Zamanla, biyofilm oluşturan mikroorganizmaların genetik arka planının yanı sıra gıda işleme tesislerinde biyofilm oluşumunu destekleyen koşullar kapsamlı bir şekilde incelenmiştir. Genetik sinyallerin spesifik kontrolü, biyofilm geliştirme ve dağıtımının her adımında mevcuttur.
Bir mikrodizi gen ekspresyon modeli olan L. monocytogenes’in analizi, biyofilmin farklı aşamalarında tanımlanan genlerin ekspresyonu için farklı zaman aralıklarında (4, 12 ve 24 saat) yapıldı. Sonuçlar, 150’den fazla genin biyofilm oluşumundan 4 saat sonra yukarı regüle edildiğini ve toplam 836 genin zaman içinde ifadede yavaş bir artışı vurguladığını gösteriyor. Birkaç bakteri türünün genom diziliminin biyofilm sentezinde yer alan genlerin tanımlanmasına izin vermesine rağmen, bu genler tek başına biyoinformatik analiz kullanılarak tanımlanamaz.
Biyofilm oluşumunda, flagella ve tip I aracılı hareketler ilk hücre-yüzey etkileşimi için gerekli olduğundan, bağlanma adımı bir ön koşuldur. Araştırmacılar, genlerin rollerini ve biyofilm oluşumunu kontrol eden düzenleyici yolu bulmak için transpozon ekleme mutantları ve transkripsiyon deneyleri gibi genom çapında bir veya iki yaklaşım uyguladılar. Transpozon mutagenez kütüphanesi ile daha az biyofilm üreten Himar1 transpozon gezgininin tanıtılmasıyla 70 L. monocytogen mutantını tanımlamak mümkün olmuştur.
Tanımlanan 38 genetik lokustan 4’ünün bakteri motilitesinde (fli D, fli Q, fla A ve motilite) yer aldığı bulundu. Bu, ilk yüzey teması için gerekli bir özelliktir. Biyofilm ortaya çıktıktan 4 saat sonra ekspresyonu artan ve ekspresyonu 12 saat sonra azalan başka bir gen, bu kolonizasyon aşamasında olan listeriyozis degradasyonu için pozitif düzenleyici faktör A olan prf A idi.
Patojenik mikroorganizmalarda biyofilm oluşumunda önemli rolleri olan genlerin listesi (UniprotKB veri tabanı) Sırasıyla INTERNALIN A ve BapL gibi hücre dışı proteinler ve yüzey proteinlerinin, L. monocytogenes EGD-e’de ilk bakteriyel adezyonda rol oynadığı bulunmuştur. Ayrıca hareketleri flagella tarafından sağlanır ve sıcaklığa bağlıdır, bu da biyofilm oluşumunu etkiler. Bu nedenle, flaA için transkripsiyon 30 °C’nin üzerinde durduruldu.
Hücre yüzeyi yapışmasından sorumlu S. aureus genleri, glukozamin polimeri ve hücreler arası yapışkan polisakkaritlerin biyosentezinde işlev gören icaADBC sürücüsüne dahildir. Bu nedenle, bir dizi taşıyıcı proteini (pro P, opu D, aap A ve dlt A) kodlayan diğer genler, biyofilm başlangıcından 8 saat sonra yukarı regüle edildi. E. coli’de vim A, yad, Kyad, NyadM ve yadC hücre yapışmasıyla ilgili genler gibi fimbria benzeri proteinleri kodlayan hücre zarı integrali ile birlikte eksprese edilir. Dış zar proteinlerini (htr E), transkripsiyonel düzenleyicileri (mng R ve nha R) veya diğer genleri içeren genler, ancak bu ağ suşa özgü gibi görünüyor.
Bu durumda, S. enterica, diferansiyel ekspresyon analizi, birçok Gram-negatif bakteri gibi ycfR’nin yüksek oranda korunduğunu, klor stresi altında yukarı regüle edildiğini ve bakteriyel virülanstan ve cam veya polistirene bağlanmadan sorumlu olduğunu ortaya çıkardı. Ayrıca Salmonella spp. İlgili biyofilmler, curli ve selüloz ekspresyonunu aktive eden transkripsiyon düzenleyici protein CsgD tarafından tetiklenir. Curli’nin yapısal alt birimlerini kodlayan csg BAC operonunun transkripsiyonu, selüloz üretimiyle ilgili ikinci makine olan adr A. Salmonella spp.’nin transkripsiyonunu dolaylı olarak aktive eder. aktivasyonunda önemli faktörlerdir. Biyofilmler, CsgD içeriği yükseldiğinde ikincil haberci molekül görevi gören c-di-GMP’dir. Mikro koloniler, hücre proliferasyonu ile oluşturulur ve hücre bölünmesi, hücre duvarı biyogenezi, virülans, motilite, stres tepkisi ve transkripsiyonel düzenleyici faktörler ile ilgili birçok gen ifade edilir.
Biyofilm oluşumu boyunca ifade edilen veya farklı biyotik veya abiyotik faktörlerin etkisi altında aşağı regüle edilen genlerin bir seçimini gösterir. dlt’nin ABC L. monocytogenes olduğu bildirilmiştir. Suşlar, transpozon mutasyonları ile doğrulanan biyofilm oluşumunda kusurludur.D. teikoik asitler, biyofilm sentezi için alanile edilir. Bu, mutasyonlar olmadan, teikoik asitlerin yüzeyindeki -alaninin daha yüksek bir negatif yüke sahip olduğu ve bir biyofilm-negatif fenotip geliştirdiği anlamına gelir.
Olgun biyofilm mikro kolonilerden gelişir ve bu gelişme EPS üretimi ile ilişkilidir. Diğer B. cereus Bacillus sp.’nin biyofilm matrisi. , ancak EPS sentezinden sorumlu eps genleri, Bacillus subtilis ile karşılaştırıldığında Brucella sirius için zorunlu değildir. B. cereus’taki düzenleyici ağlar hakkında çok az şey bilinmektedir, ancak araştırmalar CodY ve SpoOA’nın da biyofilm oluşumunda önemli bir rol oynayabileceğini göstermiştir.
Ayrıca, B. subtilis genomundan tap A ve bsl A tarafından kodlanan yapısal proteinler, B. cereus matrisinde yoktur çünkü bu genler, B. cereus genomunda homologdur. Alternatif olarak, B. cereus biyofilm gelişimi için matris lifi sentezinden sorumlu olan tas A geni gereklidir. Kolinik asit, biyofilmde yaşayan bakteriler için önemli bir fizyolojik rol oynayan, birkaç patojenik bakterinin matriks biyofilmlerinde tanımlanan önemli bir polisakkarittir. Bu EPS, wca L (S. enterica) veya wca F (E. coli) geni tarafından kodlanan spesifik enzimler tarafından sentezlenir. Sistemik stres yanıtının ana düzenleyicisi olan RPOS geninin, olgun biyofilmlerin gelişiminde önemli bir faktör olarak kabul edilebileceği de gösterilmiştir.
Bu nedenle, planktonik bir durumdan ince bir biyofilm durumuna geçiş kritiktir ve matris sentezi, hücre montajı ve hücre sinyali için gerekli olan katı gen düzenlemesine tabidir. Bununla birlikte, çoklu genetik geçmişe sahip bakteriler, kooperatif ilişkileri, çekirdek algılama (QS) adı verilen bir mekanizma aracılığıyla düzenleyerek iletişim kurar; burada bakteri hücreleri, endojen indükleyiciler adı verilen küçük, yayılabilir sinyal molekülleri aracılığıyla birbirleriyle sosyal olarak etkileşime girer ve biyofilmlerin gelişimine katkıda bulunur.
1970’lerde açıklanan çekirdeklenme tespiti süreci, hücre sayısı yoğunluğuna yanıt olarak karmaşık kimyasal sinyal molekülleri aracılığıyla çeşitli gen ifadelerinin kontrolünde yer alır. Bakteriler kritik biyokütlelerini hissetmeye başladıklarında, bakteri genomunun %10’undan genleri aktive ederek veya baskılayarak yanıt verirler. Sistem hem Gram-negatif hem de Gram-pozitif bakteriler için tanımlandı.
QS arasında, diğer iki önemli düzenleyicinin biyofilm şeklini ve yapısını kontrol ettiği bilinmektedir: diguanozin monofosfat (c-di-GMP) ve küçük RNA. Örneğin, S. aureus biyofilm gelişimi, çeşitli çevresel koşullar ve genetik sinyaller tarafından düzenlenir. Biyofilm oluşumunun önemli bir bileşenine, esas olarak polimer N-asetil-glukozamin (PNAG) ve ica operon tarafından kodlanan eDNA’dan oluşan hücre içi polisakarit yapışması aracılık eder. S. aureus gibi bazı durumlarda, biyofilmle ilişkili protein (Bap), hücreler arasındaki polisakarit yapışmasının (polisakarit hücreler arası adezyonlar) ifadesinden ziyade biyofilm olgunlaşmasında yer alır.
S. aureus’ta c-di-GMP alımı, ekzopolisakkarit biyosentez enzimlerini dimerik olarak aktive eden önemli bir biyofilm düzenleyicidir, ancak ilgili küçük RNA genlerinin işlevi henüz ayrıntılı olarak incelenmemiştir. Plankton durumunda dezenfektanlara karşı artan duyarlılık gözlemlenirken, biyofilmler söz konusu olduğunda bunlar en dirençli ve gıda ve tıp endüstrisi için eşit derecede önemli olabilir.
S. aureus, B. subtilis ve L. monocytogenes gibi gram-pozitif bakteriler, yardımcı gen düzenleyici (Agr) sistemi tarafından kodlanan indükleyiciler aracılığıyla iletişim kurar. Agr kompleksinin S. aureus genomunda 100’den fazla geni düzenlediği ve L. monocytogenes genomundan silinmesinin 600’den fazla geni etkilediği görülmektedir. S. aureus’un bir yardımcı regülatörü, oto-indüklenebilir peptitlere (AIP’ler) yanıt olarak virülans faktörlerinin ve toksinlerin ekspresyonunu modüle ederken, luxS, bilinmeyen bir QS zinciri kullanarak ekzopolisakkaritlerin sentezini inhibe eden AI-2’yi toplar.
L. monocytogenes, Tetikleyiciler virülansı, bakteriyel QS CTA düzeneğini ve biyofilmi işaret eden PrfA tarafından düzenlenen bir genin transkripsiyonel aktivasyonudur. Hücreden hücreye etkileşimlerde yer alan başka bir gen secA2’dir. Silinmesi, artan hücre agregasyonu ve sedimantasyon ile SecA2 yolunu bozabilir.
kaynak:
https://www.researchgate.net/publication/337317638_Biofilms_Formed_by_Pathogens_in_Food_and_Food_Processing_Environment
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5949339/
yazar: Özlem Güvenç Ağaoğlu
Diğer gönderilerimize göz at
[wpcin-random-posts]
İlk Yorumu Siz Yapın