STANBUL TEKNIK NIVERSITESI MOLEKLER BIYOLOJI VE GENETIK BIYOTEKNOLOJI

İSTANBUL TEKNIK ÜNIVERSITESI MOLEKÜLER BIYOLOJI VE GENETIK &BIYOTEKNOLOJI BIYOFILM OLUŞUMU VE ÖNLEMEK IÇIN UYGULANAN YÖNTEMLER BIYOFILM OLUŞUMUNU MBG 611 ENZIM BILIMLERI VE TEKNOLOJISıNDE İLERI KONULAR Hazırlayan : Murat Kemal AVCI Öğretim Üyesi : Prof. Dr. H. Ayşe AKSOY Prof. Dr. Melek TÜTER Kasım-2009 Maslak

İÇERIK… 02. 12. 2009 Biyofilmler… Quorum Sensing Mekanizması… Literatür… Sonuç ve Öneriler… 2 Murat Kemal AVCI_İTÜ_MOBGAM www. quorumsensing. net QS_BİYOFİLMLER

1. BİYOFİLMLER. TANIMI / ÖZELLİKLERİ / OLUŞUMU / UYGULAMALARI + hücreler + Ekstraselüler maddeler 02. 12. 2009 Katı yüzey Biyo-aktif matriks (Bakke et al, 1984) Bir yüzeye bağlı mikroorganizmalar + Mikroorganizmaların ürettiği ekstraselüler polimer maddeler Fonksiyonal Konsorsiyum (Costerton et al. 1987) Mikrobiyolojik köken + Bir madde veya yüzey + hücreler Sesil komüniteler (Meredith E. Agle, Biofilms in the Food Environment, Chapter 1, s. 3) Murat Kemal AVCI_İTÜ_MOBGAM www. quorumsensing. net QS_BİYOFİLMLER 3

Anahtar Terimler: Katı yüzey 02. 12. 2009 Bağlanma Mikroorganizma Matriks A B C Şekil. 1: Çeşitli ortamlarda oluşan biyofilmler; A) Boru içerisinde oluşan biyofilm, B) Diş plak biyofilmi, C) Bir su birikintisinde oluşan biyofilm. Prof. Dr. Menemşe GÜMÜŞDERELİOĞLU, Müge DESTAN. Biyofilmler. BİTOTEK (2003) YIL: 3 SAYI: 15 4 Murat Kemal AVCI_İTÜ_MOBGAM www. quorumsensing. net QS_BİYOFİLMLER

Nuno Cerca et al. (2005) Galdbart, J. O. et al. (1999) Elektrobiyokimyasal etkileşimler Gross, M. et al. (2001) Rupp, M. E. et al. (2001) Biyomateryaller Saldarriaga Fernández, I. C. (2009) van der Borden, A. J. (2004) Anderson JM, (2000) Hücreler arası Bağlanma & Etkileşimler Costerton, J. W. (2001) Rohde, H. et al. , (2009) Sutherland I. W. (2001) Cross Interaction Türler arası Cinsler arası etkileşimler (Blaschek, H. P. , et al. Biofilms in the Food Environment, Chapter 5, s. 106) R. Van Houdt et al. (2004) STRATEJİ-1 GENOMİKS PROTEİN Lee, J. . et al, (2007) Mack, D. et. al (2004) Kozitskaya, S. et al. (2005) STRATEJİ-2 PROTEOMİKS Arevalo-Ferroa, C. et al, (2005) Cucarella, C. et al. (2001) ÜRÜNLER STRATEJİ-3 Murat Kemal AVCI_İTÜ_MOBGAM QS_BİYOFİLMLER GEN Ekstraselüler Maddeler & Polimerler 02. 12. 2009 Suşlar Bakteriler Arkea Mayalar Küfler Algler Protozoa Hücresel Yapılar MALZEME BİLİMLERİ & NANOTEKNOLOJİ 5 STRATEJİ-4 FENOTİP Monds, R. and O’Toole, G. A. (2009) [BİOF-24] FARMAKOLOJİ BİYOTEKNOLOJİ www. quorumsensing. net

1. BİYOFİLMLER 02. 12. 2009 TANIMI / ÖZELLİKLERİ / OLUŞUMU / UYGULAMALARI . Biyofilmler bir çok mikroorganizmanın tercih ettiği yaşama formudur. Kumar, G. C. (1998) / Melchior , M. B. , (2006) / Morikawa , M. , (2006. ) Sadece tek bir tür tarafından oluşturulabileceği gibi, birden fazla tür tarafından da oluşturulabilir. Hansen, S. K. , . (2007) Mikroorganizmalar için bir takım avantajlar sağlar. Kennedy, P. , (2009) / Huq, A. , (2009) Oluşumunda çok sayı ve çeşitte gen, protein, polimer kullanılır. Stephens , C. , (2002) / Matsukawa, M. , (2005) / Ramey, B. E. , (2004) Murat Kemal AVCI_İTÜ_MOBGAM www. quorumsensing. net QS_BİYOFİLMLER 6

1. BİYOFİLMLER. TANIMI / ÖZELLİKLERİ / OLUŞUMU / UYGULAMALARI 02. 12. 2009 Bakteriler niçin biyofilm oluşturur? Darwin’in evrim teorisinden yola çıkacak olursak: Davranış Yönlendirici Güç Üreme Adaptasyonu C türü A türü X Davranışı B türü Y Davranışı Z Davranışı “Biyofilm modunda üreme, hücrenin hayatta kalmasını ve çoğalmasını nasıl organize etmektedir? ” Jefferson, K. K. , What drives bacteria to produce a biofilm? , Mini. Review, FEMS Microbiology Letters 236 (2004) 163– 173’den uyarlanmıştır. [BİOF-F 18] Murat Kemal AVCI_İTÜ_MOBGAM www. quorumsensing. net QS_BİYOFİLMLER 7

OD 600 Planktonik form Biyofilm form 02. 12. 2009 Doğal Ortamlarda Laboratuvar Jefferson, K. K. , What drives bacteria to produce a biofilm? , Mini. Review, FEMS Microbiology Letters 236 (2004) 163– 173’den uyarlanmıştır. [BİOF-F 18] 8 Murat Kemal AVCI_İTÜ_MOBGAM www. quorumsensing. net QS_BİYOFİLMLER

Biyofilmlerin bakterilere kazandırdıkları. . ? Biyofilm içerisindeki mikroorganzmalar 02. 12. 2009 - Besin eksikliğine - p. H değişimlerine - Oksijen radikallerine - Dezenfektanlara - Antibiyotiklere karşı (planktonik formlarına göre) daha dayanıklıdırlar. Mikroorganizmalar Biyofilm sınırları içerisinde çoğaldıklarında aralarında bir iletişim kurarlar ve bu sayede tek başlarına yapmaları mümkün olmayan ve çok sayıda hücrenin el birliğiyle sergilebilen bir takım davranışlar sergilerler. Bu nedenler bakterilerin çok hücreli ökaryotlar gibi değerlendirilmesi halen tartışma konusudur. Jefferson, K. K. , What drives bacteria to produce a biofilm? , Mini. Review, FEMS Microbiology Letters 236 (2004) 163– 173’ den uyarlanmıştır. [BİOF-F 18] Shapiro, J. A. (1998). Federle, M. J. and Bassler, B. L. (2003) Davies, D. G (1998)] Murat Kemal AVCI_İTÜ_MOBGAM 9 www. quorumsensing. net QS_BİYOFİLMLER

BIYOFILM OLUŞUM BASAMAKLARı Biyofilm oluşumunu dört aşamada ele alabiliriz: 1. Bağlanma Aşaması (Initiation or Attachment) 2. Gelişim Aşaması (Development) 3. Olgunlaşma Aşaması (Maturation) 4. Dağılma Aşaması (Detachment) 02. 12. 2009 Blaschek, H. P. , Wang H. H. , Agle, M. E. (2007) Biofilms in the Food Environment. IFT Press, Blackwell Publishing, p. 47 -71 10 Murat Kemal AVCI_İTÜ_MOBGAM www. quorumsensing. net QS_BİYOFİLMLER

Planktonik Hücreler Polimer yüzüye Bağlanmış halde bağlanma Tek tabakalı hücreler Hücre-hücre yapışması ve çoğalma Olgunlaşmış biyofilm Ayrılma 02. 12. 2009 Çıplak polimer yüzeyi Kaplanmış polimer yüzeyi Şekil. 2: S. epidermidis’in biyofilm oluşturma modeli ve gerekli faktörler. [Voung, C. , Otto, M. , Staphylococcus epidermidis infections. Microbs and İnfections 4 (2002) 481 -489 ] 11 Murat Kemal AVCI_İTÜ_MOBGAM www. quorumsensing. net QS_BİYOFİLMLER

1. AŞAMA: BAĞLANMA 02. 12. 2009 Bağlanma (Primer Bağlanma) için iki ihtimal söz konusudur; 1) Direkt bağlanma (çıplak yüzeye bağlanma) 2) Materyalin yüzeyini kaplayan konağa ait matrix proteinlerine bağlanması. 12 Murat Kemal AVCI_İTÜ_MOBGAM www. quorumsensing. net QS_BİYOFİLMLER

Planktonik Hücreler Polimer yüzüye Bağlanmış halde bağlanma Tek tabakalı hücreler Çıplak polimer yüzeyi Kaplanmış polimer yüzeyi 02. 12. 2009 Voung, C. , (2002) Şekil. 3 : Primer bağlanma. Ia. Fiziko-kimyasal özelliklerle çıplak polimer yüzeyine bağlanma: - Hidrofobik etkileşimler (Atl. E) - Elektrostatik etkileşimler (teikoik asit) - Van der Walls kuvvetleri Ib. Ekstrasellüler matrik protinleriyle kaplanmış polimer yüzeye bağlanma: - Fibrinojen (Fbe) - Vitronectin (Atl. E, S. epidermidis otolizini ) - Trombosi, trombin gibi koagülasyon ürünleri - Von Willebrand faktör (? ) Vacheethasanee, K. and Marchant, R. E. , (2000) 13 Murat Kemal AVCI_İTÜ_MOBGAM www. quorumsensing. net QS_BİYOFİLMLER

1. 1. DOĞRUDAN (KONAK-MATRIKS PROTEINLERIYLE KAPLANMAMıŞ) PLASTIK MATERYALE BAĞLANMA 02. 12. 2009 Şekil. 4: Plastik yüzeylere ve ökaryotik hücrelere bağlanmaktan sorumlu otolizinler; S. epidermidis Atl. E, S. saprophyticus Aas, [12] S. caprae Atl. C, [13] Listeria monocytogenes Ami [14]. Milohanic, E. , et al. , (2001) Murat Kemal AVCI_İTÜ_MOBGAM www. quorumsensing. net QS_BİYOFİLMLER 14

S. epidermidis O 47 mutantı Milohanic, E. , et al. , (2001) transpozon (Atl. E geni taşıyor) 02. 12. 2009 Atl. E üretemiyor Primer bağlanma zayıf 15 Murat Kemal AVCI_İTÜ_MOBGAM www. quorumsensing. net QS_BİYOFİLMLER

Teikoik asit Yüzey yük değişimi Lipit S 02. 12. 2009 Gross, M. et al. (2001) LTA benzeri molekül 16 Murat Kemal AVCI_İTÜ_MOBGAM www. quorumsensing. net QS_BİYOFİLMLER

1. 2. KONAK MATRIKS PROTEINLERINE BAĞLANMA 17 MSCRAMM - Fbe (fibrinojen-bağlanma proteini ). * Peptidoglikana bağlanmada gerekli olan bir LPXTG domaini içerir. 02. 12. 2009 Patti, J. M. , (1994) MSCRAMM-mediated adherence of microorganisms to host tissues. Annu. Rev. Microbiol. 48, 585– 617. Sortaz (S. K. Mazmanian, H. Ton-That, O. Schneewind, Sortase-catalysed anchoring of surface proteins to the cell wall of Staphylococcus aureus, Mol. Microbiol. 40 (2001) 1049– 1057. ) 17 Murat Kemal AVCI_İTÜ_MOBGAM www. quorumsensing. net QS_BİYOFİLMLER

02. 12. 2009 18 Şekil. 5: Staphylococcus aureus’ta yüzey proteini bağlanması. i)Hücre dışına salınım. ii) Tutma. iii) Kesim. iv) Bağlama. v) Hücre duvarına birleşme. (S. K. Mazmanian, H. Ton-That, O. Schneewind, Sortase-catalysed anchoring of surface proteins to the cell wall of Staphylococcus aureus, Mol. Microbiol. 40 (2001) 1049– 1057. ) Murat Kemal AVCI_İTÜ_MOBGAM www. quorumsensing. net QS_BİYOFİLMLER 18

S. epidermidis’ in genomu LPXTG motifli proteinler için sadece dört gen içeriyor. 02. 12. 2009 Bunlar; (S. K. Mazmanian, H. Ton-That, O. Schneewind, Sortase-catalysed anchoring of surface proteins to the cell wall of Staphylococcus aureus, Mol. Microbiol. 40 (2001) 1049– 1057. ) Murat Kemal AVCI_İTÜ_MOBGAM www. quorumsensing. net QS_BİYOFİLMLER 19 1. Fbe, 2. Sdr. G (tekrarlı SD dizileri içeren bir domeine sahip protein) 3. Aas 1 (yüzeye bağlanmakta görevli protein) 4. Aas 2 (yüzeye bağlanmakta görevli protein) 19

2. AŞAMA: İNTERSELÜLER ADHESYON (HÜCRELER ARASı YAPıŞMA) Hücre-hücre yapışmasından sorumlu olan bir takım moleküllerin genellikle polimerik karbonhidratlar ve proteinler olduğu belirtilmiştir. . 1. AAP PIA PNSG 2. 3. 02. 12. 2009 [Accumulation-Associated Protein] [Polysaccharide İntercellular Adhesin] S 9 -rf 9 şekil 1 i ekle [Poly-N-Succinil-β-1, 6 -Gucosamine] 21 Murat Kemal AVCI_İTÜ_MOBGAM www. quorumsensing. net QS_BİYOFİLMLER

Hücre-hücre yapışması ve çoğalma Olgunlaşmış biyofilm Ayrılma 02. 12. 2009 Şekil. 6: Biyofilm oluşumunda kümelenme safhası. Bu safhada hücreler arası bağlanma mekanizması normal Staphylococcal koloni yapısının oluşumundaki mekanizmadan farklıdır. 22 (Voung, V. , and Otto, M. , Microbes and Infections 4 (2002) 481 -489) Murat Kemal AVCI_İTÜ_MOBGAM www. quorumsensing. net QS_BİYOFİLMLER

ŞEKİL. 7 : S. epidermidis’in ultra-yapı analizi. Yabani tipin SEM ve İmmünoelektron mikroskopi görünümleri (A ve B). 02. 12. 2009 23 S. epidermidis’in ica- suşları (C ve D). PIA, αPIA-antiserumu kullanılarak (immünogold) işaretelenmiş (B ve D). [25 000 X] 6 μm Şekil. 8 : PIA üretiminin İmmüno-dot blot ile gösterimi. Yabani tip ve ica- mutantı olan S. epidermidis suşlarında üretilen PIA, hücre yüzeyinde (sf) ve PIA’ya özel antiserum kullanılan immünoblot kültüründeki süpernatantta (sn) incelendi. Vuong, C. , Polysaccharide intercellular adhesin (PIA) protects Staphylococcus epidermidis against major components of the human innate immune system. Cellular Microbiology (2004) 6 (3), 269– 275. Murat Kemal AVCI_İTÜ_MOBGAM www. quorumsensing. net QS_BİYOFİLMLER 23

02. 12. 2009 Şekil. 8: Polisakkarit İntrasellüler Adhesin molekünün yapısı. PIA, beta-1, 6 -Nasetilglukozamin residüleri içeren lineer yapıda bir homoglikandır. Rohde, H. et al. , (2009) Structure, Function and contribution of polisaccharide intracellular adhesin (PIA) to Staphylococcus epidermidis biofilm formation and pathogenesis of biomaterial-assosiated infections. European Journal of Cell Biology 1 -9 24 Murat Kemal AVCI_İTÜ_MOBGAM www. quorumsensing. net QS_BİYOFİLMLER

Epidemiyolojik deliller, hastalık yapıcı S. epidermidis suşlarında ica genlerinin bulunuşuyla patojenite arasında net bir ilişki olduğunu kanıtlamıştır [30]. İncelenen saprofit (non-patojen) suşlardan hiç biri ica geni içermemektedir. ica, deriden ve kateter enfeksiyonlarından elde edilen izolatlar arasında belirleyici tek ayıraçtır [30]. 02. 12. 2009 C. R. Arciola, L. Baldassarri, L. Montanaro, Presence of ica. A and ica. D Genes and slime production in a collection of staphylococcal strains from catheter-associated infections, J. Clin. Microbiol. 39 (2001) 2151– 2156. [S 9 -rf 1/31] N. R. Chamberlain, S. A. Brueggemann, Characterisation and expression of fatty acid modifying enzyme produced by Staph. epidermidis, J. Med. Microbiol. 46 (1997) 693– 697. [S 9 -rf 1/35] 25 Murat Kemal AVCI_İTÜ_MOBGAM www. quorumsensing. net QS_BİYOFİLMLER

HANGI CANLI GRUPLARI BIYOFILM OLUŞTURUR? 02. 12. 2009 1. Bakteriler 2. Arkealar 3. Mayalar 4. Küfler 5. Algler 6. Protozoa Blaschek, H. P. , Wang H. H. , Agle, M. E. (2007) Biofilms in the Food Environment. IFT Press, Blackwell Publishing, p. 106 Murat Kemal AVCI_İTÜ_MOBGAM www. quorumsensing. net 26 QS_BİYOFİLMLER

BIYOFILM OLUŞTURAN BAKTERILER C. dubliensis Murat Kemal AVCI_İTÜ_MOBGAM www. quorumsensing. net 02. 12. 2009 Ronner, U. , Husmark, U. , Henriksson, A. , 1990. Adhesion of Bacillus species in B. subtilis Bacillus relation to hydrophobicity. J. Appl. Bacteriol. 69, 550– 556. B. licheniformis B. Gottenbos, H. C. van der Mei, H. J. Busscher, Initial adhesion and surface Staphylococcus growth of Staphylococcus epidermidis and Pseudomonas aeruginosa on biomedical polymers, J. Biomed. Mater. Res. 50 (2000) 208– 214. S. Aureus Escherichia S. epidermidis Dewanti, R. , Wong, A. C. L. , 1995. Influence of culture conditions on biofilm formation by Escherichia coli O 157: H 7. Int. J. Food Microbiol. 26, 147– 164. E. coli Yersinia Listeria Y. enterocolitica L. monosytogenes Pseudomonas P. Auroginosa Salmonella P. Putita P. Atlantica Kumamoto, C. A. , Candida Biofilms, Curr. Op. İn Micbio. 2002, 5: 608 -611 Candida P. fragi Collins, E. B. , Hardt, P. , 1980. Inhibition of Candida albicans by Lactobacillus acidophilus. J. Dairy Sci. 63, 830– 832. C. Albicans Bifidobacterium C. Parapsilosis 27 QS_BİYOFİLMLER

Thermococcus litoralis Ligionella pneumophilla 02. 12. 2009 Rinker, K. D. , Kelly, R. M. , 1996. Growth physiology of the hyperthermophilic archaeon Thermococcus litoralis: Development of a sulfur-free defined medium, characterization of an exopolysaccharide and evidence of biofilm formation. Appl. Environ. Microbiol. 62, 4478– 4485. [BİOF-15/rf. 198] Rogers, J. , Dowsett, A. B. , Keevil, C. W. , 1995. A paint incorporat ing silver to control mixed biofilms containing Legionella pneumophila. J. Ind. Microbiol. 15, 377– 382. BİOF-15/rf. 201] Compylobacter jejuni Stern, N. J. , Kazmi, S. U. , 1989. Campylobacter jejuni. In: Doyle, M. P. (Ed. ), Foodborne Bacterial Pathogens. Marcel Dekker, New York, USA, pp. 71– 110. BİOF-15/rf. 219] Pediococcus pentosaceus Wirtanen, G. , Mattila-Sandholm, T. , 1994. Measurement of biofilm of Pediococcus pentosaceus and Pseudomonas fragi on stainless steel surfaces. Coll. Surf. B: Biointerfaces 2, 33– 39. BİOF-15/rf. 241] Klebsiella pneumoniae Murat Kemal AVCI_İTÜ_MOBGAM 28 www. quorumsensing. net QS_BİYOFİLMLER

BIYOFILMLERIN GENETIK KONTROLÜ: QUORUM SENSİNG MEKANİZMASI 02. 12. 2009 Sunum_1 (2005) Sunum_2 (2006) 29 Murat Kemal AVCI_İTÜ_MOBGAM www. quorumsensing. net QS_BİYOFİLMLER

BIYOFILM KONTROLÜNE YÖNELIK BIR UYGULAMA 02. 12. 2009 30 Murat Kemal AVCI_İTÜ_MOBGAM www. quorumsensing. net QS_BİYOFİLMLER

02. 12. 2009 DERİ MİKROFLORASININ DENGESİNİ KONTROL ETMEYE YÖNELİK YENİ BİR YÖNTEM : ANTİBİYOTİK KULLANMADAN STAPHYLOCOCCUS AUREUS BİYOFİLMLERİNE MÜDAHALE 31 Murat Kemal AVCI_İTÜ_MOBGAM www. quorumsensing. net QS_BİYOFİLMLER

BACKGROUND OF STUDY 02. 12. 2009 Stahpylococcus aureus normal deri florası (present in atopic dry skin) Patojenite faktörleri enzimler, toksinler, biyofilm Fibrin & glikokaliks Deriye tutunma Antibiyotik dirençliliği Biyofilm Güçlü nemlendiriciler etkisiz S. Epidermidis, sağlıklı insan derisinde major türdür. Patojenlere karşı savunma sağlar. Murat Kemal AVCI_İTÜ_MOBGAM www. quorumsensing. net QS_BİYOFİLMLER 32

ÇALİŞMANIN AMACİ Antimikrobiyal maddelerin vücuda (deriye) uygulanması, diğer Staphylococ’lardan daha hızlı üreyen ve antibiyotik dirençliliği geliştiren S. aureus’un tekrar üremesine neden olmaktadır. Bu nedenle çalışmada, klasik antimikrobiyal maddeleri kullanmadan deri mikroflorasının dengesini kontrol edebilecek yeni bir yöntem araştırılmaktadır. 02. 12. 2009 33 Murat Kemal AVCI_İTÜ_MOBGAM www. quorumsensing. net QS_BİYOFİLMLER

METODLAR Tarama Elektron Mikroskobu (TEM) kullanılarak, S. Aureus’un biyofilm oluşturma süreci detaylı olarak incelenmiştir. Bu bağlamda S. Aureus üremesini ve biyofilm oluşturmasını etkileyen seçici faktörleri belirlemek amacıyla yaklaşık 500 örnek taranmıştır. 02. 12. 2009 34 Murat Kemal AVCI_İTÜ_MOBGAM www. quorumsensing. net QS_BİYOFİLMLER

02. 12. 2009 - 35 Murat Kemal AVCI_İTÜ_MOBGAM www. quorumsensing. net QS_BİYOFİLMLER

5 ERKEK 17 KADIN 02. 12. 2009 36 Murat Kemal AVCI_İTÜ_MOBGAM www. quorumsensing. net QS_BİYOFİLMLER

02. 12. 2009 1+7 37 Murat Kemal AVCI_İTÜ_MOBGAM www. quorumsensing. net QS_BİYOFİLMLER

02. 12. 2009 39 Murat Kemal AVCI_İTÜ_MOBGAM www. quorumsensing. net QS_BİYOFİLMLER

02. 12. 2009 40 Murat Kemal AVCI_İTÜ_MOBGAM www. quorumsensing. net QS_BİYOFİLMLER

02. 12. 2009 41 Murat Kemal AVCI_İTÜ_MOBGAM www. quorumsensing. net QS_BİYOFİLMLER

02. 12. 2009 42 Murat Kemal AVCI_İTÜ_MOBGAM www. quorumsensing. net QS_BİYOFİLMLER

02. 12. 2009 Hasta örneklerde S. aureus’a rastlama ihtimali daha fazla. . . X α Y 43 Murat Kemal AVCI_İTÜ_MOBGAM www. quorumsensing. net QS_BİYOFİLMLER

02. 12. 2009 Çalışmada kullanılan toplam suş sayısı. 44 Murat Kemal AVCI_İTÜ_MOBGAM www. quorumsensing. net QS_BİYOFİLMLER

02. 12. 2009 45 Murat Kemal AVCI_İTÜ_MOBGAM www. quorumsensing. net QS_BİYOFİLMLER

02. 12. 2009 46 Murat Kemal AVCI_İTÜ_MOBGAM www. quorumsensing. net QS_BİYOFİLMLER

02. 12. 2009 47 Murat Kemal AVCI_İTÜ_MOBGAM www. quorumsensing. net QS_BİYOFİLMLER

02. 12. 2009 48 Murat Kemal AVCI_İTÜ_MOBGAM www. quorumsensing. net QS_BİYOFİLMLER

02. 12. 2009 49 Murat Kemal AVCI_İTÜ_MOBGAM www. quorumsensing. net QS_BİYOFİLMLER

02. 12. 2009 50 Murat Kemal AVCI_İTÜ_MOBGAM www. quorumsensing. net QS_BİYOFİLMLER

02. 12. 2009 51 Murat Kemal AVCI_İTÜ_MOBGAM www. quorumsensing. net QS_BİYOFİLMLER

02. 12. 2009 52 Murat Kemal AVCI_İTÜ_MOBGAM www. quorumsensing. net QS_BİYOFİLMLER

02. 12. 2009 53 Murat Kemal AVCI_İTÜ_MOBGAM www. quorumsensing. net QS_BİYOFİLMLER

02. 12. 2009 54 Murat Kemal AVCI_İTÜ_MOBGAM www. quorumsensing. net QS_BİYOFİLMLER

02. 12. 2009 55 Murat Kemal AVCI_İTÜ_MOBGAM www. quorumsensing. net QS_BİYOFİLMLER

02. 12. 2009 56 Murat Kemal AVCI_İTÜ_MOBGAM www. quorumsensing. net QS_BİYOFİLMLER

SONUÇLAR 02. 12. 2009 Ksilitolün glikokaliks oluşumunu baskıladığı, Farnesolün, fibrin ipliklerini çözdüğü tespit edilmiştir. Farnesol sadece S. Aureus’un üremesini baskılamakta, S. epidermidis’in üremesine etki etmemektedir. Ksilitol ve farnesol, birlikte uygulandığında, S. aureus’un biyofilm oluşumunu baskılamaktadır. 57 Murat Kemal AVCI_İTÜ_MOBGAM www. quorumsensing. net QS_BİYOFİLMLER

SONUÇ Ksilitol ve farnesol, seçici etkileri ve biyofilm oluşumunu baskılamaları nedeniyle, deri mikroflorasını kontrol etmede kullanılma potansi 02. 12. 2009 58 Murat Kemal AVCI_İTÜ_MOBGAM www. quorumsensing. net QS_BİYOFİLMLER

BIYOFILMLER DEĞERLENDIRME VE ÖNERILER Günlük hayatımızın her aşamasında Biyofilmlere dayalı olayların yansılamaları görülmektedir. Bu yansımalar insanların yararına olabildiği gibi zararına da olabilmektedir. Günlük hayatın kalitesini arttırmak amacıyla Biyofilmlerin Yararlı özelliklerini kullanılabilir ve uygulanabilir hale getirmek Zararlı özelliklerini engelleyici, zayıflatıcı veya giderici yöntemler geliştirmek gerekmektedir. Bilim adamlarına bu anlamda oldukça fazla görev düşmektedir. Murat Kemal AVCI_İTÜ_MOBGAM www. quorumsensing. net QS_BİYOFİLMLER 02. 12. 2009 59

02. 12. 2009 Her ne kadar günümüzde literatür anlamında biyofilmlere yönelik oldukça fazla miktarda bir bilgi birikimi varsa da, keşfetmemiz gerekler, mevcut bilgi ve uygulamaların çok daha ilerisindedir. 60 Murat Kemal AVCI_İTÜ_MOBGAM www. quorumsensing. net QS_BİYOFİLMLER

02. 12. 2009 Teşekkürler. . . 61 Murat Kemal AVCI_İTÜ_MOBGAM www. quorumsensing. net QS_BİYOFİLMLER

REFERANSLAR 1. Bakke, R. , Trulear, M. G. , Robinson, J. A. , Characklis, W. G. , 1984. Activity of Pseudomonas aeruginosa in biofilms: steady state. Biotechnol. Bioeng. 26, 1418– 1424. [BİOF-15/rf] 3. Blaschek, H. P. , Wag, H. H. , Agle, M. E. , Biofilms in the Food Environment. IFT Press, Blackwell Publishing (Book) 2007 Chapter 1, s. 3 02. 12. 2009 2. Costerton, J. W. , Cheng, K. J. , Geesey, G. G. , Ladd, T. I. , Nickel, J. C. , Dasgupta, M. , Marrie, T. J. , 1987. Bacterial biofilms in nature and disease. Annu. Rev. Microbiol. 41, 435– 464. 4. Prof. Dr. Menemşe GÜMÜŞDERELİOĞLU, Müge DESTAN. Biyofilmler. BİTOTEK (2003) YIL: 3 SAYI: 15 5. Cerca, N. et al. , Quantitative analysis of adhesion and biofilm formation on hydrophilic and hydrophobic surfaces of clinical isolates of Staphylococcus epidermidis. Res. Microbiol. 2005 May ; 156 (4): 506– 514. [QS-222] 6. Galdbart, J. O. et al. , Phenotypic and Genomic Variation among Staphylococcus epidermidis Strains Infecting Joint Prostheses. Journal Of Clinical Microbiology, May 1999, p. 1306– 1312 Vol. 37, No. 5. [QS-252] 7. Gross, M. et al. , Key Role of Teichoic Acid Net Charge in Staphylococcus aureus Colonization of Artificial Surfaces. Infectıon and Immunity, May. 2001, p. 3423– 3426 Vol. 69, No. 5. [QS-274] 8. Rupp, M. E. et al. Characterization of the Importance of Staphylococcus epidermidis Autolysin and Polysaccharide Intercellular Adhesin in the Pathogenesis of Intravascular Catheter–Associated Infection in a Rat Model. The Journal of Infectious Diseases 2001; 183: 1038– 42. [QS-275] 9. Briandet, R. , Determination of the van der Waals, electron donor and electron acceptor surface tension components of static Gram-positive microbial biofilms. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces 21 (2001) 299– 310. [BİOF-23] 9. Saldarriaga Fernández, I. C. , et al. , In vitro and in vivo comparisons of staphylococcal biofilm formation on a crosslinked poly(ethylene glycol)-based polymer coating. Acta Biomaterialia xxx (2009) xxx–xxx. [BİOF-F 35] 10. van der Borden, A. J. , Electric Current-Induced Detachment of Staphylococcus epidermidis Biofilms from Surgical Stainless Envıronmental 6871– 6874. Applıed And Steel. Mıcrobıology, p. 2004, Nov. 227] 11. Anderson, J. M. and Marchant R. E. , Biomaterials: factors favoring colonization and infection. In: Waldvogel FA, Bisno AL, editors. Infections associated with indwelling medical devices. Washington DC: ASM Press; 2000. p. 89– 110. [BİOF-F 35/rf. 3] Murat Kemal AVCI_İTÜ_MOBGAM www. quorumsensing. net QS_BİYOFİLMLER 62

12. Costerton J. W. , Introduction to biofilm. International Journal of Antimicrobial Agents 11 (1999) 217– 221. [BİOF-F 22] 13. Rohde, H. et al. , Structure, function and contribution of polysaccharide intercellular adhesin (PIA) to Staphylococcus epidermidis biofilm formation and pathogenesis of biomaterial-associate dinfections. European Journal of Cell Biology (2009) 1 -9. [BİOF-S 7] 15. environment. Journal of Applied Microbiology, 2004, 96, 177 -184. [QS-463] 02. 12. 2009 14. Sutherland, I. W. , The biofilm matrix – an immobilized but dynamic microbial environment (Review). TRENDS in Microbiology, May 2001, Vol. 9 No. 5 [BİOF-S 13] 16. Blaschek, H. P. , Wag, H. H. , Agle, M. E. , Biofilms in the Food Environment, (Book) Chapter 5, s. 106) 17. Monds, R. and O’Toole, G. A. , The developmental model of microbial biofilms: ten years of a paradigm up for review. Trends in Microbiology (2009) Vol. 17 No. 2 [BİOF-24] 18. Lee, J. . et al, Structure and Function of the Escherichia coli Protein Ymg. B: A Protein Critical for Biofilm Formation and Acidresistance. J. Mol. Biol. (2007) 373, 11– 26. [BİOF-S 6] 19. Mack, D. et. al, Mechanisms of biofilm formation in Staphylococcus epidermidis and Staphylococcus aureus: functional molecules, regulatory circuits, and adaptive responses (REVIEW). International Journal of Medical Microbiology 294 (2004) 203– 212. [QS-201] 20. Kozitskaya, S. et al. , Clonal Analysis of Staphylococcus epidermidis Isolates Carrying or Lacking Biofilm-Mediating Genes by Multilocus Sequence Typing. Journal Of Clinical Microbiology, Sept. 2005, Vol. 43, No. 9 p. 4751– 4757. [QS-220] 21. Zhang, Y. -Q. et al. , Genome-based analysis of virulence genes in a non-biofilm-forming Staphylococcus epidermidis train (ATCC 12228). Molecular Microbiology, (2003) (6), 1577– 1593. [QS-245] 21. Arevalo-Ferroa, C. et al. , Biofilm formation of Pseudomonas putida Iso. F: the role of quorum sensing as assessed by proteomics. Systematic and Applied Microbiology 28 (2005) 87– 114. [BİOF-F 17] 22. Cucarella, C. et al. Bap, a Staphylococcus aureus Surface Protein Involved in Biofilm Formation. Journal Of Bacterıology, May-2001, Vol. 183, No. 9, p. 2888– 2896. [QS-256] 63 Murat Kemal AVCI_İTÜ_MOBGAM www. quorumsensing. net QS_BİYOFİLMLER

24. Hansen, S. K. Et al. , Evolution of species interactions in a biofilm community. NATURE| Vol 445| 1 February 2007. [BİOF-6] 25. Kumar, C. G. and Anand, S. K. , Significance of microbial biofilms in food industry: a review. International Journal of Food Microbiology 42 (1998) 9– 27. [BİOF-15] 27. Morikawa, M, Beneficial Biofilm Formation by Industrial Bacteria Bacillus subtilis and Related Species. Journal Of Bıoscıence And Bıoengıneerıng. Vol. 101, No. 1, 1– 8. 2006. [BİOF 19] 28. Senior, K. , Navigating the hidden depths of biofilms. Infectious Diseases Vol 4 April 2004. 20] 02. 12. 2009 26. Melchior, M. B. et. al, Biofilms: A role in recurrent mastitis infections? (Review) The Veterinary Journal, 171 (2006) 398– 407. [BİOF-16] [BİOF- 29. Jefferson, K. K. , What drives bacteria to produce a biofilm? , Mini. Review, FEMS Microbiology Letters 236 (2004) 163– 173. [BİOF-F 18] 30. Hansen, S. K. , Evolution of species interactions in a biofilm community, NATURE, Vol 445|, 1 February 2007. [BİOF-6] 31. Kennedy, P. , et al. , Burns, biofilm and a new appraisal of burn wound sepsis, B U R N S( 2 0 0 9 ) 1 -8. [BİOF-11] 32. Huq, A. , Biofilms in water, its role and impact in human disease transmission. Current Opinion in Biotechnology 2008, 19: 244– 247. [BİOF-12] 33. Stephens, C. , Microbiology: Breaking Down Biofilms. Current Biology, Vol. 12, R 132–R 134, February 19, 2002. [BİOF-26] 34. Matsukawa, M. , Biofilms: From Bench to the Bedside. Speakers' Abstracts/International Journal of Antimicrobial Agents 26 S (2005) S 1 -S 63 [BİOF-27] 35. Ramey, B. E. , Biofilm formation in plant–microbe associations, Current Opinion in Microbiology 2004, 7: 602– 609. [BİOF-28] 36. Shapiro, J. A. , Thinking about bacterial populations as multicellular organisms. Annu. Rev. Microbiol. (1998) 52, 81– 104. [BİOF-F 18/rf. 26] 37. Federle, M. J. and Bassler, B. L. , Interspecies communication in bacteria. J. Clin. Invest. (2003) 112, 1291– 1299. . [BİOF-F 18/rf. 32] Murat Kemal AVCI_İTÜ_MOBGAM www. quorumsensing. net QS_BİYOFİLMLER 64

38. Voung, C. , Otto, M. , 2000. Staphylococcus epidermidis infections. Microbs and Infections 4 (2002) 481 -489. [QS-241] 39. Vacheethasanee K. , and Marchant, R. E. , Surfactant polymers designed to suppress bacterial (Staphylococcus epidermidis) adhesion on biomaterials. Student Research Award in the Ph. D. Degree Candidate Category, World Biomaterials Congress 2000, Kamuela, HI, May 15 -20, 2000. [QS-271] 41. Patti, J. M. , (1994) MSCRAMM-mediated adherence of microorganisms to host tissues. Annu. Rev. Microbiol. 48, 585– 617. [BİOF-F 18/rf. 20] 42. Mazmanian, S. K. et al. , Sortase-catalysed anchoring of surface proteins to the cell wall of Staphylococcus aureus, Mol. Microbiol. 40 (2001) 1049– 1057. ) [QS-276] 02. 12. 2009 40. Milohanic, E. , et al. , The autolysin Ami contributes to the adhesion of Listeria monocytogenes to eukaryotic cells via its cell wall anchor. Molecular Mibrobiology (2001) 39 (5), 1212 -1224. [QS-308] 43. Hussain, M. , A 140 -kilodalton extracellular protein is essential for the accumulation of Staphylococcus epidermidis strains on surfaces, Infect. Immun. 65 (1997) 519– 524. [QS-241/rf 23] 44. Vuong, C. , Polysaccharide intercellular adhesin (PIA) protects Staphylococcus epidermidis against major components of the human innate immune system. Cellular Microbiology (2004) 6 (3), 269– 275. [QS-244] 45. Arciola, C. R. , Presence of ica. A and ica. D Genes and slime production in a collection of staphylococcal strains from catheter-associated infections, J. Clin. Microbiol. 39 (2001) 2151– 2156. [S 9 -rf 1/31] 46. Chamberlain, N. R. , and Brueggemann, S. A. , Characterisation and expression of fatty acid modifying enzyme produced by Staph. epidermidis, J. Med. Microbiol. 46 (1997) 693– 6 [S 9 -rf 1/35] 47. Ronner, U. , Husmark, U. , Henriksson, A. , 1990. Adhesion of Bacillus species in relation to hydrophobicity. J. Appl. Bacteriol. 69, 550– 556. 48. Dewanti, R. , Wong, A. C. L. , 1995. Influence of culture conditions on biofilm formation by Escherichia coli O 157: H 7. Int. J. Food Microbiol. 26, 147– 164. 49. Collins, E. B. , Hardt, P. , 1980. Inhibition of Candida albicans by Lactobacillus acidophilus. J. Dairy Sci. 63, 830– 832. 50. B. Gottenbos, H. C. van der Mei, H. J. Busscher, Initial adhesion and surface growth of Staphylococcus epidermidis and Pseudomonas aeruginosa on biomedical polymers, J. Biomed. Mater. Res. 50 (2000) 208– 214. 51. Kumamoto, C. A. , Candida Biofilms, Curr. Op. İn Micbio. 2002, 5: 608 -611 52. Rinker, K. D. , Kelly, R. M. , 1996. Growth physiology of the hyperthermophilic archaeon Thermococcus litoralis: Development of a sulfur-free defined medium, characterization of an exopolysaccharide and evidence of biofilm formation. Appl. Environ. Microbiol. 62, 4478– 4485. [BİOF-15/rf. 198] Murat Kemal AVCI_İTÜ_MOBGAM www. quorumsensing. net QS_BİYOFİLMLER 65

53. Rogers, J. , Dowsett, A. B. , Keevil, C. W. , 1995. A paint incorporat ing silver to control mixed biofilms containing Legionella pneumophila. J. Ind. Microbiol. 15, 377– 382. BİOF-15/rf. 201] 54. Stern, N. J. , Kazmi, S. U. , 1989. Campylobacter jejuni. In: Doyle, M. P. (Ed. ), Foodborne Bacterial Pathogens. Marcel Dekker, New York, USA, pp. 71– 110. [BİOF 15/rf. 219] 56. Masako, K. , A novel method to control the balance of skin microflora, Part 1. Attack on biofilm of Staphylococcus aureus without antibiotics. Journal of Dermatological Science (2005) 38, 197— 205. [BİOF-C 2] 02. 12. 2009 55. Wirtanen, G. , Mattila-Sandholm, T. , 1994. Measurement of biofilm of Pediococcus pentosaceus and Pseudomonas fragi on stainless steel surfaces. Coll. Surf. B: Biointerfaces 2, 33– 39. [BİOF-15/rf. 241] 66 Murat Kemal AVCI_İTÜ_MOBGAM www. quorumsensing. net QS_BİYOFİLMLER