tabanlı Testler

Özellikle insanlara ve diğer sağlıklı hayvanları tehdit eden bazı hastalıklara karşı kontrol önlemlerinin başlatılabilmesi için mümkün olduğunca çabuk tanı konması gerekir. Bazı mikroorganizmaların genetik karakterlerinin ortaya konmasında, bakterilerin hastalık oluşturma yeteneklerinin (patojenite) ve virülens faktörlerinin araştırılmasında, kültür edilemeyen veya kültür süresi uzun olan bakterilerin (örneğin; Mycobacterium, Rickettsia, Leptospira vb.) teşhisinde ve antibiyotik dirençliliklerinin belirlenmesinde genetik tabanlı testlerden faydalanılmaktadır. Ayrıca yeni bakterilerin ortaya çıkışı, klasik kültür tekniklerinin sürekli güncellenmesini gerektirmektedir. Saptanan patojenlerin neredeyse % 60'ından fazlası zoonotik özelliğe sahiptir.

Veteriner hekimlikteki patojenlerin karakterizasyonu, salgın bir hastalığın epidemiyolojik araştırmalarını desteklenmesi için gereklidir. Kullanılan laboratuvar yöntemleri, salgınla ilişkili olmayan izolatları elemeli ve salgınla bağlantılı organizmaları da tanımlayabilmelidir.

Moleküler tabanlı tanı yöntemlerindeki hızlı gelişmeler, geleneksel yöntemlerin sınırlı kaldığı durumlarda yeni teşhis protokollerinin ortaya çıkmasına yol açmıştır. Moleküler tiplendirme yöntemleri, bakterilerin genomları içindeki değişiklikleri ortaya koyar ve geleneksel metotlardaki eksiklikleri giderir. Bakterilerin alt suşlarının belirlenmesine imkan sağlayan moleküler tanı yöntemleri ayrıca bakterilerin moleküler epidemiyolojisinin açıklanması ve mekanizmalarının ortaya konmasına yardımcı olur. Bu modern yaklaşımlar, DNA parmak izine dayanarak, geleneksel yöntemlerden daha güvenilir bir şekilde bakterinin tanımlamasına imkan sağlar. Bu metotlar ile diğer bakterilerin arasında bulunan bir Escherichia coli O157: H7 izolatı veya Salmonella Typhimurium’un alt türleri kolaylıkla belirlenebilir. Ayrıca metisiline dirençli Staphylococcus aureus (MRSA) 'nın DNA parmak izi kullanılarak insanlar ve hayvanlar arasındaki iletim yolları ve alt türleri tanımlanmıştır.

Moleküler tiplendirme yöntemleri genel olarak, özgün fragman uzunluğu polimorfizm (RFLP) analizi, bakteri genomunda korunmuş tekrarlayan sekansların PCR’a dayalı çoğaltılması ve tüm bakteriyel genomun DNA dizilemesi kullanımı gibi yöntemleri içermektedir. Bakterileri tiplendirmek ve antibiyotik direnci kodlayan genleri saptamak için plazmid profilleme yöntemi kullanılır.