Çevresel Örneklerde Cryptococcus neoformans Taramaları İçin
Patlıcan (Solanum melongena) Agarın Yeni Bir Besiyeri Olarak Değerlendirilmesi*
Evaluation of a New Medium, Eggplant (Solanum melongena) Agar as a Screening Medium for
Cryptococcus neoformans in Environmental Samples
Mustafa ŞENGÜL1, Çağrı ERGİN1, Tuğba KARTAL2
1 Pamukkale Üniversitesi Tıp Fakültesi, Tıbbi Mikrobiyoloji Anabilim Dalı, Denizli.
1 Pamukkale University Faculty of Medicine, Department of Medical Microbiology, Denizli, Turkey.
2 Pamukkale Üniversitesi Fen-Edebiyat Fakültesi, Biyoloji Bölümü, Denizli.
2 Pamukkale University Faculty of Science and Letters, Department of Biology, Denizli, Turkey.
* Bu çalışma, 7. Ulusal Moleküler ve Tanısal Mikrobiyoloji Kongresi (5-8 Haziran 2012, Ankara)'nde poster bildiri olarak sunulmuştur.
ÖZET
Cryptococcus neofomans, özellikle bağışıklık sistemi baskılanmış kişilerde hayatı tehdit eden enfeksiyonlara neden olabilen kapsüllü bir maya mantarıdır. Enfeksiyonların, çevresel ortamdan solunum havasına bulaşması ile oluştuğu kabul edilmektedir. Bilinen çevresel odaklar kanatlı çıkartıları, ağaçlarda çürüyen kovuklar ve topraktır. Öncül maddeleri içeren besiyeri ortamında kahverengi pigmentli maya oluşumu, C.neoformans'ın hızlı tanımlanmasında önemli bir basamaktır. Bu besiyerlerinin yapımında, kolay ulaşılabilir ve ekonomik olmaları nedeniyle bitki tohumları tercih edilmektedir. Guizotia abysinicca (Nijer tohumu, kuşyemi) ile Staib agar, Helianthus annus (Ayçiçeği) ile Pal besiyeri, Brassica nigra (Hardal) tohumu agar, tütün agar, Mucuna pruriens (Kadife fasulye) tohumu agar, Perilla frutescens (Çin fesleğeni) tohumu agar, Rubus fruticosus (Böğürtlen) agar ve öğütülmüş kırmızıbiber agar C.neoformans'ın pigment yapımına dayalı olarak ayırımını sağlayan seçici besiyerleridir. Bu çalışmanın amacı, ülkemizde yaygın olarak bulunan patlıcandan (Solanum melongena) elde edilen yeni bir besiyerinde C.neoformans'ın pigment yapımının araştırılması ve kolonize olduğu çevresel ortamlardan izolasyonunda Staib, Pal ve tütün agarla performanslarının karşılaştırılmasıdır. Araştırmaya 3 farklı patlıcandan (S.melongena Melanzaza viserba, S.melongena Pinstripe F1 ve S.ovigerum Ivory F1) hazırlanan besiyerleri alınmıştır. Ülkemizde sürekli kolonizasyonun bulunduğu Gökova-Akyaka bölgesindeki 19 Eucalyptus camaldulensis ağacının kovuklarından sürüntü tekniği ile alınan örnekler, patlıcan besiyeri ile Staib, Pal ve tütün agar besiyerlerine ekilmiştir. Araştırmaya alınan türlerden S.melongena Melanzaza viserba ve S.melongena Pinstripe F1 ile yapılan besiyerlerinde C.neoformans pigment oluştururken, S.ovigerum Ivory F1'den yapılan besiyerinde pigment oluşumu gözlenmemiştir. Kolonizasyon bölgesindeki 19 E.camaldulensis ağacının 11 (%57.9)'inden basit Staib agar, basit Pal agar ve patlıcan agar ile izolasyon yapılabilirken, tütün agar ile 10 (%52.6) örnekten izolasyon yapılabilmiştir. Benzer şekilde C.neoformans üremesi, basit Staib, basit Pal ve patlıcan agar besiyerlerinde sırasıyla 51, 57 ve 48 koloni oluşturan ünite (cfu)/petri plağı (ortanca değer) olarak saptanırken, tütün agarda daha az sayıda (33 cfu/petri) koloni üremesi saptanmıştır. Patlıcan agar besiyerinin C.neoformans'ı çevresel ortamlardan ayırabilme yeteneği, basit Staib ve Pal agar besiyerlerinden farklı bulunmamıştır (p= 0.71). Sonuç olarak çevresel izolasyon taramalarında yaygın olarak kullanılan Staib agar ve Pal agar besiyeri ile birlikte patlıcan agar besiyeri de kolaylıkla hazırlanarak kullanılabilmektedir.
Anahtar sözcükler: Cryptococcus neoformans; patlıcan; Solanum melongena; pigment; çevresel izolasyon; besiyeri.
ABSTRACT
Cryptococcus neofomans is an encapsulated yeast-like fungus that causes life-threatening infections, especially in immunosuppresive patients. C.neoformans infection is believed to be acquired via inhalation of aerosolized particles from the environment. Avian guano, decaying tree hollows and soil are the related known environmental niches. Brown pigmented yeast growth from the precursors in growth media is an important step for the identification and isolation of C.neoformans. Seeds of plants in nature are preferred owing to easy accessibility and low costs for the preperation of such media. Guizotia abysinicca (Niger seed) as Staib agar, Helianthus annus (Sunflower) as Pal's medium, Brassica nigra (Mustard) agar, tobacco agar, Mucuna pruriens (Velvet bean) seed agar, Perilla frutescens (Beefsteak plant) seed agar, Rubus fruticosus (Blackberry) agar and ground red hot pepper agar are pigment-based selective media for the differantiation of C.neoformans. The aim of this study was to observe the pigment production of C.neoformans in a new medium based on eggplant (Solanum melongena) and also to compare its performance with the simplified Staib, Pal's and tobacco agar for isolation from the environment. Three different eggplant-based medium (S.melongena Melanzaza viserba, S.melongena Pinstripe F1 and S.ovigerum Ivory F1) were included in the study. Pigment-forming eggplant medium, simplified Staib agar, Pal's agar and tobacco agar were used for the cultivation of the environmental swabbed samples from 19 Eucalyptus camaldulensis trunk hollows in continuous colonization region. While pigment formation were observed with S.melongena Melanzaza viserba and S.melongena Pinstripe F1 containing media, S.ovigerum Ivory F1 medium was found to be non-reactive. In colonization area (Gökova-Akyaka, Turkey), 11 (57.9%) out of 19 E.camaldulensis samples were positive with simplified Staib agar, Pal's agar and eggplant agar while 10 (52.6%) of them are positive with tobacco agar. C.neoformans colony forming unit (cfu) per plate were found as 51, 57 and 48 (median values) on simplified Staib agar, Pal's agar and eggplant agar, respectively, while tobacco agar has lower performance with 33 cfu/petri. No statistically significant difference were found between simplified Staib agar, Pal's agar and eggplant agar's performances for C.neoformans isolations from the nature (p=0.71). In conclusion, easily prepared eggplant agar is as functional as widely used media such as simplified Staib agar and Pal's agar for the isolation of C.neoformans from the natural environment.
Key words: Cryptococcus neoformans: eggplant; Solanum melongena; pigment; environmental isolation; medium.
Geliş Tarihi (Received): 15.01.2014 • Kabul Ediliş Tarihi (Accepted): 24.03.2014
GİRİŞ
Özellikle bağışıklık sistemi baskılanmış konakta hayatı tehdit edebilen enfeksiyonlara neden olan Cryptococcus neoformans ve sağlıklı bireylerde de enfeksiyon oluşturabilen C.gattii kapsüllü maya mantarlarıdır. Melanin, C.neoformans kökenlerinin önemli bir patojenite faktörü olup, aynı zamanda bu mantarı doğada ultraviyole gibi çeşitli zararlı etkilerden de korumaktadır1. Çevresel ortamdaki para- ve orto-difenolleri sağlayan besiyeri ortamları, azot kaynağı ile birlikte tanısal mikrobiyolojide kullanılmaktadır2. Tomurcuklanarak çoğalan bu maya benzeri mantar hücreleri 3-6 µm çaplı, konakta ve sentetik bazlı besiyerlerinde geniş polisakkarit kapsülle çevrili hücrelerden oluşan S tipi, konveks, sarıdan kahverengiye kadar değişen renkli koloniler oluşturmaktadır. Yapısında bulunan fenol oksidaz gibi farklı enzim aktiviteleri ile kültür ortamına ilave edilen öncül maddelerden kahverengi melanin pigmenti oluşturması C.neoformans için ayırt edici ve karakteristik bir özelliktir3,4. Bu pigmentler ultraviyole ışık (UV), oksitleyici maddeler ve iyonize radyasyon gibi çok çeşitli çevresel baskılara karşı savunma sağlayan patojeniteden sorumlu organizmaya ait hücre duvarında yer alan yapısal molekülledir1,2.
Melanin gibi kahverengi-siyah pigmentlerin sentezinde öncül olabilecek maddeleri içeren farklı besiyerleri, çevresel ve klinik C.neoformans varlığının araştırılmasında kullanılmaktadır1,2. Bu besiyerleri arasında, günlük hayatta kullanılan bitki ve tohumları içeren formülasyonlar önemli yer tutar; zira hem malzemelerin sağlanması kolay hem de maliyeti diğer kimyasal içerikli besiyerlerine göre daha düşüktür. Guizotia abysinicca (Nijer tohumu, kuşyemi) ile Staib agar3,4, Helianthus annus (Ayçiçeği) ile Pal besiyeri5,6, Brassica nigra (Hardal) tohumu agar7, Tütün agar8, Mucuna pruriens (Kadife fasülye) tohumu agar9, Perilla frutescens (Çin fesleğeni) tohumu agar10, Rubus fruticosus (Böğürtlen) agar11 ve öğütülmüş kırmızıbiber agar12 bunlara örnektir. Bu besiyerlerinde C.neoformans'ın hangi öncül maddelerden pigment oluşturduğu ise tam olarak belirlenememiştir. 2,3- ve 3,4- dihidroksibenzoik asit ve delfinidin bu öncül maddelerdendir1,2,11.
Patlıcan (Solanum melongena L.) Solanacea ailesi içinde yer alan tropikal ve subtropikal bölgelerde yayılmış farklı genotiplere sahip 90 cins ve 2500 tür içeren bir bitkidir. Ülkemizde 12 cinse ait 36 türü bilinmektedir. Bu bitkinin, milattan sonra 6. yüzyılda Arap tüccarlar tarafından İpekyolu üzerinden Ortadoğu, Afrika ve Avrupa'ya yayıldığı düşünülmektedir13-15. Sunulan araştırmada, ülkemizde yerel olarak bilinen ve yaygın olarak yetiştirilen üç farklı patlıcan meyvesinden hazırlanan besiyerlerinde C.neoformans'ın pigment oluşturması ve bu besiyerlerinin çevresel ortamdan C.neoformans izolasyonundaki başarısı değerlendirilmiştir.
GEREÇ ve YÖNTEM
Araştırma; (1) C.neoformans kökenleri ile farklı S.melongena türlerinden hazırlanan besiyerlerinde pigment oluşumunun araştırılması ve (2) Çevresel olarak sık C.neoformans izolasyonunun yapıldığı bölgede farklı ayırıcı besiyerleri ile yeni besiyerinin performanslarının karşılaştırılması olmak üzere iki aşamada yürütüldü. İlk aşamada, 3 farklı patlıcan türü/alttürü (S.melongena Melanzaza viserba, Solanum ovigerum Ivory F1 ve S.melongena Pinstripe F1) araştırmaya alındı. Her türün dış kabukları 50 g/L distile su içinde 30 dakika süre ile kaynatıldı. Gazlı bez ile süzüldükten sonra 1 L'ye tamamlandı. İçine dekstroz (1.0 g/L), KH2PO4 (1.0 g/L), kreatinin (1.0 g/L), kloramfenikol (0.4 g/L), bifenil (0.5 g/L) ve agar (15 g/L) ilave edildi. Her besiyeri pH 6.5 olarak ayarlandı. Otoklavda, 1.5 atmosfer basınçta 121°C'de 15 dakika süre ile steril edilerek 9 cm çaplı steril petri plaklarında patlıcan agar (PatA) hazırlandı. Besiyerinde pigment kontrolü amacıyla, C.neoformans H99 (ATCC 208821; serotip A); C.neoformans NIH 52D (Serotip D), 14 farklı çevresel C.neoformans (serotip A) kökeni, 2 C.gattii [Serotip B (CDC B237) ve Serotip C (NIH18C)] ve negatif kontrol olarak Candida albicans ATCC 10232 kökeni kullanıldı. Kökenler steril serum fizyolojik içinde 0.5 McFarland bulanıklığında hazırlandı ve besiyerine ekildi. Tüm ekimler 28°C'de 15 gün süre ile takip edilerek üreme ve pigment özellikleri gözle değerlendirilerek kaydedildi.
İkinci aşamada, çevresel ortamlardan besiyerinin başarısının araştırılması amacıyla en iyi pigment oluşumunun görüldüğü besiyeri kullanıldı. Daha önceki araştırmalarda, sürekli kolonizasyonun gösterildiği Gökova-Akçapınar-Akyaka bölgesinde [37" 03' 14 Kuzey, 28" 21' 33 Doğu; 37" 01' 37 Kuzey, 28" 21‘ 32 Doğu arasındaki hat üzerinde] kovuk bulunan 19 Eucalyptus camaldulensis Dehn ağacı araştırma için seçildi16. Ağaçlardan Randhawa ve arkadaşları17 tarafından tanımlandığı şekilde eküvyon tekniği ile örnekleme yapıldı. Araştırmada kullanılacak basit Staib agar (bSA), basit Pal agar (bPA) ve tütün agar literatürde tarif edildiği şekilde, her birinin içerisine kloramfenikol (0.4 g/L) ve bifenil (0.5 g/L) ilavesiyle hazırlandı6,8,17. Örnekler aynı gün içinde laboratuvara ulaştırılarak tüm besiyerlerine ekildi. Besiyerleri 28°C'de 15 gün süre ile takip edildi. Kahverengi pigment oluşturan koloniler Gram boyama, Dalmau agarda üreme mikromorfolojisi, 37°C'de üreyebilme, üreaz aktivitesi ve kanavanin-glisin-bromtimol mavisi agar besiyeri reaksiyonlarına göre değerlendirildi18. Her örnek için C.neoformans kolonilerinin koloni sayısı ve üreme zamanları kaydedildi.
İstatistiksel analiz için eşleştirilmiş t testi (SPSS Ver 17.0, ABD) uygulandı.
BULGULAR
Araştırmaya alınan tüm C.neoformans kökenlerinin, S.melongena Melanzaza viserba ve S.melongena Pinstripe F1 ile hazırlanan besiyerlerinde pigment oluşturdukları; ancak S.ovigerum Ivory F1 ile hazırlanan besiyerinde pigment meydana getirmedikleri görülmüştür (Resim 1). S.melongena Melanzaza viserba ve S.melongena Pinstripe F1 besiyerlerinde oluşan pigmentin Staib agar ile aynı koyulukta olduğu, göz ile değerlendirmede pigment oluşumlarının en erken 36. saatte fark edilebildiği, 48 saat içinde de tüm C.neoformans kökenlerinin pigment oluşturdukları belirlenmiştir. C.albicans ATCC 10232 kökeni ise besiyerlerinin hiçbirisinde pigment oluşturmamıştır.
Çalışmamızda alınan bu sonuçlara göre, Gökova bölgesinde yapılacak olan taramada kullanılacak besiyerleri S.melongena Melanzaza viserba türünden hazırlanmıştır. Bölgede seçilen 19 E.camaldulensis ağacının 11 (%57.9)'inden bSA, bPA ve PatA ile izolasyon yapılabilirken, tütün agar ile 10 (%52.6) örnekten izolasyon yapılabilmiştir. Benzer şekilde bSA, Pal agar ve PatA besiyerlerinde yüksek sayıda C.neoformans üremesi saptanırken, tütün agarda daha az üreme saptanmıştır (Tablo I). PatA besiyerinin C.neoformans'ı çevresel ortamlardan ayırabilme yeteneği bSA'dan farklı bulunmamıştır (p= 0.71).
TARTIŞMA
C.neoformans'ın izolasyonu ve tanımlanmasında, organizmanın L-3,4-dihidroksifenilalanin (L-dopa) veya 1,8-dihidroksinaftelen yolaklarından birini kullanarak pigment oluşturması, hem mayanın dış etkenlerden korunması hem de virülans faktörü olarak önemli bir basamaktır. Diğer maya mantarlarından farklı olarak C.neoformans'da pigment yapımı, bulunduğu ortamdaki maddelerin arasında substratların bulunup bulunmadığına bağlıdır. Bu amaçla Staib tarafından Guizotia abyssinica bitki tohumundan hazırlanan besiyeri yaygın olarak kullanılmaktadır1,2,17. Birçok araştırmacı primer izolasyon amacını gözeterek benzer besiyerlerini tanımlamışlardır. Kullanılan bitki yapıları arasında ayçiçeği, hardal tohumu, Halep çamı tohumu, tüylü fasulye, böğürtlen, tütün ve acı kırmızı biber çeşitleri bulunmaktadır5-11. Aynı şekilde substratların dışarıdan kimyasal olarak ilave edildiği TOC (Davis agar) besiyeri ve L-DOPA agar da bu amaca yöneliktir2,19. Bu besiyerlerinin ilk tanımlanmalarında kafeik asit, ferik sitrat ve L-DOPA'nın substrat olması nedeniyle ileri tanıya ihtiyaç duyulmayacağı da savunulmuştur19,20.
Rubus fruticosus (Böğürtlen) ve acı kırmızı biberden tanımlanan besiyerleri yüksek miktarda anthosiyanin içermektedir11,12. Bu flavonoid pigmentler, bitkilerin meyvelerine asıl rengi veren maddelerdir. Sunulan araştırmaya konu olan S.melongena taze bitki meyvesinde anthosiyanidinlerden delfinidin ve kuarsetin bulunmaktadır. Her ne kadar S.melongena'nın kaynatılarak hazırlanan ortamında anthosiyanidin grubundan siyanidin, delfinidin ve pelargonidin, flavonelardan apigenin ve luteolin, flavonollardan kaempferol ve mirisetin bulunuyorsa da kuersetin ısı uygulaması sonucu kaybolmaktadır13-15. Bu bitkilerin meyvesinde bulunan zengin bileşikler ve elementler (farklı proteinsel yapılar, tiyamin, riboflavin, niyasin, pantoteik asit, B6 vitamini, folat, C vitamini, kalsiyum, demir, magnezyum, fosfor, çinko, potasyum, bakır ve mangan) sayesinde, ortamda melanin öncül maddeleri bulunmasa bile C.neoformans kökenleri üreyerek aynı koloni çapında pigmentsiz koloniler oluşturabilmektedir14,15. Sunulan araştırmada da, S.melongena meyvesinin pigmentli dış kabuk kısmından alınan materyalden hazırlanan ekstraksiyon içinde C.neoformans'ın kolonilerinde 48 saatlik inkübasyon sonrasında koyu kahverengi pigment oluşumu görülmüştür (Şekil 1). Solanum cinsinin pigmentsiz olan S.ovigerum Ivory F1 hibrid türünün dış yapısından hazırlanan ekstraksiyonlarda koloni pigment varlığı görülmemiştir. Hipotetik olarak; (i) S.ovigerum Ivory F1'in patlıcanlardaki yüksek genotipik değişimlere bağlı olarak kimyasal içeriklerinin değişmesi sonucunda diğer patlıcan hibridlerinde bulunan melanogenezdeki öncül maddeleri bulunmayabileceği; (ii) meyvede bulunan melanogenez öncül maddelerinin besiyeri hazırlanması sırasında ısı ile inaktive olabileceği ve/veya (iii) meyvenin C.neoformans'ın melanin üretimi basamağına yönelik inhibitör madde bulundurabileceği öne sürülebilir14.
Doğal tohum ve bitkisel yapılar, C.neoformans'ın pigment oluşumu ile tanımlanması amacına yönelik, ulaşılması kolay ve ucuz besiyeri yapımına imkan sağlamaktadır. Besiyerinde kullandığımız S.melongena L. (patlıcan), Solanales takımında, tropikal ve subtropikal bölgelerde yayılım gösterir, temin edilmesi kolay ve ekonomiktir. Ancak hem doğal olarak hem de farklı kaygılarla (hastalıklara dayanıklı türlerin yetiştirilmesi, hızlı meyve veren türlerin elde edilmesi, uzun raf ömrü vb), türler arasında hibridizasyon çalışmaları yapılmaktadır15. Hibridizasyon aşamasında önemli engeller olmakla birlikte sunulan araştırmada test edildiği şekilde albino patlıcan kökenleri de ticari olarak bulunabilmektedir. Bu nedenle her patlıcan türünün pigment oluşturma özelliği ayrı ayrı araştırılmalıdır.
Staib besiyeri, pigment oluşumunun gösterilmesinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bununla birlikte patlıcan, Staib besiyerini oluşturan G.abysinicca'dan daha ucuz ve kolay bulunabilen bir kaynaktır. Sunulan araştırmada tarif edilen patlıcan agar besiyerinin şeffaf görünümlü ve açık kahverengi olması, koloni pigmentinin fark edilmesini kolaylaştırmaktadır. Dolayısıyla, doğal İtalyan tip patlıcan (S.melongena Melanzaza viserba) ve hibrid patlıcanın (S.melongena Pinstripe F1) pigmente dış kabukları ile yapılan besiyerlerinin, C.neoformans'ın pigment oluşturarak tanımlanması için rutin çalışmalarda kullanılabileceği düşünülmektedir.
Araştırmamızın ikinci bölümünde, sürekli kolonizasyon saptanan Gökova bölgesinde S.melongena Melanzaza viserba'dan yapılan besiyeri kullanılmıştır. Hazırlanan yeni patlıcanlı besiyerinin bSA ve bPA agar ile çevresel ortamlarda kolonizasyon taramasında aynı izolasyon yeteneğinde olduğu bulunmuştur. Ülkemizde tüm Akdeniz bölgesinde yaygın ökaliptus florası olmakla birlikte özellikle Çukurova bölgesinde daha yoğundur. Bu alanlarda yapılan taramalarda henüz floradan C.neoformans izolasyonu yapılmamışsa da, periyodik taramalar kolonizasyon bölgelerinin saptanması için gereklidir21,22.
Sunulan araştırmanın kısıtlılıkları bulunmaktadır. Tanımlanmış olan patlıcan agar besiyeri Cryptococcus cinsi içinde hayatı tehdit eden enfeksiyonlara neden olan C.neoformans ve C.gattii'ye yönelik olarak araştırılmıştır. Bugün için pigment oluşumunun nedenlerinin sorgulanması gereken patlıcan agarda, sunulan araştırmada çevresel örneklerde pigment oluşturan maya mantarı saptanmamasına rağmen, farklı cins ve türlerde maya mantarlarının da pigment oluşturması mümkündür. Bu nedenle klinik veya çevresel ortamlarda kullanılabilecek olan patlıcan agar besiyerinde pigmentli olarak üretilen kolonilerden C.neoformans/gattii tanımlamasının doğrulanması önemlidir. Sonuç olarak çevresel izolasyon taramalarında yaygın olarak kullanılan Staib agar ve Pal agar besiyeri ile birlikte patlıcan agar besiyeri de kolaylıkla hazırlanarak kullanılabilmektedir.
TEŞEKKÜR
C.gattii CDC B237, C.gattii NIH18C ve C.neoformans NIH 52D kökenleri için Prof. Dr. Şinasi Taner Yıldıran ve Prof. Dr. Mehmet Ali Saraçlı'ya teşekkür ederiz.
KAYNAKLAR
İletişim (Correspondence):
Dr. Mustafa Şengül,
Pamukkale Üniversitesi Tıp Fakültesi,
Tıbbi Mikrobiyoloji Anabilim Dalı,
Denizli, Türkiye.
Tel (Phone): +90 258 296 2580,
E-posta (E-mail): msengul@pau.edu.tr