BAKTERİ-KONAK İLİŞKİSİ Bakteri ve konak arasındaki ilişkiler, tanısal mikrobiyolojide ve enfeksiyon hastalıklarının tedavisinde önemlidir. Bu ilişkinin tanımlanmasıyla, hastalardan alınan klinik örneklere uygulanacak bakteri izolasyon yöntemlerinin belirlenmesi ve etkili tedavi stratejilerinin geliştirilmesi mümkün olmaktadır. Bakteri rezervuarları ve bulaş Enfeksiyona neden olan bakterinin doğal çevresi ya da kaynak aldığı yer, rezervuar olarak adlandırılır. İnsanlar, hayvanlar, gıdalar, hava, su ve toprak mikroorganizma rezervuarlarıdır. Bakteriler, konakla direkt temas edebilir (direkt bulaş) veya araya giren başka bir aracı yolu ile konakla karşılaşabilirler (indirekt bulaş). Bakteriyi rezervuarından konağa getiren aracı canlı ise vektör, cansız ise fomit adını alır. Bakteriler tek bir yolla bulaşabildiği gibi, çeşitli yollarla da bulaşabilirler. Bulaş yolunun bilinmesi, organizmanın izolasyonu için uygun örneğin alınması ve laboratuvar kaynaklı enfeksiyon riskinin en aza indirilmesi açısından önemlidir. İnsanın rezervuar olarak rol aldığı enfeksiyonlar, direkt ya da indirekt temasla bulaşabilir. Streptokoksik boğaz ağrısı, kızamık, difteri ve tüberküloz, direkt temasla bulaşa örnek olarak verilebilir. Bir kişideki bakterinin bir aracıyı kontamine etmesi ve sonrasında bu aracı vasıtasıyla başka birine bulaşması, rezervuar olan insandan indirekt bulaşma şeklidir (Örneğin; kontamine sular aracılığı ile kolera bulaşı, kontamine tıbbi araçlarla hastane infeksiyonları bulaşı). Hayvanların rezervuar olduğu infeksiyonlarda bulaşma, hayvan ısırığı ile direkt (Örneğin: sodoku hastalığı) ya da hem hayvan hem de insandan kan emerek beslenen bir vektörün ısırmasıyla (Örneğin: Lyme hastalığı) indirekt olabilir. Hayvanlar, bakterileri kontamine ettikleri su ya da yiyeceklerle de bulaştırabilirler. İnsanların beslenmek için kullandığı hayvanlar da hastalık yapıcı birçok bakteriyi taşırlar ve bunların et, süt ve yumurtasının uygun pişirilmeden tüketilmeleri sonucu önemli gastrointestinal hastalıklar oluşabilir (Örneğin: Salmonella ve Campylobacter ishalleri). Hayvanlarda enfeksiyon oluşturan bakterilerin bazıları rastlantı sonucu insanları da enfekte edebilir. Bu enfeksiyonlar zoonoz olarak adlandırılırlar (Örneğin: Brucelloz, şarbon). Toprak, birçok bakteri için rezervuardır. Örneğin tetanoz, etken bakteri Clostridium tetani’nin topraktaki sporlarının yaralı dokulara girmesi ile oluşur. Bakteri-konak ilişkisinde konağın rolü Bakteri ile konağın karşılaşması durumunda; etkileşim, bakterinin konağa kolonizasyonu ile başlar. Bakteri kolonizasyonu, bakterinin vücuda yerleşip, yaşamasıdır. Kolonizasyonda konağın rolü, savunma mekanizmaları yoluyla bakterilerin vücuda girişine karşı koymaktır. Bu savunma mekanizmaları konak direnci olarak adlandırılır. Konak direnci Deri, vücudun mikroplar dünyasına karşı en önemli fiziksel ve kimyasal bariyeridir. Sağlam deri ve mukozalarla çevredeki mikropların vücuda girişi önlenir. Solunum, gastrointestinal ve ürogenital sistemlerin mukozaları, bakterilerin diğer vücuda giriş kapılarıdır. Derinin en dışındaki epitel hücreleri gibi, mukoza epitel hücreleri de hızla bölünürler. Epitelin tamamen değişmesi 36-48 saat alır. Böylece dış tabakaya tutunmuş olan bakteriler uzaklaştırılarak sayıları azaltılır. Deri yüzeyi kuru, asidik ve ısısı 37°C’den azdır. Kıl folikülleri, ter ve yağ bezleri çeşitli doğal antibakteriyel maddeler üretirler. Deride yerleşmiş normal bakteri florası ile patojen bakteriler arasında beslenme yönünden yarış vardır. Ayrıca deri florası bakterileri, patojenler için toksik maddeler üretirler. Benzer şekilde epiteli örten mukus tabaka içindeki lizozim, laktoferrin ve laktoperoksidaz bakterileri ya öldürür ya da üremesini durdurur. Ayrıca mukus, salgısal immünglobulinleri (IgA) içerir. Normal yaşam süresince bireyler, çeşitli bakterilere özgül lokal antikorları barsakta sentezlerler. Deri ve mukoza bariyerini aşan bakterilere karşı dış hücre tabakalarının hemen altında bulunan deri veya mukoza ile ilişkili lenfoid doku, bakteri invazyonuna karşı koruyucu bağışık yanıt oluşturur. Ayrıca vücutta kan ve dokularda gezinen fagositik hücreler, diğer yabancı cisimleri olduğu gibi bakterileri de yakalarlar. Özellikle polimorf çekirdekli nötrofiller bakterileri fagosite eder. Monositler ve makrofajlar da bu olaya katılırlar. Fagositozla hücrelerin içine alınan bakterinin sayısı fazla değilse ve bu bakteriler asidik pH’da yaşamalarını sağlayan virulans faktörlerine sahip değillerse, lizozim enzimi etkisi ile genellikle ölürler. Bazı durumlarda bakteriler, fagositleri öldürür veya makrofajlar içinde çoğalırlar. Bakteri hücreleri makrofajlarla etkileştiği sırada, T ve B lenfositleri aracılığıyla özgül antikor cevabı ve/veya hücresel bağışık yanıt geliştirilerek reenfeksiyonlar önlenir. Ayrıca çeşitli organların epitel dokusunda insan beta-defensin-1 (HBD-1) ve HBD-2 bulunmasının bakterilere karşı konak savunmasında rolü vardır. Bu genel koruyucu özelliklerin yanında, mukozanın bulunduğu anatomik bölgeye özgül diğer koruyucu özellikleri de vardır. Ağızda tükrük salgısı, fiziksel olarak bakterileri uzaklaştırdığı gibi, içerdiği lizozim enzimi gibi antibakteriyel maddeler ve antikorlarla da koruyucu özellik sağlar. Ağızda yoğun olarak bulunan normal flora bakterileri, patojenlerin invazyonunu engellemektedir. Gözyaşı, hem göz epitelini yıkayıcı özelliği hem de içerdiği lizozim enzimi sayesinde gözü bakterilere karşı korur.. Gastrointestinal sistemde, midenin düşük pH’sı ve proteolitik enzimler, bakteri sayısını azaltır. İnce barsakta bakteri membranlarını bozan safra tuzları ve lümendeki bakterilerin tutunmasını engelleyen hızlı akış, koruyucu mekanizmalardır. Kalın barsakta safra tuzları olmasına rağmen, akış yavaş olduğundan daha fazla bakteri bulunur. Kalın barsağın yoğun bakteri florası, patojen bakterilere karşı korunma sağlar. Üst solunum yolunda burundaki kıllar, hava yolu ile alınan bakterileri taşıyabilecek büyük partikülleri engeller. Öksürme ve hapşırma refleksi, soluk borusunu örten hücrelerin silli olması ve mukus içermesi, bakterileri uzaklaştıran engellerdir. Bu engeller sayesinde ancak, 2-3 mm’den küçük partiküller solunumla akciğerlere ulaşabilir. Kadın ürogenital sistemi, vajen ve ektoserviksin normal bakteri florası ve düşük pH ile korunur. Servikal açıklıktaki kalın mukus tabakası bakterilerin uterus, fallop tüpleri ve overlere girişini engelleyen bariyerdir. Hem erkek hem de kadınlarda, anterior üretra bakterilerle kolonizedir. Ancak üretra açıklığının yapısı, idrarın düşük pH’sı ve idrar yapma sırasındaki akım, mesaneye, üreterlere ve böbreklere doğru bakterilerin nüfuz etmesine karşı koruyucudur. Konak duyarlılığı Bakteriyel infeksiyonlara karşı duyarlılık, konağın fizyolojik ve immünolojik durumuna ve bakterilerin virulansına bağlıdır. Bakteriyel patojenlerin invazyonuna bir cevap olarak özgül antikorlar ve T hücrelerinin miktarı artar. Etkili özgül bağışıklık gelişimi için birkaç haftaya ihtiyaç vardır. Derinin ve mukoza ile kaplı yüzeylerin normal bakteriyel florası, patojen bakterilere karşı konağı korur. Sağlıklı bireylerde diş çektirme ya da dişleri fırçalama sırasında, sıklıkla vücuda nüfuz eden normal floradaki bakteriler, konağın humoral ve hücresel bağışıklık mekanizmaları ile temizlenirler. Buna karşın immün cevabı yetersiz bireyler, en az virulan bakterilerle bile sıklıkla tekrarlayan infeksiyonlara eğilimlidirler. Buna en iyi örnek kazanılmış immün yetmezlik sendromudur (AIDS). Bakteriye karşı direnç mekanizmaları, kişinin yaşına ve bazı kişilerde olduğu gibi kompleman sistemi veya hücresel immün yanıttaki genetik yetmezliğe bağlı olarak değişebilir. Kanser, organ transplantlarına uygulanan immünsüpresif kemoterapi gibi önceden var olan bir hastalığın sonucu olarak da bağışıklık sistemi hücreleri yetersiz kalabilir. Yaşlanma, hem özgül hem de özgül olmayan savunma mekanizmalarını zayıflatır ve çevredeki bakterilerle mücadelede daha uzun süre etkili olmamasına neden olur.. Ayrıca yenidoğanlar da patojenlere duyarlıdırlar, immün sistemleri yeterince gelişmediği için bakteri antijenlerine karşı koruyucu cevap veremezler. Bakteriyel infeksiyonların tedavisinde kullanılan ilaçlar, sağlıklı fagositik ve immün yanıt olduğu durumda etkili olur. Belli bölgelere antibiyotiklerin zayıf difüzyonu, hücre içinde yaşama ve çoğalma yeteneğinde birçok bakterinin olması (birçok antibiyotiğin hücre içinde etkisi ya hiç yoktur ya da çok azdır), bazı ilaçların bakterisid etkisinden ziyade bakteriyostatik etkiye sahip olması, mikroorganizmaların birçok antibiyotiğe birden direnç geliştirme yeteneğinde olması gibi pek çok sebepten dolayı antibiyotikler etkisiz kalabilmektedirler. Bakteri konak ilişkisinde bakterinin rolü Bakteri kolonizasyonu ve infeksiyon Kolonizasyon, kolonize olan bakteri ile konak arasında karşılıklı fayda sağlayan ortak yaşam şekli (mutualizm) ya da bakteri için faydalı, konağa zararsız bir ilişkinin (kommensalizm) son basamağı olabilir. Ancak kolonizasyon, enfeksiyon ve hastalık gelişiminin ilk basamağı da olabilir. Konak ve bakterinin özelliklerine bağlı olarak oluşan kolonizasyon, sağlık ya da hastalıkla sonuçlanabilir. Bakterinin enfeksiyon yapma özelliği, patojenite ve virulans Mikroorganizmaların hastalık oluşturma yeteneğine patojenite denir. Bu yeteneği sağlayan özelliklerine de virulans faktörleri denir. Virulans faktörleri kromozomal DNA, bakteriyofaj DNA’sı, plazmidler veya transpozonlar üzerinde kodlanabilirler. Virulans, bir organizmanın hastalık oluşturma yeteneğinin derecesidir. Virulansın derecesi, infekte eden bakterinin sayısı, vücuda giriş yolu, özgül ve özgül olmayan konak savunma mekanizmaları, bakterinin virulans faktörleri gibi çok sayıda değişkenlerin rol oynadığı, konağın direnç mekanizmalarına rağmen bakterinin hastalık oluşturma yeteneği ile doğrudan ilişkilidir. Patojen bakterilerin çoğu özgül virulans faktörlerine sahiptirler. Bu faktörler, bakterilerin konak veya vektör içinde, konağın savunma mekanizmalarına rağmen, çoğalmalarını sağlar. Bir hastalığın klinik seyri, virulans faktörleri ile konak cevabının etkileşimine dayanır. Enfeksiyon, bakteri patojenitesi ve konak direnci arasındaki denge bozulduğunda başlar. Virulans faktörleri (Aderens) Mikroorganizmalar konağa çeşitli yollardan girse bile, ilk basamak yüzeye tutunma (aderens) ile başlar. Patojenlerin tutunmasını sağlayan faktörler, kolonizasyon yapan fakat patojen olmayan bakterilerinkiyle aynıdır. Ancak, patojenler her zaman kolonizasyon basamağında kalmaz. Patojen bakterilerin çoğu normal flora elemanı değildir ve tutunmak için kolonizasyon yapan bakterilerle yarışması gereklidir. Çeşitli tıbbi nedenlerle, sıklıkla da antibiyotik kullanımı ile normal flora bozulabilir ve yarış invazyon yapacak bakteri lehine sonuçlanır. Mikroorganizmanın epitel yüzeye yaklaşımı, çekici ve itici güçler arasındaki denge ile sağlanır. İkisi arasındaki sıkı temas, özgül olmayan etkileşim, hücre duvarındaki hidrofobik ve hücre zarındaki lipofilik alanlarla sağlanır. Glikokaliks ve slime tabaka, bakteri ve konak hücre arasında özgül olmayan aderensı sağlar (Örneğin: Staphylococcus epidermidis). Özgül aderens ise, bakteri adezinleri ve konak hücre reseptörleri ile sağlanır. Adezinler patojen bakterilerin tropizmini belirler. Böylece patojen belli bölgeleri veya alanları infekte etme ayrıcalığı gösterir. Örneğin Streptococcus pneumoniae pnömoniye sebep olur, ancak üretrit yapmaz. Fibrinojen, fibronektin, kollejen ve heparinle ilişkili polisakkaritler, epitel hücrelerin mukozal yüzeyini örten ekstraselüler matriksin başlıca komponentleridir. Bu yapılar bakteri adezinleri için reseptör olarak rol oynar. Fibronektin, S. aureus, S. pyogenes, Treponema pallidum ve Mycobacterium türlerinin hücre duvarındaki fibronektin-bağlayıcı faktörleri (adezinler) bağlar. Fibrinojen, A, C ve G grubu streptokokları bağlar, integrin ailesinin bir üyesi de Yersinia pseudotuberculosis’in major invazyon faktörünü bağlar. Bakteri virulans faktörleri ile hedef hücre arasındaki etkileşim, patojenin nüfuz etmesine veya lokal hücre hasarına ya da her ikisine birden sebep olur. Ayrıca adezinler, iltihabi cevabı, mast hücre degranülasyonunu, nötrofillerin bakterileri fagositozunu ayarlar. Bakteriler konak hücreye yapışma (adezyon) için fimbrialarla ilişkili olan ve olmayan adezyon sistemlerini kullanırlar. Fimbria (adi pilus) ve fibril yapılar, fimbrialarla ilişkili adezyon sistemleri olup, bakterinin konak hücre zarına tutunmasını sağlayan filamentöz (ipliksi) uzantılardır. Kolonizasyon faktörleri olarak adlandırılan bu yapılar, konjugasyonda rol oynayan seks pilusundan ve bakteri hareketini sağlayan flajellalardan farklıdır. E. coli suşlarında 20 farklı kolonizasyon faktörü saptanmıştır. Bunlardan bazıları, özellikle üropatojen suşlarda, E. coli’ nin üriner mukozaya tutunmasını sağlar. İnvazyon yapan Neisseria meningitidis ve Neisseria gonorrhoeae suşlarında da pilus yapısının rolü bulunmuştur. Lektinler (karbonhidrat bağlayıcı protein) Klamidya türlerinde hücre yüzeyindeki lektin, ve S. pyogenes’de ağızdaki epitel hücrelerine bağlanmayı sağlayan lipoteikoik asit, Pseudomonas aeruginosa’nın akciğer epitel hücrelerine bağlanmasında rol oynayan dış membran proteini, porin F (OprF), fimbrialarla ilişkili olmayan adezinlerdir. (Bakteri invazyonu) İnfeksiyon mikroorganizmaların konağa invazyonu ile başlar. Bakteriler konak dokuları ile yakın ilişki içinde çoğalırlar ve inaparan infeksiyondan fulminan infeksiyona kadar şiddeti değişen sayısız infeksiyona sebep olurlar. Bakterinin dokulara veya organlara invazyonu, yüzey bariyerlerinin bozulması veya direkt virulans faktörlerinin etkisi ile olur. Deri ve mukozaların bozulmasında rol oynayan çeşitli faktörler Tablo 14.1’de görülmektedir. Bakterilerin bazıları, vücutta doku veya hücreler içine girip yayılmalarını sağlayan invazin denen yüzey proteinleri oluştururlar. Bu faktörler, bakterilerin mukozalardaki yüzey fagositlerince içeri alınmalarını sağlarlar ve böylece zararsız bir şekilde mukoza altındaki dokulara yayılırlar.. Stafilokoklar ve streptokoklar gibi bakteriler, konak hücre proteinlerini ve nükleik asitlerini hidrolize eden enzimler oluştururlar (Örneğin: hyaluronidazlar, nükleazlar, kollojenazlar). Böylece dış yüzeyde küçük bir açıklık sağlayarak daha derin dokulara girebilirler. Patojen, vücut yüzeyinden nüfuz ettikten sonra, konağın iltihabi ve immün cevaplarına karşı yaşamını devam ettirebilecek stratejileri kullanmalıdır. Bazı patojenler, invazyon yapmadan da tutundukları bölgede enfeksiyona neden olabilirler. Örneğin; Corynebacterium diphtheriae’nin etken olduğu difteri hastalığı, S. pyogenes farinjiti ve Mycoplasma pneumoniae’nin sebep olduğu atipik pnömoni gibi. İnvaziv bakterilerin bazıları, zorunlu hücre içi patojenlerdir (Rickettsia ve Chlamydia türleri gibi). İnvazyonu sağlayan faktörler, birden çok genin kontrol ettiği mekanizmalardır. Bazı Shigella invazyon faktörleri plazmid üzerinde kodlanırlar, konjugasyonla E. coli’ye aktarıldığında invaziv olmayan bu bakteriler de invazyon özelliği kazanırlar. Son zamanlarda Salmonella ve Y. pseudotuberculosis’de de invazyonda rol oynayan genler saptanmıştır. (Kapsül ve diğer yüzey yapıları) Kapsüllü bir çok bakteri (Örneğin: S. pneumoniae, B. anthracis, ) daha virulan ve fagositoza daha dirençlidir. Serumun bakterisit etkisine de kapsüllü bakteriler daha dirençlidir. Bu dirençte hücre duvarındaki lipopolisakkarit yapısı da rol oynar. (Endotoksinler) Endotoksin, Gram negatif bakterilerin hücre duvarının dış membranında bulunan toksik, lipopolisakkarit (LPS) bileşiklerinden oluşur. Endotoksinin konak üzerine biyolojik etkisi letal olabilir. Toksisite, lipit molekülü (lipid A) ile ilişkilidir. İmmünojenik özelliği ise,polisakkarit molekülü ile ilişkilidir. Gram negatif bakterilerin hücre duvarı antijenleri (O antijenleri), LPS bileşikleridir. Enterobacteriaceae ailesinin üyeleri çeşitli uzunlukta O-özgül yan zincirlerini içerir. Oysa N. gonorrhoeae, N. meningitidis, ve B. pertussis sadece merkezi polisakkarit ve lipid A içerir. Bazı araştırıcılar bu tip endotoksini, enterik basillerdeki endotoksinden kimyasal farklılığını vurgulamak için lipooligosakkarit (LOS) olarak adlandırırlar.Tüm endotoksinlerin biyolojik aktiviteleri esas olarak aynıdır. Ancak bazı endotoksinlerin etkinliği daha fazladır. Ekzotoksinler, bakteri hücrelerinden salgılanan protein yapıda toksinlerdir. Tüm toksik maddeler içinde, zehir etkisi en fazla olanlardır. Yüksek molekül ağırlıklı ekzotoksin proteinleri ısıya duyarlı iken, düşük molekül ağırlıklı olanlar ısı ile bozulmazlar. Hem Gram pozitif hem de Gram negatif bakteriler tarafından salgılanırlar. Endotoksinlerin sistemik etkilerine karşın, ekzotoksinlerin etki yeri daha lokaldir ve özgül hücre tipleri veya reseptörleri ile sınırlıdır. Ekzotoksinler mükemmel antijenik özellik gösterir, antitoksin denen özgül antikorların oluşumunu sağlarlar. Konak hücrede oluşturduğu biyolojik etkilerine göre; nörotoksinler, sitotoksinler ve enterotoksinler olmak üzere gruplandırılabilirler. Nörotoksinler, özellikle Clostridium türleri tarafından üretilirler. Sitotoksinler daha büyük, daha heterojen gruptur. Konak hücre özgüllüğü ve toksik bulguları vardır. Difteri toksini C. diphtheriae tarafından salgılanan bir sitotoksindir, birçok hücrede protein sentezini inhibe eder. Enterotoksinler, barsak epitelinden su ve elektrolitlerin aşırı salgılanmasını stimüle ederek, ishale neden olur (kolera toksini). Bazı enterotoksinler sitotok****** (E. coli’nin shiga-benzeri enterotoksini). Ayrıca enterotoksinler ayrıca normal düz kas kontraksiyonunu bozarak, abdominal kramplara yol açar ve barsaktan su absorpsiyonu için zamanı azaltırlar. (Sideroforlar) Hem hayvanlar hem de bakteriler metabolizma ve üreme için demire ihtiyaç duyarlar. Doku sıvılarında demiri tutan mekanizmalar sayesinde, vücuda girebilen bu bakterilerin üremesi sınırlanır. Kandaki demir ise; her zaman serbest olarak bulunmadığından bakterilerce kullanılamaz. Kandaki demirin çoğu eritrositlerdeki hemoglobine veya transferrine bağlı olarak bulunur. Aynı şekilde süt ve diğer salgılardaki (gözyaşı, tükrük, bronşlardaki mukus, safra ve gastrointestinal sıvı) demir, laktoferrine bağlıdır. Bazı bakteriler, ökaryotlardaki demir bağlayan bu proteinler için reseptörler içerirler. (Örneğin; Neisseria türlerinde transferrin bağlayan dış membran proteinleri). Bu özgül reseptörler sayesinde üreme için esas olan demirin alımı kolaylaşır. Birçok bakteri ise, konaktaki demiri yakalamak için siderofor denen maddeler salgılar. Demir yokluğunda; siderofor sentezinde rol oynayan enzimleri kodlayan genlerin transkripsiyonu tetiklenir, aynı zamanda bir seri demir bağlayan yüzey reseptörleri sentezlenir. Bu reseptörler, bağlanmış demiri taşıyan sideroforlara bağlanır.. Sideroforların bağlayıcı güçleri çok yüksek olup, transferrin ve laktoferrine bağlı demiri bile alarak bakteriye verebilirler. “Enterochelin” Escherichia ve Salmonella türleri tarafından üretilen bir siderofordur. Deneysel çalışmalar Enterochelin sentezleme kapasitesini kaybetmiş Salmonella mutantlarının farelerle yapılan letalite deneylerinde virulansını kaybettiğini göstermiştir. Birçok patojen bakteri tarafından siderofor üretilmesi, önemli bir virulans mekanizması sayılır.