[PySSyCaT]

Daha önceki derslerimizde bahsettiğimiz gibi, Koch ve Pasteur başta olmak üzere bilim adamları mikroorganizmaların saf kültürlerini elde ederek metabolizma işlevlerini incelemişler ve doğadaki çeşitli olaylarda rolleri bulunduğunu vurgulamışlardır.

Bir mikroorganizmanın saf şekilde elde edilebilmesi ve üretilmesi, doğadaki çevre şartlarının ve besinlerinin laboratuvarda sağlanabilmesi ile mümkündür. Ancak doğa şartlarının laboratuvarda aynen sağlanabilmesi olası değildir. Bakteri kromozomundaki genlerde doğal olarak mutasyonlar oluşabilir. Bir bakteri hücresinde bulunan plazmitler diğer bir bakteri hücresine girerek genetik değişikliğe sebep olabilir. Bazı bakterilerin laboratuvarda uzun süre kültürleri yapıldığında morfolojileri ya da antijen yapıları değişir. Bazen metobolizma değişikliği olur ve normal metabolizma işlevlerinin başka şekle dönüştüğü görülür. Antijen yapısı değişen bakteri serolojik işlemlerde ya da aşı hazırlanmasında kullanılamaz duruma gelir. Bakterinin faydalı ürün veren metabolizmasında değişme olduğunda ise, artık bu ürünü elde etmek mümkün olmaz. Laboratuvarda suşlarda* böyle değişmeler sıklıkla görüldüğünden suşların değişme olmadan muhafaza edilmesi gerekir. Benzer şekilde mutasyonlar doğada da olduğundan çeşitli yerlerden veya aynı yerden elde edilen suşlar incelendiğinde metabolizmalarında veya verimlerinde farklar olduğu görülmektedir.

*Belirli bir kaynaktan üretilerek elde edilen ve tüm özellikleri belirlenmiş olan saf bakteri topluluğudur.

Doğada canlı organizmaların bulunduğu tüm bölgeleri kapsayan biyosfer; okyanusları, kıtaların kara yüzeylerini, gölleri ve nehirleri, atmosferin aşağı kısımlarını içerir. Biyosferin her tabakasında mikroorganizmalar bulunur. Doğada fazla miktarda bulunan mikroorganizmalarda geniş bir genetik zenginlik de bulunmaktadır. Genetik farklılığı olan bazı mikrooragnizmalar yüksek verimli ürünler oluşturmaktadır. Seçilen mikroorganizmalar ile yapılan laboratuvar çalışmaları sonucunda yeni mutantlar ve genetik şifresi değişik mikroorganizmalar üretilmektedir. Bunlardan yüksek verimli ürünlerin ve faydalı maddelerin eldesi mümkündür. Besin maddelerinin fermentasyonunda, ilaç ve kimyasal maddelerin fermentasyonla elde edilmesinde, aşı yapımında, azotun bitkilere sağlanmasında, çöp ve gübreden metan gazının elde edilmesinde bu genetik zenginliğe sahip mikroorganizmalardan yararlanılmaktadır. Bu işlemlerde değerli suşlar, ekonomik değeri fazla mutantlar bulunarak kullanılmalıdır. Uygun suşun bulunması oldukça pahalı olduğundan, elde edilen suşlar kaybedilmeden korunarak muhafaza edilmelidir. Değerli suşlar temel ve uygulamalı mikrobiyoloji araştırmalarında etkin yatırımların başlıca dayanağı olmaktadır.

Kültür korumanın temel prensibi varyasyon veya mutasyona uğratmadan mikroorganizmayı saf halde ve uzun süre canlı tutmaktır. Kültür koleksiyonunun ilk işlevi gerekli kültürleri alıp antijenliği, toksijenliği, metabolizma işlevi ile genetik yapısını değişmeden koruyarak muhafaza etmek ve bunları gereken yerlere sağlamaktır. Büyük çaplı endüstriyel kalkınmayı sağlamak üzere güçlü kültürlerin üretilmesi, temel araştırmaların başlatılması, temel bilgilerin oluşturulması ve geliştirilmesi kültür koleksiyonu merkezlerinde yapılabilmektedir.

Endüstriyel mikrobiyolojide mikroorganizmaların ve enzimlerin biyokimyasal aktivitelerinden yararlanılır. Bazı bakterilerin 1 gr’ı 14000 gr laktozu 1 saatte parçalayabilir. Mikroorganizmaların çok hızlı büyüme ve üreme güçleri dolayısıyla aktiviteleri çok fazladır. Bir mikroorganizma hücresinde yüzlerce, binlerce çeşit enzim bulunduğu gösterilmiştir. Escherichia coli (E.coli)’de 2000’den fazla çeşitli enzim vardır. Her enzimin özel biyokimyasal aktivitesi bulunduğundan, endüstriyel mikrobiyoloji alanında çok geniş çalışma olanakları bulunabilmektedir.

Çeşitli metabolizma ürünleri oluşturan ve enzim sağlayan yüzlerce mikroorganizma türünden çok azı endüstriyel amaçlarla kullanılmaktadır. Çünkü ürünlerden çok azı yararlı ürünlerdir. Yararlı ürün verebilen mikroorganizma suşlarının seçilerek endüstride kullanılmaları gerekir.

Endüstride kullanılacak standart mikroorganizmaların özellikleri:

Ucuz organik maddeler kullanılarak kolay üretilmelidir.
Bol miktarda kültür sağlanmalıdır.
Ürün fazla miktarda elde edilebilmelidir.
İstenilen dönüşümlerin basit ve hızlı bir şekilde, yüksek verimle ve minimum enerji kullanılarak gerçekleşmesi gerekir.
Zaman içinde suşların salgılama özellikleri korunmalıdır.
Ürünler kolay izole edilebilmelidir.

Topraktan, sudan veya canlı varlıklardan izole edilen bir mikroorganizmanın tanımı yapılır. Bu mikroorganizma hücresinin veya ürünlerinin endüstride yararlı olduğu anlaşılırsa, mikroorganizma fermentör adı verilen büyük üretme kaplarında, hızlı ve yoğun üreme için gerekli şartlar sağlanarak üretilir. Mikroorganizma hücrelerinin, hücre içi ve hücre dışı enzimleri ve fermentasyon ürünü maddeleri elde edilerek aktivitilerinin tanımı ve tayini yapılır. Mikroorganizmaların ucuz hammaddeleri, ekonomik değeri olan organik maddelere dönüştürme yeteneği en önemli kunulardan biridir. Bu işlemlerde yüksek verimli ürünlerin elde edilmesini sağlayan gen değişimine uğramış mikroorganizma suşlarının kullanılması gerekli olmaktadır. Bu konudaki çalışmalar son yıllarda hızla önem kazanmıştır ve Gen Mühendisliği konularına girmiştir.

Mikrobiyolojik çalışmalar yapan her laboratuarda bir kültür koleksiyonu olmak zorundadır. Bu koleksiyon, laboratuvarın amacı ve işlevi, teçhizat ve ekipman ile personel durumu, koleksiyona alınacak mikroorganizmaların özellikleri, koleksiyonun hedeflenen süresi vb. gibi bir çok faktöre bağlı olarak değişik şekillerde ve kapasitelerde düzenlenir. Koleksiyonda en azından o laboratuara özgü mikroorganizmalar bulunması gerekir.

Mikrobiyolojinin gelişme sürecinde kültür korumaya yönelik daha kolay, daha pratik, daha ucuz ve en önemlisi daha etkin yöntemler gelişmiştir. Bu süreç içinde en eski çalışmanın çiçek aşısı ile yapıldığı sanılmaktadır. 1799 yılında Dr. Carro ipliklere emdirilmiş çiçek aşısını 1 yıl süre ile saklamış ve bu süre sonunda aşının etkinliğini koruduğunu görmüştür.

Gelişen bilim ve teknoloji süreci içinde kültür korumaya yönelik pek çok yöntem bugün başarı ile uygulanmaktadır. Ancak, tüm mikroorganizmalar için aynı yüksek başarı düzeyi ile kullanılabilecek tek bir yöntem yoktur. Bu nedenle farklı mikroorganizma grupları için farklı yöntemler veya aynı yöntemin çeşitli modifikasyonları önerilmektedir. Bununla beraber özel mikroorganizma gruplarının da yer aldığı büyük koleksiyonlar hariç tutulur ise bir gıda mikrobiyolojisi laboratuarı için tek bir yöntem ile tatmin edici bir koleksiyon oluşturulabilir.

Koruma Yönteminin Seçimi

Yukarıda da belirtildiği gibi koleksiyon oluşturulmasında pek çok faktör tarafından etkilenen farklı yöntemler uygulanmaktadır. Uygulanan her yöntemin bu faktörlere bağlı olarak çeşitli avantaj ve dezavantajları vardır. Aşağıda bu faktörler kısaca verilmiştir.

Canlılığın korunması: Kültür koleksiyonunun temel amacı mikroorganizma canlılığının korunmasıdır. Canlılık, gerek koruma işlemi (dondurma, kurutma) sırasında, gerek depolama sırasında azalır. Kültürün tümüyle kaybının önlenmesi için belirli sürelerde kültür aktifleştirilip yeniden korumaya alınmalıdır.
Popülasyon değişimi: İşlem sırasında olan ölümler ile uygulanan işleme dirençli olanların lehine popülasyonda bir değişme olur. Bu durumda kültürün ilk durumuna göre orjinalliğinde değişme olur. Bu değişiklik kültür koruma amacına uygun değildir. Kültürün başlangıç konsantrasyonunun yüksek olması ile bu sakınca en aza indirilir.
Genetik değişim: Özellikle endüstriyel ve bilimsel önemi olan kültürlr genetik değişmelere uğramayacak şekilde korunmalıdır. Genetik değişimler koruma vaya depolama sürecinde meydana gelebilir. Mutasyon ve plazmidlerin yitirilmesinin en az olduğu yöntemler seçilerek temel karakterlerin kaybedilmemesi ve yeni karakterler kazanılmaması bu tip özel mikroorganizmalar için önemlidir.
Saflığın korunması: Koruma işlemi ve aktifleşme sırasında ne kadar fazla işlem basamağı var ise kültür, kontaminasyona o denli açıktır. Saflığın yitirilmesi kültür koleksiyonunda kabul edilemez.
Maliyet: Personel giderleri, alet ve ekipman giderleri, sarf malzeme giderleri kültür koleksiyonunda kullanılacak yöntemi en yüksek derecede etkileyen faktörler arasındadır.
Koleksiyona alınacak kültür sayısı: Kültür koleksiyonunda korunacak mikroorganizma sayısı koruma yöntemini belirleyen temel faktörlerden birisidir. İlk koruma ve koleksiyonun aktifleştirilmesi için gereken iş gücü bir anlamda koleksiyondaki sayıyı ve dolaylı olarak yöntemi belirler. Bir diğer deyişle koleksiyondaki mikroorganizma sayısı ile seçilecek koruma yöntemi doğrudan ilişkilidir. Küçük bir koleksiyon için uygun bulunan bir yöntem zamanla koleksiyonun büyümesi durumunda elverişsiz kalabilir. Bu nedenle yöntem seçiminde ileride kapasite büyümeleri de dikkate alınmalıdır.
Kültürün değeri: Endüstriyel ve bilimsel önemi olan kültürlerde maliyet kuşkusuz önemli bir faktör değildir. Bu tip kültürler için en etkin yöntem seçilmek zorundadır. Koleksiyonda değerli olan kültürler de bulunuyor ise önemlerine göre birden fazla yöntem ile koruma yapılmalıdır. Benzer şekilde maliyetler dikkate alınarak önemli ve daha az önemli kültürler farklı yöntemlerle koleksiyona alınabilir.
Kültürlerin kullanım sıklığı: Rutin gıda analizlerinde şahit mikroorganizma veya eğitim gibi koleksiyondaki mikroorganizma sıklıkla kullanılıyor ise orijinal koleksiyona ilaveten bu amaçla kullanılacak yan koleksiyonların da bulunması gerekir.
Kültürün dağıtımı: Eğer koleksiyondaki mikroorganizmalar çeşitli nedenlerle diğer laboratuarlara da iletilecek ise yine ana koleksiyon yanında bu amaca uygun bir koruma yöntemi de uygulanmalıdır. Örneğin sıvı azotta korunan kültürlerin bir başka laboratuara iletilmesi çok yüksek maliyetler gerektirir. Buna karşın kurutulmuş kültürler mektupla dahi başka laboratuarlara gönderilebilir.
Mikroorganizma türü: Korunacak mikroorganizmanın cins, tür hatta suşu koruma yöntemi üzerinde doğrudan etkilidir. Bazı bakteriler (örneğin koliform grup bakteriler, stafilokok, basiller vb. ) basit ve ucuz yöntemler ile yıllarca korunabilir iken bazı türler (örneğin Leptospira) modifiye yöntemlerle ancak kısa süreler ile korunabilmektedir.

Mikroorganizma kültürlerinin korunmasına yönelik olarak uygulanan yöntemler çeşitli şekillerde sınıflandırılabilir. Sınıflandırma genel olarak ya koruma süresine ya da yöntemlerin benzerliğine göre yapılmaktadır. Kavram benzerliklerine göre sınıflandırma şöyledir.

Transfer
Kurutma
Liyofilizasyon
Dondurma

İlk iki yöntem Basit Yöntemler, diğer ikisi Modern Yöntemler olarak bilinir.




aLinti..