Mikroorganizmaların yararı ve kullanım alanlarına göz atalım. Mikrobiyomlar kelimenin tam anlamıyla her yerdeler. Gıda sisteminin ayrılmaz parçasıdırlar ve gıda üretiminin neredeyse her aşamasındalar. Gıda güvenliği sorunları ve insanların sıklıkla bakteri ve diğer mikroorganizmalarla ilişkilendirdiği hastalıklara rağmen, mikrobiyomlar veya mikroorganizmalar aslında inanılmaz faydalara sahip. Onlar olmadan besleyici, bol ve lezzetli yiyecekler elde edemezdik.
Mikrobiyom ve Mikrobiyota
Mikroorganizmalar bakteri, arke, mantar, alg, virüs ve daha fazlasından oluşuyor. Bunlar Antarktika'nın buzullarından okyanusların en derin bölgelerine kadar gezegenin hemen her yerinde yaşayan küçük organizmalardır, buna tüm gıda sistemi de dahil. Bazı mikrobiyomların gıda zehirlenmesi ve anti-mikrobiyal direnç gibi olumsuzluklara ya da domuz ve kuş gribi gibi bulaşıcı hastalıklara yol açması tehlikeli görünmelerini sağlıyor.
Ancak mikroorganizmaların sağlık ve refahımız için birçok yararlı ve olumlu etkisi var ve çevreye derin şekilde hizmet ederler. İnsan bağırsağı veya toprak gibi tek bir habitatta birlikte yaşayan farklı mikroorganizmalara mikrobiyota diyoruz ve mikrobiyom terimi ise mikrobiyotanın rolünü, birbiriyle ve çevreyle nasıl etkileşime girdiğini ele alır.
Mikroorganizmaların Kullanım Alanları
Dünyada yedi tür mikroorganizma var: Bakteri, arke, protozoa, alg, mantar, virüs ve çok hücreli hayvan parazitleri olan helmintler. Her mikroorganizma türünün hücresel bileşimi, morfolojisi, hareket ortalaması ve üremesi farklı. Ancak tüm mikroorganizmalar çeşitli amaçlar ve uygulamalar için kullanılıyor ve aşağıdakiler gibi birçok temel faydaları var:
Sağlığa Olan Yararları
İnsanlar mikrobiyom kelimesini duyduğunda genelde bağırsak mikrobiyomunu hatırlar. İnsan vücudunda kabaca 40 trilyon bakteri hücresi var ve sindirim sistemi, mikroorganizmaların en yoğun olduğu yerdir. Bağırsak bakterileri, insanların yiyeceği sindirmesine yardımcı oluyor ve insan bağışıklık sağlığı ile yakın ilişkilidir. Çevresel faktörlerden ve beslenmeden etkilenirler. Fermente gıdalar ve probiyotikler gibi, mikroorganizmalar tarafından veya bunlara dayalı olarak üretilen bileşenler sağlıklı bağırsak mikrobiyomuna katkı sağlar (Bifidobacterium bifidum gibi).
Bağırsak, insan vücudunda mikroorganizmaların bulunduğu tek yer değil. İnsanlar sağlığın korunmasında önemli role sahip vajinal, nazal, oral ve cilt mikrobiyomlarına sahip. Vücudumuzdaki bakterilerin toplam ağırlığının 200 gram olduğu tahmin edilir.
Çevresel Faydaları
Mikroorganizmalar ekosistemin önemli bir bileşeni ve içinde yaşadığımız çevre üzerinde büyük etkiye sahip. Bu nedenle çevresel mikrobiyomun daha iyi anlaşılması iklim değişikliği gibi toplumsal sorunları daha iyi ele almayı sağlar çünkü iklim değişikliğinin etkisi büyük ölçüde mikroorganizmaların verdiği tepkilere bağlı.
Mikrobiyomlar, küresel ekosistem sağlığına katkıda bulunuyor. Örneğin okyanustaki mikroorganizmalar karbonun depolanmasına yardımcı olur ve soluduğumuz oksijenin yarısını onlar üretiyor (Fitoplankton gibi). Bazı mikroorganizmalar topraktaki besinleri tutarak ve organik maddeleri parçalayarak bitki büyümesini destekliyor. Ayrıca biyogaz üreterek enerji üretimine katkıda bulunuyorlar. Yine atık suyun arıtılmasında ve kirli alanların iyileştirilmesinde kullanılırlar.
Tıbbi Amaçlar
Mikroorganizmalar ayrıca tıbbi bakıma ve halk sağlığına katkı sağlıyor. Örneğin, antibiyotikler ve aşılar gibi farmasötiklerin (ilaç) üretiminde mikroorganizma kullanılır. Çoğu antibiyotik toprakta yaşayan bakteriler tarafından yapılıyor. Örn. Streptomyces bakterisinin enzimi ile tetrasiklin antibiyotiği üretilir (diğerleri eritromisin, streptomisin, rifamisin ve ivermektin).
Yiyecek Üretimi
Gıdaların üretimi ve korunması söz konusu olduğunda mikroorganizmalar önemli role sahip (örn. yoğurt -Lactobacillus bulgaricus-, turşu veya kimçi gibi). Mikrobiyomlar ayrıca hayvancılık, balık, toprak ve mahsuller gibi gıda sisteminin birçok bölümünde varlar ve gerek kompost üreterek ve gerekse ondaki besinleri geri kazanarak gıda atıklarının olumsuz çevresel etkisini azaltıyorlar.
Gıda Üretiminde Mikroorganizmalar
Mikrobiyomlar gıda sisteminin her yerindeler ve gıda zincirinin başından sonuna kadar mikroorganizmalar kullanılıyor. Gıda üretimin tüm adımlarında ve ortamlarında yararlılar ama aynı zamanda çok yararlı olmayan mikroorganizmalar da var.
Bitki ve Toprakta Mikroorganizma
Toprak, bitkiler ve kökleri sürekli olarak çeşitli mikroorganizmalar tarafından kolonize edilir. Özellikle rizosfer olarak adlandırılan köklerin etrafındaki bölge, mikrobiyal aktivitenin en yoğun noktasıdır. Rizosferdeki mikroorganizmalar genellikle çevredeki topraktan geliyor. Bu mikroorganizmalar bitkinin besin elde etmesini destekliyor ve bazıları bitkideki stres hormonunu azaltıyor (örn. oksin üreten Pseudomonas).
Ancak bazı bakteriler doğru çevre koşullarında yeterli sayıda olduğunda bitkiye zarar veriyor ve hastalığa neden oluyor. Tarım uygulamaları, bitki türü, bitkinin genleri ve diğer çevresel faktörler, bitki mikrobiyomunu ve işleyişini etkiler. Araştırmacılar şu anda bitki büyümesini, stres direncini ve mahsullerin sağlığını destekleyecek mikroorganizma aşıları (toprak probiyotikleri olarak da bilinir) geliştirmek için çalışıyor.
Su ve Deniz Ortamında
Deniz yaşamının büyük bölümünü mikroorganizmalar oluşturuyor ve nitrojen ve karbonu sabitleme özellikleri nedeniyle okyanusun besin ağının temeli onlardır. Fotosentetik algler ve bakteriler deniz fitoplanktonunun ana bileşenidir ve bu nedenle balıklar ve ve diğer deniz hayvanları için ana besin kaynağıdır.
Ne var ki bazı mikroskobik algler toksik bileşik üretebiliyor ve balık ve kabuklular bu zararlı algler ile beslenirse zehir biriktiriyor. İnsanlar bu balıkları veya kabukluları tüketerek toksin alıyor. Bu durum insan sağlığını olumsuz etkiler ve gıda zehirlenmesine yol açabilir. Mikroorganizmalar okyanuslarda o kadar çok sayıda ve yüksek çeşitlilikte ki, bilim adamları şimdiye kadar bunların sadece küçük bir kısmını tanımlayabildi.
Hayvanlar
Hayvan bağırsağında veya derisinde insan mikrobiyomundan eşit veya daha çeşitli mikrobiyomlar var. Mikroorganizmalar hayvanların besin maddesi almasını sağlar ve bağışıklık sistemini destekler. Çiftlik hayvanlarının sağlığı onlara bağlıdır.
Olumsuz tarafı, bazı bakteriler hayvancılık ve su ürünleri yetiştiriciliğinde patojen olabilir ve bulaşıcı hastalığa neden olur. Yayılmalarını kontrol etmek ve önlemek için geliştirilen antibiyotikler var. Ancak antimikrobiyallerin aşırı ve yanlış kullanımı antimikrobiyal dirençli bakterinin gelişimini hızlandırır. Antimikrobiyal dirençli bakteriler yediğimiz hayvan kaynaklı gıdalar yoluyla insana bulaştığında halk sağlığı için büyük tehdit olur.
Gıda Fermantasyonu
Yoğurt, peynir, soya sosu ve turşu gibi çeşitli gıdaların üretiminde mikroorganizmalar kullanılıyor. Gıdaların fermantasyonu gıdanın daha uzun süre korunmasını sağlıyor. Fermantasyon ürünün besin kalitesini de artırıyor. Mikroorganizmaların çikolata ve kahve üretmek için de gerekli olduğunu biliyor muydunuz? Fermentasyon olmadan kakao ve kahve çekirdekleri kendilerine özgü o tat ve lezzete sahip olmazdı.
Yiyecek Atıkları
Yiyecekleri çok uzun süre veya yanlış koşullar altında saklamak çürümeye neden olur. İstenmeyen mikroorganizmaların sayısının artması gıda bozulması ve gıda zehirlenmesi gibi gıda güvenliği sorunları doğurur. Öte yandan, mikroorganizmalar gıda atığının geri dönüşümünde faydalılar. Kompostlama yoluyla atıktaki besini geri kazanır ve biyogübre olarak toprağa geri uygulanmasını sağlarlar.
Gelecekte Mikroorganizma
Toprak, bitki, hayvan ve deniz ekosistemlerindeki mikrobiyomlar, çevre sağlığının ve uygun fiyatlı ve besleyici gıda sisteminin anahtarı durumunda. Gıda sistemindeki mikrobiyomlar üzerine araştırmalar ve yenilikler yapılıyor. Gıda sistemindeki mikrobiyomun daha iyi anlaşılması daha sağlıklı beslenme olanakları sağlayarak mevcut gıda sisteminin daha sürdürülebilir hale gelmesine katkıda bulunur.
Örneğin, AB tarafından finanse edilen CIRCLES projesi (Ufuk 2020 sözleşmesi) yeni ve daha sürdürülebilir gıda uygulamaları ve yenilikleri geliştirmek amacıyla yedi gıda zincirindeki (ıspanak, domates, kümes hayvanları, domuz, Atlantik somonu, çipura su ürünleri ve deniz balıkları) mikrobiyom etkileşimlerini ve dolaşımını araştırır. Projenin ele almak istediği sorulardan bazıları şunlar:
- Toprakta probiyotik kullanarak domates ve ıspanak gelişimini iyileştirebilir miyiz?
- Yabani balıklardan elde edilen mikrobiyom, su ürünleri yetiştiriciliğindeki balıkların mikrobiyomunu etkiler mi ve tersi geçerli mi?
- Çiftlik hayvanlarından (tavuk ve domuz) elde edilen mikrobiyomlar, çiftlik çalışanlarının mikrobiyomları ile etkileşime giriyor mu?
Proje 2024'te bitecek ve o zamana kadar bu soruların bazılarına cevap bulunması umuluyor.
Mikroorganizmalar Hakkında Sık Sorulanlar
Mikroorganizmaların insan sağlığına fayda sağlamasının yolları nelerdir?
Probiyotikler gibi mikroorganizmalar, sindirim ve bağışıklık fonksiyonu için önemli olan sağlıklı bir bağırsak mikrobiyomunun korunmasına yardımcı olabilir. Bazı mikroorganizmalar antibiyotik ve diğer ilaçların üretiminde de kullanılmaktadır.
Mikroorganizmalar çevreye nasıl fayda sağlar?
Mikroorganizmalar besin döngüsü, ayrışma ve toprak oluşumu gibi birçok önemli ekolojik süreçte yer alır. Ayrıca biyoremediasyonda veya çevresel kirleticileri temizlemek için canlı organizmaların kullanılmasında da kullanılırlar.
Gıda üretiminde kullanılan mikroorganizma örnekleri nelerdir?
Maya ve bakteri gibi mikroorganizmalar ekmek, peynir, yoğurt, bira ve şarap gibi yiyecek ve içecekleri fermente etmek için kullanılır.
Mikroorganizmalar tarıma nasıl fayda sağlar?
Bazı mikroorganizmalar bitkilerle simbiyotik ilişkiler kurarak bitkilerin azotu sabitlemesine ve topraktan besinleri emmesine yardımcı olur. Diğer mikroorganizmalar, mahsullere zarar verebilecek zararlıları ve hastalıkları kontrol etmeye yardımcı olabilir.
Mikroorganizmaların tıpta ve endüstride potansiyel kullanım alanları nelerdir?
Araştırmacılar biyoyakıt üretmek, kirliliği temizlemek ve kanser ve otoimmün bozukluklar gibi hastalıklar için yeni tedaviler geliştirmek gibi uygulamalar için mikroorganizmaları kullanmanın yollarını araştırıyor.
Mikroorganizmalar nedir?
Mikroorganizmalar, çıplak gözle görülemeyecek kadar küçük canlı organizmalardır. Bakteri, virüs, mantar, protozoa ve algleri içerirler.
Mikrobiyom ve mikrobiyota arasındaki fark nedir?
Mikrobiyota, insan bağırsağı gibi belirli bir ortamda yaşayan mikroorganizmalar (bakteriler, mantarlar, virüsler, vb.) topluluğunu ifade eder. Mikrobiyom, bu mikroorganizmaların genetik materyalinin yanı sıra birbirleriyle ve çevreleriyle olan etkileşimlerini ifade eder.
İnsan mikrobiyomunun bazı işlevleri nelerdir?
İnsan mikrobiyomu bağırsak sağlığının korunmasında, sindirime ve besin emilimine yardımcı olmada, bağışıklık sistemini modüle etmede ve vitaminler ile diğer faydalı bileşiklerin üretilmesinde önemli bir rol oynar.
Mikrobiyomdaki bozulmalar sağlığı nasıl etkileyebilir?
Antibiyotik kullanımı, kötü beslenme veya stres gibi nedenlerle mikrobiyomda meydana gelen bozulmalar, iltihaplı bağırsak hastalığı, obezite ve otoimmün bozukluklar da dahil olmak üzere çeşitli sağlık sorunlarıyla ilişkilendirilmiştir.