Bakteriler; vücudumuzda, yiyeceklerimizde ve çevremizde kısacası yeryüzünün hemen hemen her yerinde bulunan mikroorganizmalardır. Bazı bakteriler faydalıdır ve sağlığımız için olmazsa olmazdır, ancak bazı bakteri türleri hastalıklara neden olabilir. Peki bu zararlı bakteriler, diğer bakteri türlerinden nasıl ayırt edilebiliyor? Bunu ayırt edebilmek ve bakterilerin bizi nasıl koruduğunu veya zarar verdiğini anlamak için, araştırmacılar genellikle laboratuvarda bakterilerle çalışırlar. Bu yazımızda bilim insanlarının laboratuvarda bakterilerle nasıl çalıştığı hakkında bilgi edineceğiz.
Bakteriler, prokaryotik yani çekirdek zarı olmayan tek hücreli mikroorganizmalardır. Bu mikroorganizmalar, çeşitli ortamlarda bulunabilirler ve çıplak gözle görülemeyecek kadar küçüktürler. Bakteriler, çeşitli özelliklere göre sınıflandırılır. Bu sınıflandırma genellikle bakterinin şekli, hareket kabiliyeti, beslenme yöntemi ve oksijen toleransı gibi özelliklere dayanır.
1. Şekil: Bakteriler, genellikle üç temel şekle sahiptir: küresel (kok), çubuk (basil) ve spiral. Kok bakteriler yuvarlak veya küresel şekle sahipken, basil bakteriler çubuk veya silindir şeklindedir. Spiril bakteriler ise adından anlaşılacağı gibi spiral şekilde görünürler.
2. Hareket: Bazı bakteriler flagellum adı verilen uzantılar yardımıyla hareket edebilirler. Bu hareket, bakterinin su ortamlarında ilerlemesine ve çevresel koşullara uyum sağlamasına yardımcı olurken, bazı bakteriler ise hareketsizdir ve yerinde bulunurlar.
3.Beslenme: Fototrofik bakteriler, ışık enerjisini kullanarak beslenirler ve fotosentez yaparlar. Kemotrofik bakteriler ise hidrojen sülfür, amonyum gibi. kimyasal maddeleri kullanarak enerji elde ederler ve kemosentez yaparlar.
4.Oksijen Toleransı: Bakteriler, yaşam ortamlarında bulunan oksijen seviyelerine göre değişiklik gösterirler. Aerobik bakteriler oksijen içeren ortamlarda yaşayabilirler ve oksijeni kullanarak enerji üretirler. Anaerobik bakteriler ise oksijenin bulunmadığı ortamlarda yaşarlar ve farklı metabolik yollar kullanarak enerji üretirler.
Bakteriler, Dünya'nın her köşesinde varlıklarını sürdüren çok yönlü mikroorganizmalardır. Topraklarda, denizlerde, okyanus derinliklerinde, yer altında, insan cildinde, hayvan bağırsaklarında, hatta asidik sıcak su kaynaklarında ve radyoaktif atıklarda bile çeşitli tipleri bulunuyor. Bazı bakteriler faydalıdır ancak bazıları hastalığa neden olabilir. Bilim insanları, hastalara daha iyi tedaviler sunabilmek için hastalığa neden olan patojenlerin mekanizmasını anlamak istiyor. Bunun için çoğu bilim insanı, bakterileri laboratuvarda inceler. Araştırmacılar, bu sayede belirli bir bakterinin çoğunu kolayca yetiştirebilir ve onlarla deney yapabilirler. Peki laboratuvar ortamında bakterilerin büyümesi ve yetişmesi nasıl sağlanıyor? Nasıl ki bizim yaşamımızı sürdürebilmemiz için besine ihtiyaç varsa, bakterilerin de yaşamlarını sürdürebilmesi için kendi gereksinimlerine göre besine ihtiyaçları vardır. Bu yüzden bilim insanları, bakterilerin besin ihtiyaçlarını karşılamak için laboratuvarda besiyeri adı verilen bir ortam hazırlarlar.
Bakterilerin beslenme ihtiyaçları, tipik olarak protein özleri (karbon ve nitrojen kaynağı olarak), potasyum fosfat veya sodyum sülfat gibi inorganik tuzlar ve bazı durumlarda glikoz veya laktoz gibi karbonhidratlar içeren besiyerleriyle karşılanabilir. Zor gelişen bazı bakteriler de vardır, bu bakteriler karmaşık beslenmeye ihtiyaç duyarlar. Bu yüzden bu bakterilerin besiyerlerine vitaminler ve/veya diğer büyüme faktörleri de eklenmelidir.
Bakteriyolojik kültür besiyerleri: sıvı, katı veya yarı katı olarak hazırlanabilir. Katı ve yarı katı ortam, agar veya jelatin gibi jel yapıcı bir madde içerir ve besiyerlerinin katılaşmasını sağlamak için kullanılır. Kırmızı deniz yosunundan (Rhodophyceae) elde edilen bir polisakkarit olan agar, besleyici olmayan bir madde olduğundan tercih edilir. Agar, bakteriler için katı bir büyüme yüzeyi sağlar; bu yüzeyde bakteriler, koloni dediğimiz farklı hücre yığınları oluşana kadar çoğalırlar.
Bakteriyolojik besiyeri formülasyonları toz halinde satın alınabilmektedir, böylece hazırlayıcının tek yapması gereken doğru miktarı ölçmek, doğru miktarda su eklemek ve karıştırmak olacaktır. Temel formül hazırlandıktan sonra besiyeri, basınç altında buhar üreten ve kaynama noktasının üzerindeki sıcaklıklara ulaşan bir otoklavda sterilize edilir. Sterilize edilmiş besiyeri, soğuduktan sonra kullanıma hazırdır.
Bilim İnsanları Deneyleri için Hangi Besiyerini Kullanacaklarını Nasıl Seçiyorlar?
Bilim insanları, deneylerinde hangi besiyerini kullanacaklarını seçerken çeşitli faktörleri dikkate alırlar. Bu faktörler arasında çalıştıkları bakteri türü, deneyin amacı, bakterinin beslenme gereksinimleri, optimal büyüme koşulları, bakterinin seçici ve duyarlılık durumları gibi etmenler yer alır.
Bakterilerin Beslenme Gereksinimleri: Her bakteri türü farklı beslenme gereksinimlerine sahiptir. Dolayısıyla, çalışılan bakterinin türüne göre uygun bir besiyeri seçilir. Örneğin, bazı bakteri türleri glukoz gibi karbon kaynaklarına ihtiyaç duyar, bazıları ise amino asitler veya kompleks organik bileşiklerle beslenir.
Deneyin Amacı: Hangi tür bakteri veya özelliklerin inceleneceğine ve hangi tür besiyerinin kullanılacağına karar vermede belirleyici olabilir. Örneğin, bir antibiyotik direnci testi yapılıyorsa, antibiyotik içeren bir besiyerinin kullanılması gerekebilir.
Optimal Büyüme Koşulları: Bakterilerin çoğalması ve büyümesi için belirli bir sıcaklık, pH ve oksijen seviyesi gibi optimal koşullara ihtiyaçları vardır. Besiyerinin, çalışılan bakterinin optimum büyüme koşullarını sağlaması gerekmektedir.
Bakterinin Seçiciliği: Bazı deneylerde belirli bir bakteri türünün izole edilmesi veya belirli bir özelliğin incelenmesi gerekebilir. Bu durumlarda, seçici (selektif) denilen besiyerleri tercih edilir. Selektif besiyerleri, istenmeyen bakteri türlerinin büyümesini engellerken, istenen bakteri türlerinin büyümesini teşvik eder.
Besiyerlerinin neye göre seçildiğini anladık. Peki bakteriler kendilerine uygun besiyerlerinde büyürlerse ne olur?
Bakteri Kültürü Nedir?
Besiyerinde büyüyen bakteri popülasyonuna “kültür” denir. Saf bir kültür yalnızca tek bir tür içerir; karışık bir kültür iki veya daha fazla farklı bakteri içerir. Bir bakteri kültürü aynı besiyerinde çok uzun süre bırakılırsa, hücreler mevcut besinleri tüketir, toksik metabolitleri salgılar ve sonunda tüm popülasyon ölür. Bu nedenle bakteri popülasyonunun büyümesini sürdürmek için bakteri kültürlerinin periyodik olarak yeni besiyerlerine aktarılması veya diğer bir deyişle alt kültüre (subcultured) alınması gerekir.
Peki bakteri kültürleri yeni besiyerlerine nasıl aktarılıyor? Bir mikrobiyoji laboratuvarında olduğunuzu ve mikrobiyologların çalışmalarını incelediğinizi hayal edin. Mikrobiyologlar, bakteri kültürlerini büyütmek ve sürdürmek, kültürleri saflık veya morfoloji açısından incelemek veya yaşayabilir organizmaların sayısını belirlemek için alt kültürleme tekniklerini kullanırlar. Bir mikrobiyolog, bakteri kültürünü yeni besiyerine aktarırken kontaminasyon olmamasına çok önem gösterir. Bunun için bazı aseptik teknikler kullanır.
Mikroorganizmaların korunmuş bir alana bulaşmalarının önlenmesi ve bunun devamlılığının sağlanmasına asepsi denir. Bir ortam mikroorganizma içeriyorsa septik, içermiyorsa aseptik ortam olarak tanımlanır. Mikrobiyolog, aseptik bir çalışma ortamı sağlamak için, çalışmaya başlamadan önce kullanacağı tüm malzemelerin steril olmasına dikkat eder. Daha sonra bakterileri bir besiyerinden diğer besiyerine aktarmak için kullanılan metal telden yapılmış aşılama halkasını Bunsen Burner denilen ekipmanın kontrollü alevinde ısıtarak sterilize eder. Mikrobiyolog, sterilize edilmiş aşı halkasıyla, kaynak besiyerinden küçük bir miktar bakteri alır ve yeni besiyere aktarır. Bu işlemi genellikle petri kabı içinde yapar ve aşı halkasını, besiyerinin yüzeyine hafifçe daldırarak veya yayarak bakterinin aktarılmasını sağlar. Mikrobiyolog, bakteri kültürünü yeni besiyerine aktarmasının ardından, yeni besiyerini bakterinin optimum büyüme koşullarına göre inkübasyona bırakır. Bu, bakterilerin çoğalmasını ve yeni besiyerinde büyümesini sağlar.
Bakterilerin büyümesi için gereken süre geçtikten sonra mikrobiyolog, bakterilerin uygun şekilde çoğalıp çoğalmadığını kontrol etmek için bakteri kültürlerini önce gözle inceler. Kültürlerin görünüşünü ve rengini değerlendirerek bakterilerin büyüme davranışını belirler. Daha sonrasında bu bakteri kültürlerini mikroskopta inceler. Bunu, bakterilerin morfolojik özelliklerini ve yapılarını incelemek için yapar. Bakterilerin tanımlanması için gerek duyarsa moleküler teknikler kullanır. Bu aşamada, bakterileri biyokimyasal testlere veya genetik analizlere tabi tutar. Daha sonrasında tanımladığı bu bakteri kültürlerini, ileri deneyler veya uygulamalar için yüksek miktarda kültüre edebilir. Bu, bakterilerin genetik manipülasyonları, biyokimyasal testler veya endüstriyel uygulamalar için gerekebilir.
