[Ecrin]

Sıcaklığa Göre Mikroorganizma Sınıfları:

l. Psikrofilik mikroorganizmalar.
Optimal ısı 15 °C veya altı; minimum 20 °C veya altı ve minimum 0 °C veya altındadır. Clamydomonas nivalis, psikırofiliklere örnek olarak verilebilir. Bu bir algdir ve parlak kırmızı renkli sporlar oluşturur. Kar üzerinde kırmızı renkli bölgelerde bu alg bulunur. Bu alg genel olarak yazın başında veya ortasında erimeye başlayan karlı bölgelerde görülür. Güneşli, kuru alanlarda da oldukça yaygındır. Soğuğa karşı toleranslı mikroorganizmalar 0 °C gelişebilir fakat optimum ısıları 20-40 °C dir. Topraktan, sudan ve buzdolabında saklanan süt ürünlerinden sirkeden, sebzelerden ve meyvelerden izole edilebilir.

Psikrofillerin Molekül Adaptasyonu:
Enzimleri soğukta aktiftir. Soğukta aktif olan enzimler fazlaca alfa-helix yapısı ve az miktarda da beta-sheet (tabakalı) sekonder yapı vardır. Beta (Sheet) sekonder yapı daha sert bir yapı oluşturur alfa-heliks yapısı ise soğukta bu enzimlere daha esnek yapı özelliği verir. Soğukta aktif olan enzimler daha fazla polar ve daha az hidrofobik aminoasit içerirler. Bu da proteini esnek yapar ve böylece daha kolay bükülebilir şekle girebilir.

Aktif taşıma bunlarda düşük ısılarda olur. Sitoplazmik membranlarda doymamış yağ asitleri miktarı daha fazladır. Bu yapı sayesinde membran düşük ısılarda bile sıvıdır. Doymuş yağ asitleri olsa idi membran soğukta yapışkan yapıda olacak ve fonksiyon görmeyecekti. Bazı psikrofiliklerde doymamış yağ asitleri ve katmerli çift bağlardan oluşan uzun zincirli hidrokarbonları vardır. Antartik bakterilerden dokuz çift bağlı hidrokarbon yapısı sitoplazmik membranda görülmüştür.

Donma:
Donma mikroorganizmaların gelişmesini önlemesine rağmen mikroorganizmaların ölümüne her zaman sebep olmaz. Suyla karıştırılabilen sıvılar ( gliserol ve dimethylsulfoxde; DMSO) %10 oranında mikroorganizma bulunan ortama konduğunda bunlar bakteri içine geçer ve dehidrasyonun şiddetini azaltarak onları korur. Bu maddeler koruyucu (cryoptotectants) olarak adlandırılır. Bu yöntemle mikroorganizmalar. -70 °C ile -190 °C de uzun yıllar korunur.

Yüksek sıcaklıklarda mikroorganizmaların gelişimi:
Optimal ısıları 45 °C üstünde olan organizmalara termofılik mikroorganizmalar denir. 80 °C olanlara ise hipertermofiller denir. Kaplıcalarda suların ısısı 100 °C ye yakındır. Volkanik duman püskürten küçük deliklerde bu ısı 150 °C - 500 °C dedir. Okyanusun derinliklerindeki hidrotermal deliklerde ısı 350 °C den daha fazladır. Bu alanlar Amerika, Yeni Zelanda, Japonya, İtalya, Endonezya ve Orta Afrika'da yaygındır. Dünyada en büyük ve yoğun sıcak su kaplıcası Yellowstone National Park Wyoming'de dir (92-93 °C). Buradaki mikroorganizmaların generasyon süresi bir saat gibi kısadır. Yani bunlar hızlıca bölünürler.

Canlıları gelişme ısılarına göre karşılaştırdığımızda aşağıdaki bulgular saptanmıştır.
1) Prokaryotlar ökaryotlara göre daha yüksek ısılarda yaşamaktadır.
2) En termofılik olan mikroorganizmalar Arkeobakterilerin bazı türleridir.
3) Nonfototrofılik organizmaların fototrofık formlara göre daha fazla yüksek ısılarda yaşadığı saptanmıştır.

Termofilinin moleküller adaptasyonu:
Enzimleri ve proteinleri yüksek ısılarda fonksiyoneldir. Bu da amino asit sırasındaki farklılıktan kaynaklanmaktadır. Enzimin bir veya bir kaç bölgesinde kritik amino asitler bulunması ile farklı bir şekilde katlanma olur ve bu da ısıya dayanabilme (ısı stabilitesi) özelliği enzime kazandırır. Ayrıca artmış sayıda tuz köprüleri (salt bridges ) çeşitli amino asitlerin pozitif ve negatif yükleri arasındaki iyonik bağlar ve proteinlerin hidrofobik iç kısımları yoğun olarak paketlenir. Bunlarda sulu ortamlarda genelde katlanmış olan yapının açılmasına direnir. Ayrıca membranda doymuş yağ asitleri yardır. Böylece membran yüksek ısıda stabil ve fonksiyoneldir. Doymuş yağ asitleri daha kuvvetli hidrofobik ortam oluşturur. Hiper termofılik olan Arkeobakterilerde membrandaki lipid de C40 hidrokarbonları vardır ve bunlarda gliserol ile eter bağı yaparlar. Bu membranların yapısı lipit monolayerdir (tek tabakalı lipit). Bu ısıya karşı daha dayanıklıdır.

Termofiliğin Biyoteknoloji Konuları:
Termofılik olan Thermus aquaticus'dan elde edilen Taq polimeraz (DNA polimeraz enzimi ) ısıya dayanıklı olduğundan polimeraz zincir reaksiyonunda ( Pcr) kullanılır.

Özet:
45 °C ile 80 °C de gelişenler termofılik olarak, 80 °C nin üstündekiler hiper termofılik olarak adlandırılır. Bunlar kaynayan sıcak sularda, denizin dibindeki hidrotermal deliklerde yaşarlar. Bunlar da ısıya dayanıklı makromoleküller vardır. Mezofıller optimum üreme sıcaklığı 25°C-45°C dir. Doğadaki mikroorganizmaların çoğu mezofiliktir..
Böylece mikroorganizmalar ısıya göre ,
1) Psikrofilik
2) Termofılik
3) Hiper termofılik
4) Mezofılik olmak üzere dört gruba ayrılır.

c. Ortam reaksiyonunun (pH) etkisi
Düşük pH'da yaşayanlar asidofılikler olarak adlandırılır. Thiobacillus sulfide ve Thermoplazma örnek olarak verilebilir. Thiobacillus ferroxidans ve Sulfolobus sulfide (H2S) mineralini okside ederler ve sülfürik asit üretirler. Asidofiliklerde pH nötüre yaklaşınca sitoplazmik membran çözülür ve hücre erir. En asidofilik prokaryot Picrophilus oshimae dir. 60 °C gelişen termofılik bir bakteridir ve pH 0.7 gelişir. pH 10-11 arasında gelişenler ise alkalofiliklerdir. Soda, göllerde ve yüksek karbonatlı alanlarda bulunurlar. Çoğu Bacillus türüne aittir. Aşırı alkalofikler hem de halofıliktir. Bazı alkalofılikler hidrolitik enzimler, lipazlar üretirler ve ev deterjanlarında kullanılırlar. Alkalofılik Basilluslarda Na+ yükü (gradienti) taşıma ve hareket için enerji üretir (Aslında bunu proton motif kuvvetle diğer bakterilerde yapar). Fakat bu bakterilerde proton motif güç ATP sentezinin sonunda yapılır. Bu bakterilerde iç pH ise nötraldir. Dış pH asidiktir. Hücre içinde makromoleküller ancak nötral pH'da aktiftir. Asit pH'da yapı bozulur. Nötrofılik organizmalar ise pH 6-8 de yaşarlar.

Tampon (Buffer);
Mikroorganizmalar besiyerinde üredikleri zaman metabolik reaksiyonları sonucunda asitik veya bazik ürünler oluştururlar. Tamponlar besiyerinde olabilecek pH değişimlerini önlemek amacı ile besiyerine ilave edilirler ve pH sabit kalır. Böyle pH tamponları genellikle çok dar pH oranlarında çalışırlar. Bu sebepten farklı pH değerlerinde farklı tampon kullanılmalıdır. Nötral pH’ ta KH2PO4.

Mikrobiyal Gelişme Üzerine Ozmotik Etkiler:
Mikroorganizmaların gelişmesini etkileyen diğer önemli faktör ise su ve su mevcudiyetidir. Su mevcudiyeti çevrede bulunan suyun ve su da çözünmüş olan şeker, tuz gibi erir maddelerin konsantrasyonuna da bağlıdır. Çünkü bu erir maddelerin suya karşı ilgileri fazladır. Su bunlarla birleştiğinden ortamda mikroorganizmanın faydalanacağı su kalmaz.

d. Nemin Etkisi:

[Ecrin]

Su aktivitesi:
Bir maddedeki susun nispi mevcudiyetinin ifadesidir. Saf suyun aktivitesi l'dir. Mikroorganizmalar için mevcut olan suyun miktarı ortama şeker ve tuz katıldığında azalır. Yani su aktivitesi gıdanın yüzeyinde mikroorganizmanın kullanabileceği sudur. Bağıl nem ortamın nemidir. 1-100 oranında değişir su aktivitesi ise 0-1 oranında değişir. Su aktivitesi osmo'tik basınçla ters orantılıdır. Eğer ortam yüksek osmotik basınca sahipse ortamın su aktivitesi düşüktür. Mikroorganizmalar düşük su aktiviteli ortamda ancak içlerindeki erir madde konsantrasyonunu arttırarak yani içlerini daha hipertonik yaparak dışarıdan su çekerler. Bu amaçla bakteriler kolin, prolin, glutamik asit ve diğer amino asitleri ya dışarıdan taşır ya da kendisi sentezler. Mantarlar ve algler ise arabitol, gliserol, mannitol gibi poli alkolleri veya sukroz biriktirerek dışarıdan su çekerler. Poli alkoller ve amino asitler hücreye zarar vermezler. Halofilik bakterilerde K+ ve glycine betaine bu rolü görür. Aşırı halofilik bakteride ise ectoine'.dir. Bunlara compatible solute denir(iç yoğunluğu artıran erir madde)

e. Osmotik Basıncın Etkisi
Su, su konsantrasyonu çok olan yerden (düşük erir maddeli) daha az konsantrasyonu olan bölgeye gider ( fazla erir madde konsantrasyonlu) bu olaya osmosis denir.

Halofiller:
Tuzlu ortamlarda yaşayan bakterilerdir. Tuzsuz ortamlarda gelişemezler. Az derecede halofıllikler (%l-6 NaCl), orta derecede halofılikler (%6-15 NaCl) ve aşın halofılikler( %15-30 NaCl) olmak üzere üç gruba ayrılırlar. Tuza toleranslı olan mikroorganizmalar ise hem tuzlu ortamda hem de tuzsuz ortamda gelişebilen mikroorganizmalardır. Yüksek şeker içeren ortamlarda gelişenler ise “osmofiller”olarak adlandırılır. Kuru ortamlarda gelişenler ise kserofiller dir.

Özet:
Bakterinin gelişeceği ortamdaki erir madde oranı arttıkça ortamdaki su oranı azalır (reçeller, turşular gibi). Mikroorganizmalar içlerinde compatible maddeler sentezleyerek iç yoğunluklarını dışarı ortamlardan daha yoğun yaparlar ve bu durumlarda da dışarıdan su çekebilirler. Bazı mikroorganizmalar düşük su potansiyellerinde bazıları ise yüksek oranda tuz içeren ortamlarda gelişirler.

Moleküler Oksijenin Etkisi
Mikroorganizmalar O2 ihtiyaçlarına göre aşağıdaki gibi gruplandırılırlar;
l. Aeroblar: %21 0ksijen'de gelişirler ve çoğu daha fazla O2 ortamlarda ( hyperbarik oksijende) gelişirler.
2. Mikroaerofilikler: %17 O2 de gelişenler. Oksijen miktarı havadakinden daha az Olduğunda gelişirler. Oksijenle yapısı bozulan enzimlere sahiptirler.
3. Fakültatifler: Hem aerobik hem de anaerobik koşullar altında gelişenler.
4. Anaeroblar: Son elektron alıcı olarak O2’ yi kullanacak solunum sistemi olmayanlar anaerobik organizmalardır.fakat iki tip anaerobik organizma.vardır.
1)Aerotolerant anaeroblar: O2'nin varlığında gelişebilenler ve O2'ye toleranslı olanlar.
2)Zorunlu anaeroblar: O2 ile öldürülenler.

Zorunlu anaeroblar oksijen metabolizmasının bazı ürünlerini detoksifiye edemediklerinden ölürler. Oksijen indirgendiğinde hidrojen peroksit (H2O2), superoksit (O2-) ve hidroksil radikalleri (OH-) oluşturulur. Zorunlu anaeroblarda flavin enzimleri vardır. Bu da O2 ile kendiliğinden reaksiyona girerek bu toksik ürünleri üretir. Aeroblarda bu toksik oksijen ürünlerini ortadan kaldıracak enzim sistemleri vardır.

Mikrobiyal kültür ve oksijenin etkisi:
Çoğu aerobların gelişmesi için yoğun havalandırma şarttır. Çünkü oksijen suda çok az çözülür ve organizma tarafından kullanılan oksijen yeniden ortama difüzyonla hızlıca geçemez. Bu sebepten havalandırma şarttır. Anaerobik kültür için ortamdan oksijen çıkartılmalıdır.

Anaerobik ortam oluşturmak için:
1) Besiyeri tüpün ağzına kadar doldurulur ve sıkıca kapakla kapatılır. Tüpün içindeki az miktardaki oksijen, oksijene karşı toleranslı olabilen anaerobları etkilemez.
2) Besiyerinin içine Na-thioglycolate gibi indirgenme ajanı konur. Tüpün ağzı kapatılır. Bu da besiyerindeki O2 ile temasa geçerek H2O oluşturur. Zorunlu anaeroblar böylece tüpün dibinde ürerler. O2 buraya geçemez. Ortama redoks indikatör boyası olarak resazurin ilave edilir. Bu ortamda O2 varlığında renk değiştirir. Böyle tüpte zorunlu aeroblar en üstte. Çünkü buraya oksijen havadan geçebilir. Fakültatifler tübün her tarafında ürer. Mikroaerofılikler hemen yüzeyin altında ürerler.
3) Ortamdaki O2'nin hepsini çıkartmak için anaerobik kavanoz gerekir. Bu kavanozun kapağı gaz geçirmeyecek şekilde kapatılır. Kapağında pallidium pelleti (kristali) vardır. Kavanozun içine bir gaz üreticisi paketi konur. Bu kesildiğinde H2 ve CO2 üretir. H2 ile ortamdaki O2 birleşerek su oluşur. Ortam böylece anaerobik olur.

Oksijenin toksik formları:

Oksijen kuvvetli oksidanttır ve solunum için harika bir elektron kabul edicisidir. Tek oksijen (singlet oksijen) yüksek enerjili oksijen formudur. Çekirdeğini kuşatan dış kabuk elektronları oldukça reaktifdir ve kendiliğinden olan ve arzu edilmeyen oksidasyonlar hücrede olabilir. Tek oksijen fotokimyasal ve biyokimyasal olarak üretilir. Biyokimyasal olarak peroksidaz enzimleri ile olur. Fototrofik mikroorganizmalardaki karotenoidler sayesinde oksijenin bu toksik formu nontoksik forma dönüştürülür. Havadaki mikroorganizmalarda da bu olur. Oksijenin diğer toksik formları süperokside formu (O2-) (superoksit dismutaz (SOD), hidrojen peroksid (H2O2) ve hidroksil radikalleridir (OH'). Bunlar O2'nin H2O indirgemesi sırasında kendiliğinden yan ürün olarak oluşur.
Flavoproteinler, kinonlar, thioller ve demir sülfür proteinleri O2'nin O2- indirgemesine sebep olabilirler. Superoksit oldukça reaktiftir ve hücredeki organik bileşenleri, makromolekülleri okside ederler. H2O2 gibi peroksitler hücre komponentlerine zarar verebilir. Fakat diğerleri kadar zararlı değildir. OH- radikalleride hücrenin organik maddelerini okside ederler. Bunların zararlı etkileri superoksit dismutaz, katalaz ve peroksidaz enzimi ile ortadan kaldırılır. Aeroblarda ve fakültatif aeroblarda, süperokside dismutaz ve katalaz enzimi vardır. Zonrunlu anaeroblarda bu enzimler yoktur. Bu yüzden oksijen toksiktir.

Özet:
Aeroblar yaşamak için oksijene ihtiyaç duyarlar. Buna rağmen anaeroblarda oksijen öldürücü etki yapar. Oksijenin toksik formları hücrede oluşturulabilir fakat hücrede mevcut olan enzimler bunları nötralize eder.