Zamanla, gida isleme tesislerinde biyofilm olusumunu destekleyen kosullarin yani sira, biyofilm olusturan mikroorganizmalarin genetik arka plani da yogun bir sekilde incelenmistir. Biyofilm gelisiminin ve dagiliminin her adiminda spesifik bir genetik sinyal kontrolu vardir.
L. monocytogenes, mikrodizi gen ekspresyonu modeli, farkli zaman araliklarinda analiz (4, 12 ve 24 saat), biyofilm farkli asamalarinda tasvir genlerin ekspresyonu icin yapildi. Sonuclar, 4 saatlik biyofilm olusumundan sonra 150’den fazla genin yukari regule edildigini ve toplam 836 genin zamanla ekspresyonda yavas bir artisi vurguladigini gostermektedir. Bircok bakteri turu icin genom dizilimi, biyofilm sentezinde rol oynayan genlerin tanimlanmasina izin vermesine ragmen, L. monocytogenes icin , bu genler sadece biyoinformatik analiz kullanilarak tanimlanamamistir.


Biyofilm olusumunda, baglanma asamasi, flagella ve tip I pili-aracili hareketlerin hucreler ve yuzey arasindaki ilk etkilesim icin kritik oldugu bir on kosuldur. Arastirmacilar biyofilm olusumunu kontrol eden genlerin ve duzenleyici yolun rollerini bulmak icin transpozon ekleme mutajenez ve transkriptom analizleri gibi bir veya iki genom capinda yaklasim uygulamislardir. Bir transpozon mutagenez kitapligi ile daha az biyofilm ureten Himar1 mariner transpozon yerlestirmesi ile 70 L. monositogen mutantini belirlemek mumkun olmustur.
Gida Teknolojisinde Biyofilm Olusumunda Rol Oynayan GenlerTanimlanan toplam 38 genetik lokustan 4 tanesinin bakteri hareketliligine (fli D, fli Q, fla A ve motite) dahil oldugu bulundu. Bu ilk yuzey baglantisi icin gerekli bir ozelliktir. 4 saatte artmis ekspresyonu ve biyofilmin baslamasindan 12 saat sonra azalmis ekspresyonu olan baska bir gen, listeriolizin pozitif duzenleyici faktor A olan prf A idi ve bu kolonizasyon asamasindadir.


Patojenik mikroorganizmalarda biyofilm olusumunda onemli rolu olan genlerin listesi (UniprotKB veritabani) sirasiyla internalin A ve BapL gibi hucre disi ve yuzey proteinlerinin L. monocytogenes EGD-e’ de ilk bakteri adezyonunda rol oynadigi bulunmustur. Dahasi, hareketliligi flagella ile saglanir ve biyofilm olusumunu etkileyen sicakliga baglidir. Bu nedenle, 30 ° C’nin uzerinde flaA’nin transkripsiyonu durdurulur.
Gida Teknolojisinde Biyofilm Olusumunda Rol Oynayan GenlerYuzeye hucre yapismasindan sorumlu S. aureus genleri, glukozamin polimeri ve polisakkarit hucreler arasi adhezinlerin biyosentezinde islev goren icaADBC operonuna dahil edilir. Bu nedenle, bir dizi tasiyici proteini (pro P, opu D, aap A ve dlt A) kodlayan diger genler, biyofilmin baslamasindan 8 saat sonra yukari regule edilmistir. E. coli, hucre yapismasi ile ilgili genler gibi fim A, yad, K yad, N yad M ve yad C kodlayan fimbria benzeri proteinler integral hucre membrani ile birlikte eksprese edilir. Dis zar proteinleri ile genler (htr E), transkripsiyonel duzenleyiciler (mng R ve nha R) veya diger genler, ancak bu ag susa ozgu gorunmektedir.


Bu durumuda S. enterica, diferansiyel ekspresyon analizi, ycf R’nin bircok Gram-negatif bakteride oldugu gibi yuksek oranda korundugunu, klor stresi altinda yukari regule edildigini ve bakterinin cama veya polistirene virulansindan ve baglanmasindan sorumlu oldugunu ortaya koymustur. Ayrica, Salmonella spp. Ile ilgili biyofilmler, curli ve seluloz ekspresyonunu aktive eden bir transkripsiyonel duzenleyici CsgD proteini tarafindan yonlendirilir. Curli icin yapisal alt birimleri kodlayan csg BAC operonunun transkripsiyonu, dolayli olarak seluloz uretimi ile iliskili ikinci mekanizmanin, adr A’nin transkripsiyonunu aktive eder. Salmonella spp. aktivasyonunda onemli faktorlerdir. Biyofilmler, CsgD icerigi yukseldiginde ikincil bir haberci molekul gibi davranan c-di-GMP’dir. Mikrokoloniler, hucre proliferasyonu ile olusturulur ve hucre bolunmesi, hucre duvari biyojenezi, virulans ve motilite, stres tepkisi ve transkripsiyonel duzenleme faktorleri ile ilgili bircok gen ifade edilir.
Biyofilm olusumunun tum asamalarinda ifade edilen veya farkli biyotik veya abiyotik faktorlerin etkisi altinda yukari regule edilen genlerin bir secimini gosterir. dlt ABC L. monocytogenes oldugu bildirildi. suslarinin biyofilm olusumunda kusurlu oldugu, transpozon mutagenezi ile dogrulandigi bildirilmistir.dbiyofilm sentezi icin teikoik asitlerin alanilasyonudur. Yani, mutantlar olmadandTeikoik asitlerin yuzeyindeki -alanin daha yuksek bir negatif yuke sahiptir ve bir biyofilm-negatif fenotip gelistirir.


Olgun biyofilm mikro kolonilerden gelisir ve bu gelisme EPS uretimi ile iliskilidir. B. cereus’un biyofilm matrisi diger Bacillus sp. Ile benzerdir, ancak EPS sentezinden sorumlu olan eps genleri B. subtilis’e kiyasla B. cereus icin zorunlu degildir. B. cereus’daki duzenleyici aglar hakkinda cok az sey bilinmektedir, ancak calismalar CodY ve SpoOA’nin da biyofilm olusumunda onemli bir rol oynayabilecegini gostermistir.
Ayrica, B. subtilis genomundan tap A ve bsl A tarafindan kodlanan yapisal proteinler B. cereus matrisinde yoktur cunku bu genler B. cereus genomunda paralog icermez. Bunun yerine, matriks fiber sentezinden sorumlu olan tas A geni B. cereus biyofilm gelisimi icin gereklidir. Bircok patojenik bakterinin matriks biyofilminde tanimlanan onemli bir polisakkarit, biyofilmde yasayan bakteriler icin onemli bir fizyolojik rol oynayan kolanik asittir. Bu EPS, wca L geni (S. enterica) veya wca F (E. coli) tarafindan kodlanan spesifik enzimler tarafindan sentezlenir. Ayrica gosterilmistir RPO S geni, genel stres yanitin ana regulator, olgun biyofilm gelismesinde onemli bir faktor olarak gorulebilir.
Sonuc olarak, planktonik durumdan biyofilm durumuna gecis kritiktir ve matris sentezi, hucre kumelenmesi ve hucre sinyallemesi icin gerekli olan kati bir gen duzenlemesine tabi tutulur. Bununla birlikte, cok sayida genetik gecmise sahip bakteriler, bakteri hucrelerinin otoinduktor adi verilen kucuk yayilabilir sinyal molekulleri araciligiyla birbirleriyle sosyal etkilesime girdigi ve boylece biyofilm gelisimine katkida bulundugu, cekirdek algilama (QS) adi verilen bir mekanizma araciligiyla isbirligi yapma iliskilerini duzenleyerek iletisim kurarlar.


Gida Teknolojisinde Biyofilm Olusumunda Rol Oynayan Genler1970’lerde tanimlanan cekirdek algilama sureci, hucre populasyon yogunluguna yanit olarak sentezlenen kimyasal sinyal molekulleri araciligiyla cesitli gen ifadelerinin kontrolunde yer alir. Bakteriler kritik biyokutlelerini algilamaya basladiklarinda, bakteri genomunun % 10’undan genleri aktive ederek veya bastirarak yanit verirler. Sistem hem Gram negatif hem de Gram pozitif bakteriler icin tanimlanmistir.
QS arasinda, diger iki onemli duzenleyicinin biyofilm seklini ve yapisini kontrol ettigi bilinmektedir: sIklik diguanosin-monofosfat (c-di-GMP) ve kucuk RNA’lar. Ornegin, S. aureus biyofilm gelisimi bircok cevresel kosul ve genetik sinyal tarafindan duzenlenir. Biyofilm olusumundaki onemli bir bilesene, esas olarak polimerik N-asetil-glukozamin (PNAG) ve ica operon tarafindan kodlanan eDNA’dan olusan polisakkarit hucreler arasi adhezin aracilik eder. S. aureus gibi belirli durumlarda, biyofilm ile iliskili protein (Bap), polisakkarit hucreler arasi adezyon (polisakkarit hucreler arasi adhezinler) ekspresyonundan cok biyofilm olgunlasmasinda rol oynar.
S. aureus’taki c-di-GMP tutulumu, eksopolisakkarit biyosentezinin enzimlerini allosterik olarak devreye sokan onemli bir biyofilm duzenleyicidir, buna karsin ilgili kucuk RNA genlerinin islevi henuz ayrintili olarak calisilmamistir. Planktonik durumda dezenfektanlara karsi artan bir duyarlilik gosterdigi fark edilmis olsa da, biyofilm durumunda, gida ve tip sektoru icin esit derecede onemli olan en direncli olanlar arasinda olabilir.


S. aureus, B. subtilis ve L. monocytogenes gibi Gram-pozitif bakteriler, yardimci gen duzenleyici (Agr) sistemi tarafindan kodlanan indukleyiciler araciligiyla iletisim kurmaktadir. Gorunuse gore Agr kompleksi S. aureus genomundaki 100’den fazla geni duzenler ve L. monocytogenes genomundan silinmesi 600’den fazla geni etkiler. S. aureus’un yardimci gen duzenleyicisi, oto indukleyici peptidlere (AIP’ler) yanit olarak virulans faktorlerinin ve toksinlerin ekspresyonunu module ederken luxS, bilinmeyen bir QS kaskadiyla ekzopolisakkarit sentezini inhibe eden AI-2’yi sentezler.
L. monocytogenes, Tetikleyiciler virulans PrfA duzenlenmis bir genlerin birinin transkripsiyonel aktivasyonu sinyal QS CTA bakteriyel agregasyonu ve biyofilmdir. Hucreden hucreye etkilesimlerde yer alan diger bir gen, secA2 genidir. Silinmesi, artan hucre agregasyonu ve sedimantasyonu ile SecA2 yolunu inaktive edebilir.



alıntı