Soğutma kulelerinden izole edilen gram negatif bakterilerde N-açil homoserin lakton (AHL) üretiminin incelenmesi
Investigation of acylated homoserine lactone (AHL) molecule production in gram negative bacteria isolated from cooling towers
Yazar: EZGİ HASLAN
Danışman: DOÇ. DR. AYTEN ERDEM
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2010
Konu: Mikrobiyoloji = Microbiology
Dizin: Agrobacterium tumefaciens = Agrobacterium tumefaciens ; Chromobacterium = Chromobacterium ; Gram negatif bakteriler = Gram negative bacteria ; Soğutma kuleleri = Cooling towers

Özet:
Fabrikalar, alışveriş merkezleri, otel ve hastanelerde, sistemden gelen ısının su aracılığı ile düşürülmesi amacıyla soğutma kuleleri kullanılmaktadır. Soğutma kuleleri devamlı olarak mikroorganizmalara maruz kalmakta ve onlar için elverişli bir yaşama ortamı sağlamaktadır. Suda serbest olarak bulunan bakteriler genellikle ortamda uygun buldukları yüzeye tutunarak burada çoğalmaya başlar ve biyofilm tabakası oluştururlar. Biyofilm tabakası içerisinde kendi türlerinden başka bakteri türleri ile bir arada bulunan bakteriler, kendilerini çevre şartlarından korumak ve türünün devamlılığını sağlamak için sahip oldukları çevreyi algılama sistemlerini kullanmaktadırlar.Bu bağlamda çalışmamızda, farklı endüstri kollarında faaliyet gösteren altı farklı soğutma kulesinden su ve biyofilm örnekleri alınarak fekal ve total koliform grubu bakteriler, Pseudomonas aeruginosa, Aeromonas spp. ve total heterotrofik bakteriler açısından incelenmiş ve Gram negatif çomak özellik gösteren bakterilerin izolasyonu yapılmıştır.Soğutma kulesi su sistemlerinde bulunan, insan sağlığı ve sistem ve sistemin bağlı olduğu araçların verimi açısından büyük önem taşıyan Gram negatif çomak özellikteki bakteriler, çevreyi algılama sistemlerine sahip olup olmadıkları, üretilen sinyal molekül çeşidi ve biyofilm oluşturma kapasiteleri açısından incelenerek su ve biyofilm örneklerinden izole edilen bakterilerin çevreyi algılama sistemlerinin karşılaştırılması amaçlanmıştır. Uzun zincirli N-acil homoserin lakton (AHL) sinyal molekül üretiminin incelenmesi için Agrobacterium tumefaciens NT1, kısa zincirli AHL sinyal molekül üretiminin incelenmesi için Chromobacterium violaceum CV026, monitör suşlar olarak kullanılmıştır. Ayrıca, su ve biyofilm örneklerinden izole edilen bakterilerin biyofilm oluşturma kapasiteleri kristal viyole boyama yöntemi kullanılarak incelenmiştir.Soğutma kulesi su ve biyofilm örneklerinin bakteriyolojik analizi sonucu, altı kulenin de EWGLI kriterlerine göre orta ve yüksek risk grubunda olduğunu göstermiştir. Soğutma kulesi su ve biyofilm örneklerinden Gram negatif çomak özellikte toplam 99 bakteri izole edilmiştir. Soğutma kulesi su örneklerinden izole edilen 39 bakteriden 4' ünün (% 10) ve biyofilm örneklerinden izole edilen 60 bakteriden 14' ünün (% 23) çeşitli AHL sinyal moleküllerini üretebildiği tespit edilmiştir. Biyofilm örneklerinden izole edilen bakterilerin AHL sinyal molekül üretme yeteneğinin, planktonik bakterilerinkinden daha fazla olduğu ve bu iki grubun AHL sinyal molekül üretimi arasında anlamlı bir fark olduğu saptanmıştır (p <0.05).Ayrıca, soğutma kulesi su ve biyofilm örneklerinden izole edilen aynı türe ait bakterilerin farklı AHL sinyal molekül çeşitleri üretebildikleri ve bir bakterinin AHL ekstraktında birden fazla çeşitte AHL sinyal molekülü bulunduğu saptanmıştır.İzole edilen bakterilerin biyofilm oluşturma kapasitesi incelendiğinde biyofilm örneklerinden izole edilen bakterilerin orta ve kuvvetli, su örneklerinden izole edilen bakterilerin ise zayıf ve orta seviyede biyofilm oluşturma kapasitesine sahip oldukları saptanmıştır. Biyofilmden izole edilen bakterilerin biyofilm oluşturma kapasitesinin, sudan izole edilen bakterilerin biyofilm oluşturma kapasitesinden anlamlı derecede yüksek olduğu tespit edilmiştir (p <0.05).Su ve biyofilm örneklerinden izole edilen bakterilerin biyofilm oluşturma kapasitesi ile AHL sinyal molekül üretimi karşılaştırıldığında bakterilerin sahip olduğu bu iki özellik arasında istatistiksel olarak anlamlı bir ilişki olduğu (p <0.05) ve AHL sinyal molekül üretiminin, biyofilm oluşumunu arttırdığı tespit edilmiştir.Soğutma kulelerinde oluşan biyofilm tabakası ve suda bulunan bakteriler, sistem verimi ve halk sağlığı açısından büyük önem taşımaktadır. Bu nedenle soğutma kulelerinin zararlı patojenlerden arındırılması çok önemlidir. Bakterilerdeki çevreyi algılama sistemleri ve bu sistem elemanlarının iyi anlaşılması, biyofilm oluşumunu sekteye uğratacağı gibi, bakterilerin fenotipik değişikliklere uğramasını da engelleyecektir. Böylece sistemlere uygulanan antibakteriyel ajanlara direnç geliştiremeyen bakterilerin sistemden uzaklaştırılması kolaylaşabilecektir.

Abstract:
Cooling towers are generally used to reduce the heat arised from factory, mall, hotel and hospital systems by the help of water. Cooling towers are continuously exposed to microorganisms because of their working with water and provide microorganisms a suitable habitat. Planktonic bacteria are usually attach to the surface that is eligible for them, start growing on that surface and form biofilm layer. There are multiple bacteria species in biofilm layers, therefore bacteria use cell to cell signalling systems to protect themselves from the environmental conditions and secure their species? existance.In this respect, in our study, water and biofilm samples from six different industrial plant?s cooling towers were collected and examined in view of fecal and total coliform bacteria, Pseudomonas aeruginosa, Aeromonas spp., and total heterotrophic bacteria and Gram negative rod bacteria were isolated.Gram negative rod bacteria isolated from cooling tower water and biofilm samples which are important for human health, cooling tower and plant?s efficiency were examined for cell to cell signalling systems, N-acyl homoserine lactone (AHL) signal molecule types and biofilm formation capacity. Subsequently, bacteria isolated form cooling tower water and biofilm samples were examined for comparison of AHL signal molecule production characteristics. A. tumefaciens NT1 monitor strain is used for detection of long chained AHL signal molecules and C. violaceum CV026 monitor strain is used for detection of short chained AHL signal molecules. Crystal violet staining is used to detect the biofilm formation capacity of the bacteria isolated from water and biofilm samples.The bacteriological analysis of six different plant?s cooling tower samples showed that all cooling towers have moderate and high risk factors according to European Working Group for Legionella Infections (EWGLI) criteria. Total of 99 Gram negative rod bacteria are isolated from cooling tower water and biofilm samples. 4 of 39 (10 %) strains isolated form water samples and 14 of 60 (23 %) strains isolated from biofilm samples are determined to be producing a variety of AHL signal molecules. In our study, it is determined that AHL signal molecule production ability of sessile bacteria is more than planktonic bacteria and there is a statistically significant difference between AHL signal molecule production of these two groups (p <0.05).Furthermore, it is detected that bacteria belong to same species isolated from cooling tower water and biofilm samples produce different types of AHL signal molecules and that there are different types of AHL signal molecules in an AHL extract of a bacteria.When biofilm formation capacity of these bacteria are examined, we find that bacteria isolated from cooling tower biofilm samples have moderate, and high biofilm formation capacity and bacteria isolated from cooling tower water samples have weak, and moderate biofilm formation capacity.When statistical comparision of biofilm formation capacity of bacteria isolated from water and biofilm samples are made, it is determined that biofilm formation capacity of sessile bacteria is higher than planktonic bacteria (p <0.05).It is determined that biofilm formation capacity of biofilm bacteria is statistically higher than those of planktonic bacteria (p <0.05).Biofilm layer and planktonic bacteria present in cooling towers have very high importance for plant efficiency and public health. Therefore, it is very important to get rid of harmful pathogens. Understanding quorum sensing systems and it?s elements in bacteria will not only disrupt biofilm formation but also prevent them from undergo phenotypic changes, so that bacteria which can not develop resistance to antibacterial agents introduced to systems, could easily be removed from the cooling systems.