Proje Özeti

Doğal çevrelerde bulunan bakterilerin çoğu biyofilm adı verilen ve biyopolimerlerin oluşturduğu ekstraselüler matriks içerisinde bulunurlar. Biyofilm matriksi içerisinde yoğun olarak bulunan ekstraselüler DNA (eDNA)’nın biyofilm oluşturan hücrelerin parçalanması sonucunda meydana geldiği ve genetik bilginin taşınması dışında bir görevinin olmadığı düşünülmekteydi. eDNA’ nın biyofilm yapısındaki rolü henüz tam olarak aydınlatılamamış olsa da, önemli bir yapısal bileşen olduğu, enerji ve besin kaynağı olarak işlev gördüğü ya da doğal kompetent bakterilerde yatay gen transferi (HGT) için gen havuzu oluşturduğu artık bilinmektedir. Yapılan son çalışmalarda hem Gram-pozitif hem de Gram-negatif bakterilerin oluşturduğu biyofilm yapısının ana bileşenlerinden birinin eDNA olduğu belirlenmiş, patojenitede ve antimikrobiyal ajanlara karşı direnç oluşturmadaki önemi aydınlatılmıştır. Bakteriyel biyofilm yapılarında eDNA’nın bulunması, çoğunlukla bakteriyel nükleazların salgılanması ile birlikte olmakta, bu da eDNA’yı bakteri komünitelerinin ihtiyaçları doğrultusunda düzenlenen esnek bir bileşen yapmaktadır. Ekstraselüler nükleazların delesyonu genellikle kompakt ve kalın biyofilm yapılarının oluşmasına neden olmaktadır. Doğal tip suşlar ile kıyaslandığında nükleaz mutantlarının oluşturduğu olgun biyofilmlerin üç boyutlu yapılarında rastladığımız sıvı-taşıma kanallarından yoksun olduğu belirlenmiştir. Bunun yanı sıra, besin maddelerinin sınırlı olduğu çevrelerde nükleazlar eDNA’nın degredasyonunu sağlayarak bakteriler tarafından karbon, azot ve fosfat kaynağı olarak kullanılmasına aracılık etmektedir.

Gram-pozitif fırsatçı E. faecalis patojeni; ortopedik implantlar, üreteral stentler, kataterler ve kalp kapakçıkları gibi implant araçları üzerinde inatçı biyofilm yapıları oluşturarak nazokomiyal enfeksiyonlara öncülük etmektedir. Enterokoklar konvensiyonel antibiyotiklere karşı giderek artan bir direnç sergilemektedir. Epidemiyolojik analizler, antibiyotik direnç genlerinin farklı bakteri cinsleri arasında aktarım için önemli bir rezervuar olduğunu göstermiştir.

Salmonella enterica serovar Typhimurium, kontamine su ve gıdaların tüketilmesi sonucunda bulaşan enteroinvazif bir bakteriyel patojendir. S. Typhimurium insanlarda gastroenterite neden olurken, farelerde tifoid ateşe yol açar. Bununla birlikte, S. enterica suşlarının büyük çoğunluğu biyofilm yapısı ve hücre yüzey komponentleri oluşturarak hem olumsuz çevresel koşullarda canlılığını sürdürebilme hem de pek çok antimikrobiyel ajana karşı direnç geliştirme yeteneğindedir.

Biyofilm yapısında bulunan bakteriler, planktonik bakterilerden başta antibiyotik tedavilerine verdikleri yanıt olmak üzere pek çok açıdan farklıdırlar. Biyofilm içerisinde bulunan bakteriler antibiyotiklere karşı yüksek düzeyde direnç gösterirler. Biyofilmi oluşturan karmaşık ekstraselüler polimerik matriks yapısı, antibiyotiklerin bakterilere ulaşmasını engeller. Biyofilm yapısında bulunan bakteriler ayrıca yavaş büyüme ve az besin varlığında hayatta kalma gibi zorlu koşullara karşı da dirençlidirler. Antibiyotikler daha aktif hücre proseslerini hedef aldığından, biyofilm yapısındaki bakterinin fizyolojisindeki değişiklikler antibiyotiklere karşı daha dirençli olmalarını sağlar. Bugüne kadar, biyofilm yapılarının yok edilmesinde kullanılacak etkin bir bileşen tanımlanmamıştır.

Yapılan pek çok araştırma sonucunda dışarıdan biyofilm ortamına ilave edilen deoksiribonükleazların yeni oluşan genç biyofilm yapılarını inhibe ettiği ve biyofilm bakterilerinin biyosit muamelesi ile öldürülmesini kolaylaştırdığı belirlenmiştir. eDNA’ nın uzaklaştırılması matriksi zayıflatmakta, biyofilm yapısını tam olarak dağıtmasa da antibiyotiklere karşı duyarlılığını arttırmaktadır. eDNA’yı degrade etmek suretiyle biyofilm yapısını zayıflatmaya alternatif bir diğer strateji, eDNA ile biyofilm matriksindeki ya da hücre yüzeyindeki diğer moleküllerin etkileşimini bozmaktır. DNaz ile antibiyotiklerin ve biyositlerin birlikte kullanımı, biyofilm enfeksiyonları ile mücadelede daha etkili çözümlerin geliştirilmesine öncülük edecek ve de gıda işletmeleri gibi alanlarda biyofilm yapılarının temizlenmesinde çevre dostu bir yol sağlayacaktır.

Önerilen projede Gram-pozitif E. faecalis ve Gram-negatif S. Typhimurium patojen bakterilerinin ürettikleri biyofilm yapılarında eDNA miktarının ve rolünün belirlenmesi çalışmalarının yanı sıra, literatürde ilk defa bu organizmaların biyofilm yapılarının eradikasyonunda DNaz I enziminden daha yüksek aktiviteye sahip Benzonase® enzimi kullanılacaktır. Ayrıca yine literatürde ilk defa çeşitli nükleazlar ile E. faecalis ve S. Typhimurium biyofilm yapılarının zayıflatılmasını takiben konvensiyonel antibiyotikler uygulamak suretiyle biyofilm ile mücadelede yeni yolların belirlenmesi amaçlanmaktadır.