Temel Bakteriyoloji Özeti

Bakteriyolojinin temeli, prokaryotik hücreler olarak tanımladığımız bakteri hücrelerinin yapısını ve işlevlerini anlamaktan geçer. Bakteriler, hücresi olmayan virüsler ve çok hücreli ökaryotlar arasında, tek hücreli prokaryotlar olarak yaşayan ve çoğalan organizmalar olup, ökaryotlardan önemli ölçüde farklıdırlar.

Prokaryot hücreler, çekirdek ve çekirdekçik içermeyen, genetik materyalleri sirküler DNA şeklinde bulundular hücrelerdir. Bakteriler ve arkeler prokaryotlar grubuna girerken, ökaryot hücreler ise gerçek bir çekirdek, çekirdek zarı ve çeşitli organelleri içeren daha karmaşık hücrelerdir. Prokaryotik hücrelerin ribozomu 70S (50S + 30S) boyutundayken, ökaryotik hücrelerin ribozomu 80S (60S + 40S) boyutundadır. Bakteri hücre membranları sterol içermezken, ökaryot hücrelerininkileri sterol içerir; istisna olarak Mycoplasma ve Ureoplasma'da ise membran sterollü ve 3 tabakalıdır.

Bakteri hücresinin esansiyel (temel) yapıları, hücresel yaşam için zorunlu olan ve antibiyotiklerin en sık hedefi olan bileşenlerdir. Hücre membranı, peptidoglikan yapısından oluşan hücre duvarı, sirküler DNA'dan oluşan kromozom ve 70S ribozomlar bu dört yapı, bakteri hücresinin temelini oluşturur. 16S rRNA, prokaryotik 30S ribozomunda bulunan ve mutagenezden en az etkilenen genetik materyaldir; bu nedenle 16S rRNA analizi, bakteri sınıflandırmasında en duyarlı ve güvenilir yöntem olarak kabul edilir.

Sitoplazmik membran lipoprotein yapıda olup, en fazla bulunan fosfolipid türü fosfatidiletanolamindır. Protein sentezi ve DNA sentezi dışında tüm hücresel fonksiyonlar sitoplazmik membran tarafından yürütülür: selektif geçirgenlik, molekül taşınması, PBP salgılanması, ekzotoksin salgılanması ve elektron transport sistemi gibi kritik görevler bu membrana aittir. Membran katlanmaları, septal mezozom (DNA tutunma yeri, binary fission sırasında rol oynar) ve lateral mezozom (plazmid tutunma yeri, spor oluşumu, beta laktamaz salgılanması) olarak iki ana işleve ayrılır.

Sitoplazma içinde bakteri nükleoid (gerçek çekirdek olmayan DNA bölgesi) bulunur; nükleoid, ökaryot çekirdeğinden farklı olarak histon ve intron içermez, ancak Feulgen boyası ile boyanabilir. Sitoplazma ayrıca plazmid (kendi kendine çoğalabilen sirküler DNA dizileri) ve transpozon (çoğul antimikrobiyal direnc genlerini başka bakterilere taşıyabilen, kendi kendine çoğalamayan sıçrayıcı DNA parçaları) içerebilir. Corynebacterium türleri sitoplazmasında volutin (polimerize metafosfat, metakromatik cisimcikler) adı verilen besin depoları bulundurur.

Hücre duvarı, bakteri hücresine şekil verir, iç basınca karşı koruma sağlar ve Gram boyanma özelliğini belirler. Beta laktam antibiyotikleri (penisilinler, sefalosporinler, karbapenemler) ve glikopeptit yapılı antibiyotikler (vankomisin gibi) hücre duvarını hedef alırlar. Hücre duvarının ana bileşeni peptidoglikan (mürein, mukopeptid) olup, iki ana kısımdan oluşur: glikan bölüm (NAMA—N asetil muramik asit ve NAGA—N asetil glukozamin) ve tetrapeptidler.

Tetrapeptidler NAMA'ya bağlanan amino asitlerden oluşur ve sırası ile L-alanin, D-glutamik asit, L-lizin (gram pozitif) veya diaminopimelik asit—DAP (sadece prokaryotlarda bulunan) ve D-alanin'lerden meydana gelir. Tetrapeptidler arasındaki çapraz bağlar transpeptidasyon adı verilen işlemle oluşturulur; bu bağlar, tetrapeptid yapısındaki 3. amino asit (lizin/DAP) ile komşu tetrapeptidin 4. amino asidi (D-alanin) arasında meydana gelir ve peptidoglikan yapının en sağlam bağlarıdır. Lizozim, NAMA ve NAGA arasındaki beta 1-4 glikozit bağlarını parçalar ve bu yüzden lizozim-duyarlılığı gram pozitif ve gram negatif bakteriler arasındaki farklarından biridir.

Gram pozitif bakterilerin hücre duvarı, kalın peptidoglikan tabakası ve teikoik asit (TA) içerir. Teikoik asit, sadece gram pozitif bakterilerde bulunur ve adı (teiko = duvar, asit = asit) bu lokalizasyondan gelir. Ribitol veya gliserol polimerlerinden oluşan teikoik asit, polisakkarit yapıdadır, bakterinin tutunmasını sağlar, faj reseptörü görevini yapar ve antijenik determinantlara sahiptir. Lipoteikoik asit ve peptidoglikan zayıf endotoksin etki gösterirken, gram pozitif hücre duvarında pentaglisin bulunur. Gram pozitif yapılı hücreler lizozime duyarlı olup, hücre duvarını kaybettiklerinde protoplast adı verilen yapıya dönüşürler.

Gram negatif bakterilerin hücre duvarı gram pozitif bakterilere göre çok daha karmaşık bir yapıya sahiptir. İnce peptidoglikan tabakasının dışında, lipopolisakkarit tabakası (LPS) ve dış membran bulunur. Dış membran, yalnızca gram negatif bakterilerde bulunur ve içinde porin proteinleri yer alır; en büyük protein Omp A olarak bilinir ve fajlar, piluslar ve bakteriyosinler için reseptör görevi görür. Porin değişikliği antibiyotik direncine sebep olabilir (örneğin Pseudomonas aeruginosa'da karbapenem direnci). Gram negatif hücre duvarında teikoik asit yoktur ve pentaglisin bulunmaz; lizozime dirençlidirler. Hücre duvarını kaybettiklerinde sferoplast adı verilen yapıya dönüşürler.

Lipopolisakkarit (LPS), gram negatif bakterilerin hücre duvarının en dışında bulunur ve üç katmandan oluşur: Lipit A (endotoksin, ortak polisakkarit yapı), Kor (ortak polisakkarit yapı) ve Polisakkarit (türe özgül O antijeni—somatik antijen). Bazı gram negatif bakterilerde LPS yerine lipooligosakkarit (LOS) vardır (Neisseria, Haemophilus, Campylobacter, Moraxella). Periplazmik aralık, dış membran ile hücre membranı arasında sadece gram negatiflerde bulunur ve betalaktamaz, IgA proteaz ve PBP gibi enzimler içerir; bu alan, gram negatiflerin çeşitli virülans faktörlerinin tutulduğu önemli bir bölgedir.

Glikokaliks, bakteriyi çevreleyen, slime (biyofilm) oluşturarak antibiyotiklerden koruyan polisakkarit tabakadır. Streptococcus epidermidis, sahip olduğu glikokaliks sayesinde yabancı cisimlere tutunarak enfeksiyon yapar. Streptococcus mutans ise glikokaliks yardımı ile diş çürükleri ve subakut endokardit oluşumundan sorumludur. Kapsül, hücre duvarının dışındaki polisakkarit tabakasıdır ve bakteriyi fagositozdan koruma, tutunma ve biyofilm oluşumu görevleri vardır. Kapsül yapısı komplementin alternatif yoldan aktivasyonunu engeller; splenektomili hastalarda kapsüllü bakteriler risk faktörü oluşturur. Kapsül şişme deneyi (quellung) ile serolojik ayrım yapılabilir; ancak Bacillus anthracis ve Yersinia pestis kapsülü protein yapıda olduğundan bu yöntemle tiplendirilemez.

Önemli kapsül yapılarına sahip bakterilerin arasında Streptococcus pneumoniae, Neisseria meningitidis, Haemophilus influenzae tip b (Poliribozil fosfat), Streptococcus pyogenes (hyaluronik asit), Streptococcus agalactiae (siyalik asit), Bacteroides fragilis, Pseudomonas aeruginosa (alginat), Escherichia coli (K antijeni), Salmonella typhi (Vi antijeni), Bacillus anthracis (Poli-D glutamat) ve Yersinia pestis (F1 antijeni, kapsüler protein) bulunur. Kapsül polisakkarit yapıda olduğundan Th hücreleri uyarmazlar; ancak protein ile konjuge edilirse T lenfositlerini uyararak IgG cevabına ve hafıza immünitesine neden olurlar.

Flagellum (kamçı), flagellin proteinlerinden oluşur ve Leifson yöntemi/Tannik asit tuzları ile boyanırlar. Bir bakterinin tüm çevresinde flagella varsa peritriş, hiç yoksa atriş, tek bir kutupta bir tane varsa monotriş, bir kutupta çok sayıda varsa lofotriş olarak tanımlanır. Monotrikoz olan bazı önemli bakteriler Campylobacter, Pseudomonas aeruginosa ve Vibrio cholerae'dir. Spiroketler hareket ettiklerinde aksiyel filament adı verilen yapı sağlarlar. Basil olmasına rağmen hareketsiz olan 4 bakteri mnemonik olarak "AŞIK" olarak hatırlanır: Acinetobacter, Shigella (sadece enteroinvazif E. coli—EIEC), ve Klebsiella.

Fimbria (pili) ve pilus, pilin proteinlerinden oluşur ve iki ana tipe ayrılırlar. Adi (klasik) pilus, Escherichia coli ve gonokoklarda bulunan en önemli virülans faktörü olup adezyonda rol oynarlar. Seks (F) pilus ise içi boş, boru biçiminde olup iki bakteri arasındaki konjugasyon eyleminde kritik role sahiptir. Fimbria ve pilus yapıları kendileri de virülans faktörlerinden biri olarak, konağa tutunmada önemli rol oynayarak enfeksiyonun başlaması için gerekli ilk adımı sağlarlar.

Spor, bakterilerin en dayanıklı formudur; bunun aksine, vejetatif form en dayanıksız formdur. Mantar sporunun aksine, bakteri sporu üreme ile ilgisi yoktur; bir spordan tek bir bakteri oluşur. Sporlu iki cins gram pozitif basit vardır: Bacillus (aerob) ve Clostridium (anaerob). Bacillus anthracis santral sporlu, Clostridium tetani terminal sporlu, Clostridium botulinum ise subterminal sporlu olarak sınıflandırılırlar.

Sporlar metabolik olarak inaktiftir; spor yapısında ATP ve sitokrom bulunmaz, 3-fosfogliserattan gerekli enerji sağlanır. Dipikolinik asit, spora kalsiyum depolanmasını sağlar ve sporun metabolik yavaşlığı ile dirençliliğinden sorumludur. Spor malaşit yeşili (malachite green) ve karbol fuksin (carbol fuchsin) ile boyanırlar. Sporlar ısıya, kuruluğa, kimyasallara ve ışınlamaya karşı son derece dirençlidir; bu nedenle sterilizasyon yöntemlerinin etkililik testi için biyolojik indikatör olarak kullanılırlar (Bacillus stearothermophilus otoklav için, Bacillus subtilis Pasteur fırını ve etilen oksit için, Bacillus pumilis kobalt ve gama ışını için).

Bakterilerin tanımlanması sıklıkla yapısal antijenler ile olur. O antijeni (gram negatif bakterilerin hücre duvarında bulunan lipopolisakkarit, IgM yanıtı uyarır), H antijeni (bazı bakterilerin flagella antijeni, IgG yanıtı uyarır) ve kapsül antijenlerine (örneğin Salmonella Typhi Vi antijeni—hücre duvar antijenlerini gizleyerek aglütinasyonu önler, ısıyla inaktive olabilir) örnek verilebilir. 16S rRNA ve 16S rDNA (16S rRNA'yı kodlayan DNA bölgesi), mutasyondan en az etkilenen genetik materyaldir ve bu nedenle bakteri sınıflandırmasında standart yöntemdir.

Gram boyama (KRAS boyama olarak da bilinir), bakterilerin hücre duvarı yapısına göre sınıflandırılmasında en yaygın ve temel yöntemdir. Prosedür sırasıyla dört boyar madde uygulanır: kristal viyole, Lugol (iyot kompleksi), alkol (dekolorant) ve sulu fuksin (karşıt boyar). Gram pozitif ve gram negatif bakteriler, kalın veya ince peptidoglikan tabakasına sahip olup olmamasına bağlı olarak farklı renklerde boyanırlar.

Gram pozitif bakterilerin kalın peptidoglikan tabakası (30-100 nm), kristal viyole-Lugol kompleksini tutar ve alkol ile yıkanmayı dayanıklılık gösterir; bu nedenle mavi-mor görünümlerini korurlar. Gram negatif bakterilerin ince peptidoglikan tabakası (5-10 nm) ve dış membranı, kristal viyole-Lugol kompleksini bağlayamaz veya tutamaz; alkol uygulanınca hızla renksiz olurlar ve sulu fuksin tarafından pembe-kırmızı renkte boyanırlar. Bu farklılık, hücre duvarı yapısının temel özelliklerini yansıtır ve tanısal değer taşır.

Bazı bakteriler, Gram boyama yöntemi ile etkili bir şekilde boyanmayabilirler. Mycobacterium türleri, hücre duvarında yüksek miktarda mikolik asit (bir çeşit lipit) içerdiğinden Gram boyamada görülmez; bunlar için aside dirençli boyama kullanılır. Spiroketler, çok ince hücre duvarına sahip oldukları için Gram boyama ile seçilebilmez; karanlık alan mikroskobu veya gümüş boyası gerekli olur. Legionella, fuksin boyasını zor alır ve Dieterle gümüş boyası ya da Gimenez yöntemi ile görülebilir. Chlamydia ve Rickettsia zorunlu hücre içi patojenler olup çok küçüktür; bu nedenle inklüzyon cisimcikleri Giemsa boyası ile incelenir. Son olarak Mycoplasma ve Ureoplasma hiç hücre duvarına sahip olmadıklarından geleneksel Gram boyama ile boyanmamışlardır.

Aside dirençli boyama (ARB, EZN — Ehrlich-Ziehl-Neelsen), mikolik asit içeren bakterilerin tanısında kullanılan özel bir yöntemdir. Mikolik asit, Mycobacterium türlerinin hücre duvarında yer alan uzun zincirli hidrofobik bir lipittir ve bu yapı çoğu boyar maddenin penetrasyonuna dirençlidir. Boyama prosedürü sırasıyla karbol fuksin (ısıtılarak), asit alkol (dekolorant) ve metilen mavisi uygulanır. Mikolik asit içeren bakteriler kırmızı-pembe boyanırken, diğer yapılar mavi renkte kalır.

Aside dirençli boyanan mikroorganizmalar arasında Mycobacterium spp. (tüberküloz, lepra), Legionella micdadei (tüberkülozis dışı mikobakteriyel enfeksiyon), Nocardia spp. (filamantozid bakteri), Rhodococcus equi (vet. patojeni), Gordonia aurantiaca ve Tsukamurella paurometabola sayılabilir. Ayrıca parazitlerden Cryptosporidium (4 mikron), Cystoisospora (24 mikron) ve Cyclospora (8 mikron) da ARB pozitif boynanırlar. İlginç bir örnek, Corynebacterium, mikolik asit içermesine rağmen ARB negatif boyanırken; Legionella micdadei ise tam tersi, mikolik asit içermemesine rağmen ARB pozitif boyanır.

Gram boyama sonuçlarında bakterilerin morfolojik görüntüsü, tanı için önemli ipuçları sağlar. Gram pozitif koklar, Staphylococcus (kümeli yapıda, katalaz pozitif) veya Streptococcus (zincir halinde, katalaz negatif) olarak görülür. Gram pozitif ikili koklar, kapsüllü Pneumococcus'u belirtir; bu organizmalar sürüsü (balgam) veya beyin omurilik sıvısı (BOS) örneklerinde bulunur. Gram negatif ikili koklar ise Neisseria meningitidis (BOS), Neisseria gonorrhoeae (ürogenital akıntı, eklem sıvısı) veya Moraxella catarrhalis (balgam) olabilir.

Gram negatif ince kokobasil görünümü Haemophilus influenzae'yi işaret eder; bu bakteri BOS enfeksiyonlarında ve çikolata besiyerinde üretilir. Sporlu gram pozitif basiller ise Bacillus anthracis (kapsüllü, aerobik, nefrotik enfeksiyonlar) veya Clostridium türleri (anaerobik, toksin yapıcı) olabilir. Gram pozitif basil olan Listeria monocytogenes, BOS örneğinde saptanabilir. Gram negatif basiller, çoğunlukla Enterobacterales grubuna ait olup, Pseudomonas aeruginosa (oksidaz pozitif, non-fermentatif) özel bir grubu oluşturur. Son olarak martı kanadı şekline benzeyen morfoloji Campylobacter'i gösterir; bu bakteri mikroaerofilik, 42 derecede ürür ve tavuk eti kaynaklı enfeksiyonlarla ilişkilidir.

Bakterilerin tanımlanması, sıklıkla yapısal antijenlerin incelenmesi yolu ile yapılır. O antijeni (somatik antijen), gram negatif bakterilerin hücre duvarında bulunan lipopolisakkarit tabakasında yer alır ve türe özgü bir serolojik marker görev yapar; bu antijene karşı IgM antikoru gelişir. H antijeni, bazı bakterilerin flagella yapısında yer alan protein antijenidir ve IgG cevabı provoke eder; tanı serolojisinde, anti-O ve anti-H antikorlarının titrasyonu hastalığın safhasını belirtir.

Kapsül antijenleri, hücre duvarı antijenlerini maskeleme ve fagositozdan kaçış mekanizmasında rol oynarlar. Salmonella Typhi'de Vi antijeni örneğidir; bu antijen hücre duvarı antijenlerini gizleyerek aglütinasyonu (çökelme reaksiyonunu) engelleyebilir ve ısıyla inaktive edilebilir. Kapsül polisakkarit yapıda olduğundan T hücresi bağımsız B hücre uyarısı sağlar ve sadece IgM (hafıza olmadan) sentezine neden olur; eğer protein ile konjuge edilirse T hücresi uyarışı ve IgG cevabı gelişir. Serolojik ayrım amacıyla, kapsül şişme deneyi (quellung) ile bazı bakteriler (örn. Streptococcus pneumoniae) tiplendirilebilse de, Bacillus anthracis ve Yersinia pestis protein yapılı kapsüllere sahip oldukları için şişme testi ile tiplendirilemezler.

Bakteriler binary fission (ikili bölünme) yoluyla çoğalarak popülasyon oluştururlar. Bir besiyerinde bakteri popülasyonunun zaman içindeki değişimini gösteren büyüme eğrisi dört farklı faz gösterir. Log (eksponensiyel) faz, bakterilerin en hızlı üredikleri dönemdir; bu dönemde hücreler en küçük boyutta ve metabolik olarak en aktiv haldedirler, antibiyotiklerin de en etkili olduğu periyottur. Jenerasyon zamanı, bir hücrenin ikiye bölünmesi için gereken süreyi tanımlar ve bakteri türüne göre değişir; örneğin E. coli'de 20 dakika, M. tuberculosis'te 18 saat, M. leprae'de ise 14 gündür.

Bakterilerin laboratuvar ortamında üretilmesi için uygun besiyerleri gereklidir. Kanlı agar genel amaçlı kullanılan bir besiyeridir ve çoğu bakteri türü tarafından tercih edilir. Neisseria gonorrhoeae ve Haemophilus türleri ise kanlı agarda üremezken, çikolatamsı agarda (hemoglobin ve V faktörünü içeren) kolaylıkla ürerler. MacConkey agar gram-negatif bakteriler için seçici ve ayırıcı bir ortamdır; laktozu fermente eden E. coli gibi türler pembe renkli koloniler oluştururken, fermente etmeyenler renksiz kalır. Lowenstein-Jensen ve Middlebrook agarlar mikobakteriyelerin üretilmesi için yumurta bazlı ve agar bazlı besiyerleridir.

DNA replikasyonunda helikaz hidrojen bağlarını kopararak iki ipliği ayırır, primaz primer RNA sentezini sağlar, DNA polimeraz III 5' yönünden 3' yönüne doğru yeni DNA sentezini gerçekleştirir, DNA polimeraz I (pir) primer RNA'yı yıkıp yerine DNA ekler ve ligaz Okazaki segmentlerini birleştirir. DNA topoizomeraz II (DNA giraz) süpersarmalı açarak replikasyonu kolaylaştırır. Prokaryotlar nükleoid adı verilen ve histon proteinleri içermeyen bir yapıda DNA'larını tutarlar; bu yapı Feulgen boyası ile boyanır.

Sitoplazmada bulunan plazmidler, çift iplikli çember şeklindeki DNA parçacıklarıdır ve kendi kendilerine çoğalabilirler. Plazmidler antibiyotik direnci, dezenfektanlara direnç, ağır metallere direnç, UV ışınlara direnç ve virülans faktörlerinin kodlanması gibi non-esansiyel bilgiler taşırlar. Transpozonlar ise bakteri DNA'sında, plazmidler arasında veya DNA-plazmid arasında yer değiştirebilen sıçrayıcı DNA parçalarıdır; kendileri kendi kendilerine çoğalmazlar ancak çoğul antimikrobiyal direnç genlerini aktarabilirler.

Bakteriyofajlar kendilerine özgü bakterileri enfekte eden virüslerdir. Virülan (litik) fajlar hücre içine girdikten sonra hücrede çoğalarak onu eritirken, lizojen fajlar bakteri DNA'sına entegre olarak profaj halinde kalabilirler. Faj konversiyonu (lizojenik konversiyon) adı verilen olay sonucu bazı genetik özellikler faj genleri tarafından sağlanabilir; örneğin Shiga toksini, Kolera toksini, Difteri toksini gibi önemli virülans faktörleri faj kodlamasıyla üretilir.

Konjugasyon, canlı iki bakteri arasında F (seks) pilusu aracılığıyla gerçekleşen genetik bilgi aktarımıdır; döner veya plazmid aktarılabilir. F⁺ bakteriler alıcı hücreyi F⁺ haline getirirken, HFR (High Frequency Recombination) bakterileri seksüel değişim olmadan gen aktarımını sağlarlar. Transdüksiyon, bir bakteriden diğerine bakteriyofaj aracılığıyla gen aktarımıdır ve proteaz varlığında gerçekleşmez. Transformasyon ise çıplak DNA parçalarının aracı kullanmadan bir bakteriye alınmasıdır; kompetans faktörü belirleyicidir ve DNaz varlığında gerçekleşmez.

Virülans, bir mikroorganizmanın hastalık yapma yeteneğini tanımlar. Enfeksiyon gelişimi sırasında oluşan yangılanma türüne göre iki farklı mekanizma söz konusudur: piyojenik enfeksiyonda bakteri hücre dışında kalarak nötrofilleri çeker (S. aureus, S. pyogenes), granülomatöz enfeksiyonda ise bakteri hücre içinde yaşar ve lenfosit ile makrofaj birikimi oluşur (Mycobacterium, Brucella, Listeria, Legionella).

Enfeksiyonun ilk aşaması adherens faktörleri tarafından sağlanan konak hücreye tutunmadır. Tutunmayı sağlayan yapılar fimbrialar, teikoik asit, LPS, kapsül, glikokaliks, dekstran ve adezinlerdir (S. pyogenes'teki M proteini, B. pertussis'teki filamentöz hemaglivitinin). Kapsül antifagositik etkisi ile önemli bir virülans faktörüdür; splenektomili hastalarda kapsüllü bakteriler (pnömokok, H. influenza, meningokok) riskini arttırır. İnvazyon faktörleri ise zorunlu hücre içi patojenleri (Chlamydia, Rickettsia) ve fakültatif hücre içi patojenleri (Salmonella, Mycobacterium, Shigella, Listeria, Brucella, Yersinia pestis, Legionella) içerir.

Toksinler bakteriyel patogenezin temel virülans faktörleridir. Ekzotoksinler canlı bakterilerden salınan polipeptid yapılı maddelerdir; gram-pozitif ve gram-negatif bakteriler tarafından üretilirler, isıya dayanıksızdır, kuvvetli immünojen olup aşılamada kullanılır ve spesifik reseptörlere bağlanırlar. Kromozom, faj veya plazmid tarafından kodlanabilirler ve bakteri cinsine özgü etkisi vardır. Endotoksinler ise gram-negatif bakterilerin LPS kompleksinin lipid A'sıdır; bakteri ölümünden sonra ortaya çıkar, isıya kısmen dayanıklı olup zayıf immünojen, spesifik reseptörü yoktur ve tüm gram-negatif bakterilerde aynı etki gösterir.

Ekzotoksinler genellikle A ve B alt ünitelerinden oluşur; A aktiviteyi, B bağlanmayı sağlar. A-B yapılı ekzotoksinler ADP-ribozilleyiciler (difteri toksini, P. aeruginosa eksotoksini A), RNA glikozidaz toksinler (Shiga toksini, Shiga benzeri toksin), adenilat siklaz toksinler (B. pertussis, B. anthracis ödem faktörü) ve metalloproteaz toksinler (tetanospazmin, botulin toksini, anthrax letal faktörü) olmak üzere dört kategoride yer alır. Kolera toksini, ETEC enterotoksini ve B. pertussis toksini A-5B yapısında olup GTP-bağlı proteini modifiye ederek hücre içindeki cAMP seviyesini arttırırlar.

Endotoksinler monosit, makrofaj ve RES'i uyarıp sitokin (IL-1 vb.) salgılatırlar; bu ateş, hipotansiyon, taşikardi, hipotermi, alternatif kompleman yolunun aktivasyonu, DİC (Schwartzman reaksiyonu) ve sepsis kliniği ile sonuçlanır. Vücut sıvılarındaki endotoksin varlığı Limulus lisat testi ile anlaşılır. Bazı gram-negatif bakterilerin LPS yapıları (Bacteroides fragilis, Helicobacter pylori) endotoksin etkisi göstermez.

Bakteriler, enfeksiyon sırasında fagositozdan çeşitli mekanizmalarla kaçarlar. Fagositozdan kaçış kapsül, M proteini (AGBHS), A proteini (S. aureus) ve kord faktörü (M. tuberculosis) tarafından sağlanır. Bazı bakteriler S. aureus'un A proteininin Fc parçasına bağlanması gibi antikor tersten bağlanma stratejisi kullanırlar. Fagolizozom içinde yaşayabilen Salmonella ve Lepra basilinde, fagolizozom oluşumunu önleyenler Klamidya, Tuberkuloz (miyositin aracılığıyla) ve Legionella'dır. Listeria fagolizozomu delip sitoplazmada çoğalarak hücreden hücreye kaçar. Antijenik değişim (N. gonorrhoeae, Borrelia recurrentis) ile bazı patojenleri enfeksiyondan kaçarlar.

Diğer virülans faktörleri arasında enzimler (kollagenaz, hyaluronidaz, koagülaz, lokosidin), IgA proteaz (mukozal IgA'yı yıkarak enfeksiyona zemin hazırlarlar; S. pneumoniae, H. influenzae, N. meningitidis, N. gonorrhoeae'de bulunur) ve siderofor yapımı (dış ortamdan demir alınmasını sağlayan önemli bir virülans faktörü) yer alır. Protein sekresyon sistemleri (Tip III injektozom, Tip IV DNA aktarımı, Tip VI bakteri-bakteri aktarımı) ise konak hücreye virülans faktörlerini doğrudan enjekte etmeyi sağlarlar.

Sterilizasyon, tüm mikroorganizmaların yok edilmesidir ve sterilizasyon güvence düzeyi, sterilizasyon sonrası canlı mikroorganizma kalma ihtimalinin 1/1.000.000 olmasını gerektirir. Dezenfeksiyon ise hastalık yapıcı patojenlerin yok edilmesidir ve rutinde kullanılan tıbbi araçlar için uygulanır. Antisepsi doğrudan doku ve deri üzerine uygulanan dezenfeksiyon işlemidir; pastörizasyon ise özel olarak sütün dezenfeksiyonunu tanımlar.

Tindalizasyon, benmari denilen su banyosu kullanılarak serum gibi ısıya dayanıksız maddelerin sterilizasyonunda kullanılır. Steril dokulara, vücut boşluklarına veya vasküler sisteme giren malzemelerin mutlaka steril olması gerekir; bunun aksine mukoza ile temas eden malzemelerin yüksek düzey dezenfektan ile işlem görmesi yeterlidir.

Basınçlı buhar (otoklav) en etkili, en güvenilir ve ısıya dayanıklı tüm malzemelerde en uygun yöntemdir; mikroorganizma proteinlerini hidroliz yoluyla denafüre eder ancak sıvı ve plastik malzemelerin sterilizasyonunda kullanılamaz. Kuru hava (Pasteur fırını) ve basınçsız buhar (Arnold kazanı) alternatif fiziksel yöntemlerdir. Yakma (öze, ekim iğnesi), kaynatma ve tindalizasyon daha az güvenilir yöntemlerdir.

Süzme (filtrasyon) serum gibi ısıya dayanıksız sıvıların sterilizasyonunda kullanılırken, HEPA filtreler havayı süzerek mikroorganizmalardan arındırır ve Aspergillus enfeksiyonlarından korunmada en etkilidir. İyonize radyasyon (X ve gama ışını) serum setleri ve kataterler gibi malzemelerin sterilizasyonunda kullanılırken, ultraviyole ışınları boş hasta odalarının ve ameliyathanelerin dezenfeksiyonu amacıyla uygulanır.

Etilen oksit, yanıcı, patlayıcı, kanserojen ve toksik bir gazdır; plastik eldiven ve plastik tüp gibi ısıya duyarlı malzemelerin sterilizasyonunda kullanılır ve hastanede kullanılan malzemelerin steril edilmesinde en sık tercih edilen yöntemdir. Kullanım öncesi cihazın mutlaka havalandırılması gerekir. Hidrojen peroksit geniş spektrumlu, güvenli ve toksik olmayan bir ajandır; plastik malzeme, kontakt lens ve cerrahi implant sterilizasyonunda uygulanır ve Cryptosporidium sporlarını inaktive edebilir.

Kimyasal sterilizanlar arasında perasetik asit, glutaraldehit ve formaldehit yer alır. Glutaraldehit endoskop ve bronkoskop sterilizasyonunda kullanılırken, tüm bu ajanlar sporlu bakterileri de inaktive edebilecek kadar güçlü etki gösterirler.

Dezenfektanlara karşı dirençlilik sıralaması şöyledir: Prionlar (en dirençli), Coccidia, bakteri endosporları, mikobakteriler, parazit kistleri, zarfsız küçük virüsler, parazit trofozoitleri, gram negatif bakteriler, mantarlar, zarfsız büyük virüsler, gram pozitif bakteriler ve zarflı virüsler (en duyarlı). Mikolik asit sayesinde mikobakteriler dezenfektanlara en dirençli bakterilerdir ve aside dirençli boyanan mikroorganizmalar dezenfektana da dirençlidir.

El antiseptikleri alkol (hızlı), iyodin bileşikleri (orta), klorhekzidin, iodoforlar, fenol deriveleri, triklosan ve kuaterner amonyum bileşikleri (yavaş) içerir. %70'lik alkol hem yüzey dezenfektanı hem de cilt antiseptiği olarak kullanılırken, glutaraldehit, hidrojen peroksit ve perasetik asit gibi yüksek düzey dezenfektanlar el antiseptiği olarak kullanılmaz.

Spoulding sınıflaması, tıbbi aletleri enfeksiyon riskine göre üç kategoriye ayırır. Kritik aletler (cerrahi alet, kardiyak katater, idrar sondası, rijit endoskop) steril dokulara, vücut boşluklarına veya vasküler sisteme girer ve mutlaka steril olması gerekir. Yarı kritik aletler (anestezi ekipmanları, endoskop, laringoskop blade'leri) mukoza ve bütünlüğü bozulmuş cilt ile temas eder ve yüksek düzey dezenfektan yeterlidir.

Kritik olmayan aletler (ördek, tansiyon aleti manşonu) bütünlüğü bozulmamış cilt ile temas eder ve temiz olması yeterlidir. Sterilizasyonun denetlenmesinde, otoklav için Bacillus stearothermophilus; Pasteur fırını ve etilen oksit için Bacillus subtilis; kobalt ve gama ışını için Bacillus pumilis biyolojik indikatör olarak kullanılır.

Antibiyotikler, mikroorganizmaları öldüren (bakterisidal) veya üremesini durduran (bakteriyostatik) ilaçlardır. Etki mekanizmaları dört ana kategoride sınıflandırılır: hücre duvarı sentezinin blokajı, protein sentezinin inhibisyonu, nükleik asit sentezinin bozulması ve hücre membran işlevinin bozulması. Temel antibiyotik grupları penisilinler, sefalosporinler, karbapenemler, glikopeptitler, aminoglikozitler, tetrasiklinler, makrolidler, kinolonlar ve diğer ajanlardır.

Beta-laktam antibiyotikler peptidoglikan sentezinde transpeptidaz (PBP) enzimini inhibe ederek hücre duvar sentezini engeller. Penisilinler doğal penisilinler (prokain penisilin G, benzatin penisilin G, penisilin V), antistafilokokkal penisilinler (metisilin, oksasilin, kloksasilin), aminopenisilinler (ampisilin, amoksisilin) ve antipseudomonal penisilinler (piperasilin, tazosina) olmak üzere dört gruba ayrılır. Stafilokoklarda penisilinaz aktivitesi dirence yol açarken, PBP2 mutasyonu MRSA (metisiline dirençli Staphylococcus aureus) oluşturur.

Sefalosporinler beş kuşağa ayrılır: birinci kuşak (sefazolin, sefaleksin) geniş gram pozitif spektrumlu, ikinci kuşak (sefaklor, sefuroksim, sefamisin) gram negatif etkinliği artar ve bazıları anaeroplara etkili, üçüncü kuşak (seftriakson, sefotaksim, seftazidim) gram negatif etkinliği daha iyi ve bazıları antipseudomonal, dördüncü kuşak (sefepim) gram pozitif ve gram negatif etkinliği güçlü, beşinci kuşak (seftarolin) MRSA'ya etkilidir. Seftriakson menenjit tedavisinde ilk seçenektir ancak Listeria menenjitinde kullanılmaz.

Karbapenemler (meropenem, imipenem, doripenem, ertapenem) en geniş spektrumlu beta-laktam ajanlardır. Doripenem Pseudomonas'a en etkili olurken, ertapenemin Pseudomonas ve Acinetobacter etkinliği yoktur. Stenotrophomonas metallobetalaktazları nedeniyle doğal dirençli iken, Pseudomonas ve Acinetobacter dış membran porin direnci ile karbapenemlere kazanılmış direnç geliştirirler.

Glikopeptitler (vankomisin, teikoplanin) D-alanin-D-alanin'e bağlanarak hücre duvar sentezini inhibe ederler. MRSA ve enterokok (VRE—vankomisine dirençli enterokok) tedavisinde seçkin ilaçlardır ancak gram negatif bakteri enfeksiyonlarında kullanılamaz. Monobaktam (aztreonam) sadece gram negatif aerobik bakterilere etkilidir.

Aminoglikozitler 30S ribozomal alt birimini inhibe ederek hücre içi patojenler için tercih edilirler; hem 30S hem de 50S üzerine etki gösterdiklerinden bakterisidal etkilidirler. Anaerobik etkinlikleri yoktur çünkü bakteri hücre içine girişleri oksijen bağımlıdır. Spektinomisin gonokok enfeksiyonlarında, paromomisin paraziter hastalıklarda, streptomisin tüberküloz ve veba tedavisinde kullanılır.

Tetrasiklinler 30S ribozomal alt birimini inhibe ederek gram pozitif, gram negatif, anaerop ve atipik bakterilere etkili en geniş spektrumlu antibiyotiktir. Brucella, klamidya ve riketsiya enfeksiyonlarında ilk seçenektir. Kemik ve dişlerde biriktiğinden 8 yaş altında kullanılamaz. Glisilsiklinler (tigesiklin, eravasiklin) tetrasiklinlerden türetilmiş olup MRSA, VRE, ESBL üreten entrobakteriyeler ve Acinetobacter'e karşı etkilidir ancak Pseudomonas'a karşı etkinliği yoktur.

Makrolidler (azitromisin, eritromisin, klaritromisin) 50S ribozomal alt birimini inhibe ederek atipik patojenlere etkili olup hücre içinde yoğunlaşabilirler. Eritromisin difteri basili, boğmaca ve Legionella için; klaritromisin Mycobacterium avium intracellulare ve Helicobacter pylori için; spiramisin gebede Toxoplasma gondii için; fidaksomisin pseudomembranöz enterokolit için kullanılır. Ketolidler (telitromisin) makrolidlerden türetilmiş olup tipik ve atipik solunum yolu etkenlerine karşı etkilidir.

Linkozamidler (linkomisin, klindamisin) gram pozitif ve anaerop bakterilere karşı etkilidir. Diyafram üstü anaeroplarda seçkin ilaç olup toksik şok sendromu, nekrotizm fasiyit ve gazlı gangren tedavisinde kullanılır. Pseudomembranöz enterokolite yol açma riski en yüksek olan antibiyotiktir. Oksazolidinonlar (linezolid, tedizolid) VRE ve MRSA tedavisinde kullanılırken, klindamisin gibi toksin yapımını baskılar ve MAO enzimini inhibe ettiğinden SSRI grubu ilaçlarla serotonin sendromuna neden olabilir.

Kinolonlar (siprofloksasin, levofloksasin, moksifloksasin) DNA topoizomeraz II (DNA giraz) ve topoizomeraz IV'ü inhibe ederler. Siprofloksasin Pseudomonas'a karşı en etkili olurken, moksifloksasin anaeroplara karşı en etkili kinolondur ve idrara geçmez. Kartilaj dejenerasyonu yaptıklarından çocuklarda kullanılamaz ve tendinit, aort diseksiyonu yapabilirler.

Nitroimidazol türevleri (metronidazol, ornidazol) nitroreduktaz enzimine etki ederek DNA'da oksidatif hasar oluştururlar. Metronidazol ambiyaz, giyardiyaz, trikomoniyazis, ciddi anaerobik bakteriyel enfeksiyonlar ve antibiyotik ishali tedavisinde kullanılır. Rifampisin DNA'ya bağımlı RNA polimeraz inhibisyonu yapar ve tüberküloz tedavisinde temel ilaçtır.

Polimiksinler (polimiksin B, polimiksin E/kolistin) polipeptit yapılı olup determinjanlarla benzer özellik gösterirler ve gram negatif bakterilerin LPS'lerine bağlanırlar. Proteus, serratia, burkholderia ve gram pozitif bakterilere etkisi yoktur. Duyarlık çalışırken disk difüzyon değil sıvı mikrodilüsyon yöntemi kullanılır.

Lipopeptitler (daptomisin) gram pozitif bakterilerin hücre membranındaki lipitlere bağlanarak iyon kanallarını açarlar ve bakteri membran potansiyelini kaybetmelerine neden olurlar. Gram negatif bakterilere etkisizdir. Sürfaktanla etkileşimi nedeniyle pnömoni tedavisinde kullanılmamalıdır ve myopati, rabdomyoliz yapabilir. VRE ve MRSA tedavisinde kullanılırken, glikolipopeptitler (telavansin, oritavansin, dalbavansin) vankomisinin semisentetik türevleridir.

Bacterial dirençlilik intrensek (doğal) veya ekstrensek (kazanılmış) olabilir. Intrensek direnç gram negatif bakterilerin vankomisin ve daptomisine, enterokokların sefalosporine, anaeroplarin aminoglikozitlere, Mycoplasma'nın betalaktama ve Stenotrophomonas'ın karbapenemlere gösterdiği doğal direnç örneğidir.

Ekstrensek direnç mekanizmaları beş ana kategoride görülür: betalaktamlar için betalaktamaz üretimi ve PBP değişimi, glikopeptitler için hedef molekülün değişimi (VAN A-G geni), aminoglikozitler için modifiye edici enzimlerin inaktivasyon yoluyla etkinlik azaltması, tetrasiklinler için eflüks pompaları ve makrolidler için 50S ribozomal alt birimdeki değişiklik (MLS direnci). Genişlenmiş spektrumlu beta-laktamaz (ESBL) plazmit aracılı gelişen bir dirençtir ve en fazla K. pneumoniae tarafından üretilir.

Direnç kromozomal, transpozon veya plazmid kaynaklı olabilir ve transformasyon, transdüksiyon veya konjugasyon ile ortaya çıkar. ESBL profili sefamisinlere duyarlılık gösterirken, diğer sefalosporinlere ve aztreonama dirençli olup betalaktamaz inhibitörlü kombinasyonlara ve karbapenemlere duyarlıdır. Metallobetalaktamaz üretimi varsa karbapenemlere direnç vardır.

Minimum inhibitör konsantrasyon (MIC) bir antibiyotik etkisinin görülmeye başladığı en düşük konsantrasyondur; minimum bakterisidal konsantrasyon (MBC) ise bakteri hücrelerinin %99,9'unu öldüren en düşük konsantrasyondur. Aditif etki, sinerji ve antagonizma kavramları kombinasyon tedavisinin etkinliğini değerlendirir: sinerji hedeflenen etki iki ve hatta üç kat artırırken, antagonizma istenmeyen etkileşimlerle sonuçlanır.

Bakteriyel aşılar canlı, kapsül polisakkarit ve toksoid aşı olmak üzere üç ana grupta sınıflandırılır. Canlı aşılar (BCG, F. tularensis, Ty21a Salmonella Typhi oral apat) düşük doz, genellikle tek doz, uzun bağışıklık süresi ve güçlü hücresel immün cevap gösterirler. Kapsül polisakkarit aşılar (Streptococcus pneumoniae, Haemophilus influenzae tip b, Neisseria meningitidis) T hücrelerini doğrudan uyaramadıklarından IgM cevabı oluştururlar ve hafıza immünitesi gelişmez; protein ile konjuge edilirse IgG cevabı ve hafıza immünitesi oluşturulabilir.

Toksoid aşılar (difteri, tetanoz, aselüler boğmaca) toksinler veya toksin fragmentlarından hazırlanırken, canlı aşılar yüksek virüsle doza ilişkin tepkiler gösterebilir ve sıcağa duyarlıdır. İnaktive aşılar ise sıcağa dirençli, güvenli ancak çok sayıda doza ihtiyaç duyan, kısa bağışıklık süreli ve zayıf hücresel immün cevap gösteren aşılardır.