Mikrobiyoloji

Mikrobiyoloji, mikrorganizmaları inceleyen bilim dalıdır. Bakteriler, archaea, virüsler, protistler (protozoonlar, ilkel algler ve ilkel mantarlar), mayalar ve küfler gibi mikroorganizmalar mikrobiyolojinin konu alanını oluştururlar. Mikrobiyoloji bilim dalının aktif olarak kullanıldığı uygulama alanları tıp, tarım ve endüstridir (endüstriyel mikrobiyoloji ve biyomühendislik).

Mikroorganizmalar ökaryot veya prokaryot olabilirler. Mayalar, küfler ve protistler gruplarına dahil Ökaryotik mikroorganizmalar hücre içi organellere ve hücre çekirdeğine sahiplerken, tamamı mikroorganizma olan prokaryotlar, hücre içi organellere sahip değildirler ve Bacteria ve Archaea üst alemlerinde sınıflandırılırlar. Mikrobiyologlar geleneksel olarak kültür, boyama ve mikroskobi yöntemleri ile çalışırlar. Ne var ki doğada bulunan mikroorganizmaların %1'den daha az bir kısmı mevcut yöntemlerle kültürde izole edilebilmektedirler. Bu nedenle günümüzde DNA sekanslama gibi moleküler biyoloji yöntemleri de mikrobiyolojik çalışmalarda kullanılmaktadırlar, örneğin 16s Ribozomal RNA gen dizilimi bakterilerin tanımlanmasında kullanılmaktadır.

Virüsler'in organizma olarak sayılıp sayılmayacakları hakkında çok farklı görüşler bulunmaktadır, çok basit yapılı mikroorganizmalar olarak veya çok kompleks yapılı moleküller olarak kabul edilebilmektedirler. Prionlar, mikroorganizma olarak değerlendirilmezler, fakat prionların neden olduğu hastalıklar viral enfeksiyonlarla klinik olarak benzerlikler gösterirler ve virologlar tarafından "enfeksiyöz proteinler" olarak incelenirler.

Uzun müddet insanlar, çevrelerinin mikroplarla dolu olduğundan habersizdi. Halbuki mikroorganizmalar, onun etrafındaki her yerde, eşyalarında hatta derisinde ve bağırsaklarında milyonlarca bulunuyordu. İlerleyen yüzyıllarda insan bilmeden mikropları işlerinde kullanmaya başladı. Ekmek yapımı, peynir ve sirke imali, boza yapımı bunların başta gelenleridir.

Halbuki mikroorganzmaların varlığı kesin olarak keşfedilmelerinden yüzyıllar öncesinde tahmin edilmiştir. Mesela 6. yüzyılda Jainizm öğretisinde, toprakta, havada, suda ve ateşte gözle göremediğimiz çok küçük yaratıkların var olduğu varsayımı yer almaktaydı. Mikroskobun 1590 yılında bulunmasından 16 asır önce, Romada yaşamış olan Marcus Terentius Varro (M.Ö. 116-27), bataklık çevresine yerleşenleri uyarmak için "Buralarda havada süzülerek ağızdan ve burundan vücuda giren ve böylece ciddi hastalıklara sebep olan, gözle göremediğimiz çok küçük hayvanlar ürüyor" diyerek mikroorganizmaların varlığına işaret etmiştir.

İslam medeniyetinin altın çağında yaşamış bilim insanları da mikroorganizmaların varlıkları hakkında hipotezler öne sürmüşlerdir. İbn-i Sina'nın El-Kanun fi't-Tıb kitabı, uyuz akarlarını keşfeden İbn-i Zühr ve El-Hâvi kitabında çiçek hastalığının bilinen en eski tanımlamasını yapan Râzî başlıca örneklerdir.</ref> Osmanlı Sultanı II. Mehmed'in hocası Akşemseddin de, "Hastalık insandan insana veya topraktan insana gözle görülemeyen canlı tohumlar vasıtasıyla iletilir." demiştir.

1676 yılında, Antonie van Leeuwenhoek, kendi dizayn ettiği tek lensli bir mikroskopla observed bakterileri ve diğer mikroorganizmaları gözlemlemiştir. Leeuwenhoek, basit tek lensli mikroskobun kullanımını keşfetmesinden ötürü Mikrobiyolojinin babası olarak da bilinir. Ancak mikroorganizmaların gözlenmesine dair ilk kayıt sanıldığının aksine Leeuwenhoek'a değil, Robert Hooke'a aittir. Robert Hooke'un 1665'te basılan Mikrographa eserinde küf mantarının sporları ve birçok küçük deniz kabuklusunun kabukları anlatılmıştır. Ayrıca Athanasius Kircher adındaki bir cizvit rahibinin de mikroorganizmaları ilk kez gözlemleyen kişi olduğu söylenmektedir.

Mikrop terimi, bilim dünyasına ilk defa 1878'de Fransız cerrahı Charles Sédillot tarafından getirilmiştir. Sédillot, mikropların kendilerine has apayrı bir dünyası olduğunu savunmuştur.

Louis Pasteur ve Robert Koch, mikrobiyolojinin kurucuları olarak kabul edilirler. Pasteur, daha sonraları geniş kabul görecek olan "Spontan jenerasyon teorisini" ispatlamak amacıyla yaptığı deneylerle tanınmıştır ve bu deneyler mikrobiyolojinin bir biyolojik bilim dalı olarak yerini sağlamlaştırmıştır. Pasteur alkollü içki imalatı esnasında gerçekleşen fermentasyonun, mayalar tarafından gerçekleştirildiğini belirtmiş, ayrıca gıda koruma metotları geliştirmiş (pastörizasyon) ve laboratuvar şartlarında mikropların hastalandırıcılık özelliklerini azaltarak şarbon, tavuk kolerası, kuduz gibi bazı hastalıklara karşı aşıları hazırlamıştır. 1877'de Prusya'da adı duyulmamış bir kasaba hekimi olan Robert Koch, hastalıkların spesifik patojen mikroorganizmalar tarafından meydane getirildiğini savunan Hastalık-Mikrop teorisine yaptığı katkılar ile tanınmıştır. Koch postülatları olarak bilinen kriterler ortaya atmıştır. Koch'un ikinci büyük başarısı, 1882'de vereme sebep olan Mycobacterium tuberculosis basilini izole etmesidir.

1867'de İngiliz cerrahı Joseph Lister, antiseptik solüsyonları infeksiyonlara karşı koruyucu olarak kullanmaya başladı. Otoklav adı verilen Sterilizasyon (mikropların öldürülmesi) aracının Pasteur'ün çalışma arkadaşlarından Charles Chamberland tarafından bulunmasıyla, sterilizasyon işlemi laboratuvar ve ameliyathanelerde kullanılmaya başlandı.

Bakteriyoloji bilim dalının 19. yüzyılda algler ve Fotoototrof bakteriler üzerine çalışan bir botanikçi olan Ferdinand Cohn tarafından kurulduğu kabul edilir. Cohn Bacillus ve Beggiatoa gibi pek çok bakteri grubunu tanımlamış, ayrıca bakteriler için taksonomik sınıflandırma şemasını ilk kez hazırlamış ve endosporları keşfetmiştir.

Pasteur ve Koch'un çalışmalarından sonra, bu bilgilerin ışığında birçok hastalık, bakterilerin varlığı ile açıklandı. 1884'te Koch'un asistanlarından ve aynı zamanda da bir askeri cerrah olan Friedrich Loeffler kendi adıyla anılan Difteri basilini buldu. Emil von Behring ise, difteri toksinine karşı bağışıklanmış hayvanların serumlarını vererek insanlarda difterinin hafifletilebileceğini söyledi. 1893'te Alexander Yersin, Hong Kong'da veba etkenini izole etmeyi başardı. Yersin'in bu buluşuna paralel olarak veba mikrobu Koch'un Japon asistanlarından Shibasaburo Kitasato tarafından da bulunmuştu. Kitasato 1889'da tetanus etkeninin anaerobik, sporlu ve toksin üreten bir bakteri, (Clostridium tetani) olduğunu açıkladı. Zamanla keşfedilen bakteriler ve yaptıkları hastalıkların listesi giderek genişledi.

Bakteriler yalnızca hastalık yapan varlıklar olarak ele alınmamalıdır. Tabiatta birçok yerde bakteriler çok önemli bir denge rolü oynamaktadır. 1878'de iki Fransız bilim insanı Théophile Schloesing ve Achille Mantz, topraktaki nitrat bileşiklerinden amonyak imalinin basit bir kimyasal reaksiyon olmayıp, olayın bazı mikroorganizmalarca yapıldığını açıkladılar. Bu olayı yapan bakterileri 1890'da bir Rus bilim insanı Sergei Winogradsky buldu. Bu tip bakteriler enerji ihtiyaçlarını karşılamada organik maddeleri kullanamazlar, ancak bu iş için amonyağın oksitlenmesiyle ortaya çıkan enerjiyi kullanırlar. Vücut maddelerinin yapımı için gereken karbonu karbondioksitten alırlar. Bu iki özellikleri dolayısıyla bunlara kemoototrof (kimyevi yolla kendi kendine beslenen) denmiştir. Aynı Rus bilim insanının bir diğer açıklaması bazı anaerobik (oksijene ihtiyacı olmayan) bakterilerin toprakta serbest bulunduğu ve atmosferdeki azotu, bitkilerin kullanabileceği hale getirdiği şeklindeydi.

1901'de toprakta baklagiller cinsi bitkilerin köklerinde yaşayan Rhizobium türünde bakteriler keşfedildi. Bunlar, kökünde bulundukları bitkinin faydasına olarak, havadaki azotu tespit edici özelliğe sahiptir.

1884'te Fransız bakteriyoloğu Charles Chamberland bakterilerin geçişine izin vermeyen porselen bir filtre imal etti. Bu filtre bakteriden arınmış su elde etmede kullanılıyordu. 1892'de Rus bilim insanı Dimitri Ivanovsky tütün mozaik hastalığının etkeninin bu süzgeçten geçebildiğini gösterdi. Bu süzgeçlerden geçen mikroorganizmalara filtrabl (filtreden geçebilen) virüsler adı verildi.

1900'de Amerikalı bilim insanı Walter Reed'in bazı filtrabl virüslerin belli bir hastalığı yaptığını (bu hastalık Sarı Humma'dır) göstermesi kendine haklı bir şöhret sağladı. Aynı şekilde bakteriden arındırılmış filtratların (süzülmüş sıvıların) hayvanlarda tümör ortaya çıkmasında rol oynadığı ilk olarak Vilhelm Ellerman ve Oluf Bang (1908 Danimarka) daha sonra da Peyton Rous (1911 ABD) tarafından açıklandı. Virüslerin bakteriler içinde de gelişebildikleri 1915'te Frederick Twort tarafından bildirildi. Bu virüslere Bakteriyofajlar denildi.

Tütün mozaik virüsünün kristalizasyonla saflaştırılıp, elde edilmesi (1935), virüslerin birer mikrop olmaktan ziyade, birer kimyevi molekül olduğu fikrini ortaya çıkardı. 1937'de virüslerin nukleoprotein yapısında oldukları İngiliz araştırmacılar F.C. Bawden ve N.W. Pirie'in ekibince bildirildi. Elektron mikroskobunun bilim dünyasına sunulmasını takiben virüslerin fotoğrafları çekilebildi ve incelemeler sonucu hücresel yapıya sahip olmadıkları anlaşıldı.

Yine elektron mikroskobunun ve moleküler biyolojinin gelişmesi büyük virüs veya küçük bakteri denilebilecek küçük mikroorganizmaların varlığını gösterdi. Bunlara riketsia denildi. Riketsialar tifüs, akdeniz benekli ateşi, kayalık dağlar benekli humması ve diğer bazı hastalıklara neden olurlar.

On dokuzuncu yüzyılın ilk yarısında Almanya'da C.G. Ehrenberg, protozooloji dalını bilim dünyasına takdim etti. O protozoonların hayvanlardaki her organ sistemine (çok çok küçültülmüş olarak) sahip olan canlılar olduğunu düşünmüştü. 19. yüzyılın ortalarında Alman bilim insanı Karl von Siebold protozoonların tek hücreli canlılar olduğunu ortaya koydu. Günümüzde protozonların şark çıbanı, kala-azar, sıtma gibi hastalıkları yaptığı bilinmektedir.