Mikrobiyal Patojenite

Konak-patojen ilişkilerinin sonuçları, mikroorganizmaların sayısı, patojenitenin derecesi (veya virülans) ve konağın savunma veya direnç derecesi gibi üç ana faktöre bağlıdır. Mikroorganizma sayısı arttıkça genellikle hastalık oluşma riski de artar. Ancak az sayıda mikroorganizma bile aşırı virülant özelliğinden dolayı konakçı direncinin düşüklüğünde hastalık oluşturabilir.

“Virülans” terimi, Latince “virulentia” (zehir) kelimesinden gelir ve bir patojenin hastalık oluşturma derecesini ifade eder. Virülansı belirleyen özelliklere “virülans faktörler” denir. Örneğin; kapsüller, pili ve toksinler. Virülans, üç temel özellik tarafından tanımlanır: invaziv yetenek, enfektivite ve patojenik potansiyel. Mikrobiyal virülans faktörleri, patojenik mikroorganizmalar tarafından üretilen geniş bir molekül grubunu kapsar ve bu faktörler, mikroorganizmaların konakçı organizmada hastalık oluşturma yeteneğini artıran moleküler özellikler veya bileşenlerdir. Virülans faktörler, bakteriler, virüsler, patojenler ve mantarlar gibi çeşitli mikroorganizmalar tarafından üretilir ve böylece konak savunmasından kaçma ve hastalığa neden olma yetenekleri artar. Virülans faktörler, toksinler, enzimler, ekzopolisakkaritler gibi salgılanan ürünlerin yanı sıra kapsüller; lipopolisakkaritler, glikopolisakkarit ve lipoproteinler gibi hücre yüzeyi yapılarını da kapsar. 

Temel virülans faktörlerine örnekler aşağıda sıralanmıştır. 

1. Adezinler (Yapışma Faktörleri): Mikroorganizmaların konakçı hücrelerin yüzeyine yapışmasını sağlar. Bu yapışma, enfeksiyonun başlangıç aşamasında kritik öneme sahiptir. 2. Toksinler: Konakçı hücrelere zarar veren veya hücre işlevlerini bozan zehirli maddelerdir. Örneğin; bakteriyel toksinler (difteri toksini, botulinum toksini) hücre hasarına ve ciddi hastalıklara yol açabilir.

2. Toksinler: Konakçı hücrelere zarar veren veya hücre işlevlerini bozan zehirli maddelerdir. Örneğin; bakteriyel toksinler (difteri toksini, botulinum toksini) hücre hasarına ve ciddi hastalıklara yol açabilir.

3. Enzimler: Patojenlerin konakçı dokularda yayılmasına, besin elde etmesine veya konak hücrelerin zarlarını yok etmesine yardımcı olan proteinlerdir. Hyalüronidaz ve kolajenaz gibi enzimler dokular arasında yayılma yeteneğini artırır. 4. Kapsül: Bazı bakteriler tarafından üretilen, hücre duvarının dışında bulunan bir polisakkarit tabakadır. Kapsül, fagositoz gibi konak hücre savunma mekanizmalarına karşı bir koruma sağlar. 5. Hücre içi savunmadan kaçınma stratejileri: Patojenlerin konakçı hücresel savunma mekanizmalarından (örneğin; fagositozdan) kaçınmasını sağlayan stratejilerdir. Bu stratejiler arasında hücresel sinyalleri taklit etme veya immün yanıtı baskılayıcı maddeler üretme bulunmaktadır. 6. Demir Bağlayıcı Proteinler: Bakterilerin konak hücrelerden demir elde etmesini sağlayan proteinlerdir. Demir, mikroorganizmalar için temel bir besin maddesi olduğundan, bu proteinler enfeksiyonun sürdürülmesi için kritik öneme sahiptir.

Hastalık dönemleri, beş aşamayı kapsar. Bunlar: kuluçka, prodromal, hastalık, gerileme ve iyileşmedir. 1. Kuluçka Dönemi: Bu dönem, patojenin konakçıya ilk girişinden sonra başlar ve akut bir hastalık gelişmeden önce gerçekleşir. Bu süreçte patojen, konakçıda çoğalmaya başlar ancak henüz hastalığın belirti ve semptomlarını yaratmada yeterli düzeye ulaşmamıştır. Kuluçka süresi, patojene ve hastalığın tipine bağlı olarak birkaç günden aylara veya yıllara kadar değişebilir. Bu dönemin uzunluğunu etkileyen faktörler arasında patojenin virülansı (hastalık yapma gücü), konakçının bağışıklık sistemi, enfeksiyon bölgesi, enfeksiyon tipi ve alınan enfeksiyon dozu bulunur. Kuluçka dönemi boyunca hasta, hastalığın gelişmekte olduğundan genellikle habersizdir. 2. Prodromal Dönem: Kuluçka dönemini takip eden bu aşamada, patojen çoğalmaya devam eder ve konakçı, genellikle bağışıklık sisteminin tepkisi olarak ateş, ağrı, şişlik ve iltihaplanma gibi genel hastalık belirtileri yaşamaya başlar. 3. Hastalık Dönemi: Bu dönem, hastalık belirtileri ve semptomlarının en belirgin ve şiddetli olduğu evredir. 4. Gerileme Dönemi: Hastalık dönemini takiben, patojen sayısının azalmasıyla hastalık belirti ve semptomları hafiflemeye başlar. Bu süre zarfında, hastalar bağışıklık sistemi zayıflamış olduğundan ikincil enfeksiyonlara karşı daha duyarlı hâle gelebilir. 5. İyileşme Dönemi: Hastalığın son evresidir. Bu dönemde hasta, genel sağlık durumuna kademeli olarak döner ancak bazı durumlarda hastalık kalıcı hasarlara neden olabilir

Mikrobiyal patojenler insan ve hayvanlarda çeşitli hastalıklara neden olabilirler. Bu hastalıklar konakçının refahını tehdit ederken aynı zamanda ekonomik kayıplara da yol açar. Mikrobiyal patojenler, konakçı organizmalarda hastalık oluşturma kapasitesine sahiptir, bakteri, virüs, mantar ve parazit gibi farklı mikroorganizma türlerinden oluşabilir.

Canine parvovirus: Köpeklerde parvovirozis hastalığına neden olur

Avian influenza virus: Kuş Gribine neden olur. Yüksek patojenik suşları, kümes hayvanlarında ciddi hastalıklara ve ölümlere neden olabilir.

Parvovirüs: Köpeklerde parvovirüs enterite neden olur. Fekal-oral yol ile, enfekte dışkı ile kontamine olan ortamlardan bulaşır.

Akut ve Kronik Hastalıklar

Hastalık döneminin süresi çeşitli faktörlere bağlı olarak büyük farklılıklar gösterebilir. Bu faktörler arasında patojenin türü, konakçının bağışıklık sistemi tepkisi ve uygulanan tıbbi tedaviler yer alır.

1. Akut Hastalıklar: Bu hastalıklar, patolojik değişikliklerin hızlı bir şekilde meydana geldiği ve kısa sürede belirgin semptomlarla karakterize olduğu durumları ifade eder. Örneğin; İnfluenza virüsünün neden olduğu grip, akut bir hastalıktır ve kuluçka süresi yaklaşık 1-2 gündür. Enfekte kişiler, semptomların başlamasından sonra yaklaşık 5 gün boyunca virüsü başkalarına bulaştırabilir. Hastalık genellikle yaklaşık bir hafta sonra gerileme dönemine girer. 

2. Kronik Hastalıklar: Bu tür hastalıklarda patolojik değişiklikler uzun zaman dilimleri boyunca meydana gelir. Örneğin; Gram negatif bir bakteri olan Helicobacter pylori’nin neden olduğu kronik gastrit, mide asiditesini değiştirerek ve üreaz enzimi üreterek yüksek asidik ortamda hayatta kalabilir. H. pylori enfeksiyonları, antibiyotik tedavisiyle ortadan kaldırılmadığı sürece tekrarlayabilir. Hepatit B virüsü ise akut enfeksiyonun ardından virüs tamamen ortadan kaldırılmadan bazı hastalarda kronik enfeksiyona dönüşebilir.

Ayrıca latent hastalıklar, patojenin aktif olarak çoğalmadığı ancak uzun süre konakçı içinde hareketsiz kaldığı durumları tanımlar. Herpes simpleks virüsleri ve su çiçeği virüsü, akut enfeksiyondan sonra latent hâle geçebilen hastalıklara neden olurlar.

Staphylococcus aureus: Bu bakteri, süt hayvanlarında yaygın olarak mastitise (meme iltihabı) neden olur. Mastitis, süt veriminin düşmesine ve süt kalitesinin bozulmasına yol açar, bu da süt endüstrisinde ekonomik kayıplara sebep olabilir. İnsanlarda cilt enfeksiyonları, gıda zehirlenmesi, sepsis ve pnömoniye yol açan bir bakteridir; doğrudan cilt teması, yaralar veya kontamine objeler ve yüzeyler yoluyla bulaşır.

Fasciola hepatica: Büyükbaş hayvanlarda ve koyunlarda karaciğer kelebeği hastalığına neden olur. Kontamine su yoluyla veya su bitkilerinin yenmesi ile bulaşır.

Toxoplasma gondii: Kedilerde ve diğer birçok memelide enfeksiyona neden olabilir. Enfekte etin tüketimi veya kontamine dışkı ile temas yoluyla bulaşır. Kediler, bu patojenin oositlerini dışkılarından atar ve bu durum insanlar da dahil olmak üzere diğer hayvanlar için zoonotik bir risk oluşturabilir.

Giardia lamblia: İnsanlarda ve hayvanlarda giardiyazise neden olur. Kirli su tüketimi veya kontamine yüzeylerle temas yoluyla bulaşır.

Heartworm (Dirofilaria immitis): Köpeklerde kalp solucanı hastalığına neden olur. Enfekte sivrisineklerin ısırığı ile bulaşır. Echinococcus granulosus: Köpeklerde ve diğer etçillerde hidatik hastalığa (kist hidatik) neden olur. Kontamine gıda veya su tüketimi, özellikle enfekte hayvan dışkısı ile kirlenmiş olanlardan bulaşır. Sarcoptes scabiei: Köpeklerde, kedilerde ve diğer hayvanlarda uyuz hastalığına neden olur. Doğrudan temas ile bulaşan cilt patojenidir.

Bulaşıcı hastalıklar, bir kişiden diğerine yayılabilir. Mikrobiyal enfeksiyonların çoğu bulaşıcıdır. Enfeksiyonları tanımlamak için kullanılan üç epidemiyolojik terim vardır: Endemik, salgın ve pandemi. Endemik, belirli bir coğrafi bölgede sürekli ve genellikle düşük düzeyde görülen enfeksiyonları ifade eder. Salgın, normalden çok daha yüksek oranda ortaya çıkan enfeksiyonları tanımlar. Pandemi ise enfeksiyonun dünya genelinde hızla yayılmasını ifade eder

Çapraz enfeksiyon, hâlihazırda bir hastalıktan muzdarip olan bir hastada, başka bir konakçıdan veya başka bir dış kaynaktan gelen yeni bir organizmanın enfeksiyonudur.

Mikrobiyal hastalıkların bulaşmasında üç önemli bileşen rol oynar: (a) rezervuar, (b) bulaşma şekli, ve (c) konakçı duyarlılığı. İnsanlar, birçok mikrobiyal enfeksiyon için genel bir rezervuar görevi görürken hayvanlar da veba (sıçanlar), kuduz (köpekler) ve sistiserkoz (domuzlar) gibi birçok zoonotik enfeksiyonların rezervuarlarıdır.

Enfeksiyon kaynakları, endojen ve eksojen olmak üzere iki çeşittir:

Endojen Kaynaklar: Enfeksiyonun kaynağı, insan vücudundaki normal bakteri florasıdır. Bu bakteriler genellikle patojen değildir ancak bazı durumlarda patojen hâle gelip, aynı konakçının farklı bölgelerinde enfeksiyonlara neden olabilir. Örneğin; bağırsak florasının bir parçası olan Escherichia coli, idrar yolu enfeksiyonlarına neden olabilirken ağız florasındaki viridans grubu streptokoklar enfektif endokardite yol açabilir (Parija, 2012).

Eksojen Kaynaklar: Enfeksiyon kaynağı, konağın vücudunun dışındandır. En yaygın eksojen kaynaklar: İnsanlar: Hem hasta hem de taşıyıcı bireyler enfeksiyon kaynağıdır. Aktif enfeksiyona sahip bireyler başkaları için önemli bir enfeksiyon kaynağıdır. Taşıyıcılar ise herhangi bir belirti göstermeksizin patojenleri barındırır. Hayvanlar: Hem hasta hem de taşıyıcı hayvanlar, insanlara enfeksiyon bulaştırabilir. Örneğin; veba, şarbon ve sığır tüberkülozu gibi hastalıklar zoonotik enfeksiyon örnekleridir. Böcekler: Sivrisinek, kene, akar, sinek, pire ve bit gibi böcekler çeşitli mikroorganizmaları taşıyabilir. Örneğin; böcekler, mekanik veya biyolojik yollarla enfeksiyon bulaştırabilir. Gıda: Patojenlerle kontamine olmuş gıdalar, ishal, dizanteri, gıda zehirlenmesi ve gastroenterite neden olabilir. Su: Mikroorganizmalarla kirlenmiş su, leptospiroz, kolera, dizanteri ve hepatit A gibi su kaynaklı hastalıkların bulaşmasına neden olur

Bulaşma Yolları ve Konakçı Duyarlılığı Çeşitli bulaşıcı hastalıklara neden olan mikrobiyal patojenler, bir konakçıdan diğerine temas, aşılama (inokülasyon), sindirim, solunum ve vektörler aracılığıyla bulaşabilirler.

Temas: Mikroorganizmalar doğrudan (dokunma, öpme gibi) veya dolaylı yollarla (kontamine yüzeylere dokunmak gibi) kişiden kişiye bulaşabilir.

Aşılama (inokülasyon): Mikroorganizmaların doğrudan konakçının dokularına yerleşmesiyle bulaşan enfeksiyonlar bulunur. Örneğin; tetanoz; toprakta bulunan Clostridium tetani sporlarının yaralı dokulara aşılanmasıyla bulaşır.

Sindirim: Kirli su ve yiyeceklerin tüketilmesiyle birçok mikrobiyal enfeksiyon bulaşabilir. Örneğin; Bacillus cereus’un neden olduğu gıda zehirlenmesi, bakteri sporlarının hayatta kaldığı pişmiş pirinçten bulaşabilir.

Solunum: Öksürme, hapşırma veya konuşma yoluyla havaya saçılan patojen içeren damlacıkların solunması, enfeksiyonların bulaşma yoludur.

Vektörler: Sivrisinekler, sinekler, pireler, keneler, akarlar ve bitler gibi vektörler, hastalıkların bulaşmasında rol oynar .

Bakteriyel adezinler, bakterilerin hücre yüzeyine tutunmasına yardımcı olan çeşitli moleküllerdir. Bunlar pilus (fimbriae) ve pilus olmayan adezinler (afimbrial adezinler) olmak üzere iki ana gruba ayrılır. Kapsül, pilus/fimbria gibi yapılar virülans faktörlerinden bazılarıdır. Pilus adezinler, bakteri yüzeylerinden uzanarak konakçı hücreler üzerindeki spesifik reseptörlere bağlanır ve bu bağlantı, bakterilerin insan hücrelerine yapışmasını sağlar. Nonpilus adezinler arasında, glikokaliks önemlidir ve bu tabaka bazı bakteri türleri tarafından salgılanarak kateterler, protez implantlar ve kalp kapakçıkları gibi yapılara güçlü yapışmayı sağlayan bir polisakarit tabakasıdır.

Bakteriyal Nonpilus adezinler arasında, glikokaliks önemlidir ve bu tabaka bazı bakteri türleri tarafından salgılanarak kateterler, protez implantlar ve kalp kapakçıkları gibi yapılara güçlü yapışmayı sağlayan bir polisakarit tabakasıdır. Bu adezinlerin oluşturduğu matrikse biyofilm denir ve biyofilmler, bakterileri konakçı hücrelerinin savunmasından ve antibiyotiklerden koruyarak patogenezde önemli bir rol oynar. Biyofilm, katı bir yüzeye veya birbirine yapışan bir ekzopolisakkarit matrisi ile kaplanmış etkileşimli bakterilerin bir topluluğudur. Biyofilmler katı yüzeyler üzerinde sümüksü bir tabaka oluşturur ve doğada her yerde bulunur . Tek bir bakteri türü söz konusu olabilir veya birden fazla tür bir araya gelerek bir biyofilm oluşturabilir. Mayalar da dâhil olmak üzere mantarlar bazen olaya karışır. Bir biyofilm oluştuktan sonra, biyofilmdeki bakteriler tarafından üretilen moleküller birikerek bakterilerin metabolik aktivitesinde değişikliğe neden olur. Hemaglutinin ise virusların yüzeyinde bulunan hücrelere tutunmada yardımcı olan ve aynı zamanda, eritrositlere de bağlanarak çökelti oluşturan glikoprotein karakterinde moleküllerdir.

Patojenin dokulara invazyonu sonrasında enfeksiyon gelişimini (a) enzimler, (b) antifagositik faktörler, (c) biyofilmler, (d) inflamasyon ve (e) hücre içi hayatta kalma gibi birçok faktör arttırmaktadır.

Enzimler: Birçok virülans faktörü enzimlerdir. Bakterilerin istilası birçok enzim tarafından arttırılır. Birçok bakteri türü, doğası gereği toksik olmayan ancak enfeksiyon sürecinde önemli rol oynayan enzimler üretir. Bunlar:

 Hyalüronidaz ve Kolajenaz

Streptokinaz (Fibrinolizin)

Koagülaz

IgA1 proteazları

Patojenler, uygun bir konakçıya giriş yaptıktan sonra, konakçı hücrelere veya dokulara yapışabilmeli ve koloni oluşturmalıdırlar. Tek bir patojenik bakteri veya virüs, spesifik konakçı dokusuna bağlanırsa, bu hastalığa neden olmak için yeterli olmayabilir; patojenin orada yerleşmesi ve çoğalması gerekmektedir. Bu sürece “kolonizasyon” adı verilir. Kolonizasyon, bir konakçı üzerinde veya içinde mikrobiyal üreme alanının oluşturulması anlamına gelir ve bu her zaman doku istilası veya hasarı ile sonuçlanmaz. Kolonizasyon süreci, mikroorganizmanın yeni konakçı ortamında hayatta kalma ve konakçının normal mikrobiyotasıyla rekabet edebilme yeteneğine bağlıdır. Örneğin; yeni doğmuş bir bebek, başlangıçtaki normal mikrobiyotasını oluşturacak zararsız (ve çoğu durumda gerekli) bakterilere ve virüslere maruz kalır; bu da bir tür kolonizasyondur.

Bakteriler tarafından üretilen toksinler iki ana kategoriye ayrılabilir: ekzotoksinler ve endotoksinler. 

a. Ekzotoksinler: Ekzotoksinler, çeşitli Gram-pozitif ve Gram-negatif bakteriler tarafından üretilen, ısıya duyarlı proteinlerdir.  Bunlar dokulara salgılanan ve dokulara doğrudan zarar veren veya yıkıcı biyolojik aktiviteleri tetikleyen bakteriyel ürünlerdir. Ekzotoksinler; etkilenen bölgeye göre nörotoksinler (sinir dokusu), enterotoksinler (bağırsak mukozası) ve sitotoksinler (genel dokular) gibi sınıflandırılabilir.

Ekzotoksinler mekanizmaları açısından AB toksinleri, sitolitik toksinler ve süperantijen toksinleri olarak üç kategoriye ayrılır.

Endotoksinler: Endotoksinler, Gram negatif bakterilerin çoğunun hücre duvarlarında bulunan toksik lipopolisakkaritlerdir.  Endotoksinler protein değildir ancak Gram negatif dış zarın yapısal bileşenleridir. Ekzotoksinlerin aksine, endotoksinler bakterilerin parçalanmasıyla açığa çıkan toksik maddelerdir. Endotoksinler, Escherichia, Shigella bakterilerinde ve özellikle Salmonella’da detaylı bir şekilde incelenmiştir.