Geri Dön

ADAPTIVE EVOLUTION OF SACCHAROMYCES CEREVISIAE TO GROWTH ON GLYCEROL AND EVALUATION OF PHYSIOLOGICAL AND GENOMIC CHANGES

SACCHAROMYCES CEREVISIAE'NIN GLİSEROL ÜZERİNDEKİ BÜYÜMEYE YÖNELİK ADAPTİF EVRİMİ VE FİZYOLOJİK VE GENOMİK DEĞİŞİKLİKLERİN DEĞERLENDİRİLMESİ

  1. Tez No: 1014588
  2. Yazar: NACİYE ÖZTÜRK
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. MÜGE İŞLETEN HOŞOĞLU, DOÇ. DR. MUSTAFA TÜRKER
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Biyomühendislik, Biyoteknoloji, Mikrobiyoloji, Bioengineering, Biotechnology, Microbiology
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2026
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Gebze Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

Gliserol, biyodizel üretiminin düşük maliyetli ve yenilenebilir bir yan ürünü olarak, endüstriyel fermantasyonlar için cazip bir alternatif karbon kaynağıdır. Ancak, en yaygın kullanılan endüstriyel mikroorganizmalardan biri olan Saccharomyces cerevisiae'nın, fizyolojik ve metabolik kısıtlamalar nedeniyle gliserolü verimli şekilde kullanma kapasitesi sınırlıdır. Bu çalışmada, genetik olarak modifiye edilmemiş endüstriyel S. cerevisiae suşlarına, erlen düzeyindeki ve biyoreaktör ölçeğindeki fermantasyonlarda seçici bir baskı unsuru olarak belirli pH koşulları (pH 4.0) altında adaptif evrim (AE) uygulanmıştır. 152 jenerasyonun ardından, adapte edilmiş S. cerevisiae Strain 3, yabanıl tipe kıyasla belirgin şekilde iyileşmiş gliserol tüketimi göstermiş ve pH kontrollü koşullar altında 30 saat içinde gliserolü tamamen tüketirken, yabanıl tipte gliserol kullanımı gözlenmemiştir. Ayrıca, 20 g L-1 başlangıç gliserol konsantrasyonunda maksimum spesifik büyüme hızının 0.05 saat-1 'den 0.24 saat-1 'e yükseldiği belirlenmiştir. Evrimleşmiş suş, özellikle kontrollü havalandırma, kademeli sıcaklık artışı ve optimize edilmiş besleme stratejileri gibi süreç parametrelerinin uygulandığı fed-batch koşullarında artmış spesifik büyüme hızları ve iyileşmiş fermantasyon performansı ile gelişmiş büyüme özellikleri sergilemiştir. 20 g L-1 başlangıç gliserol konsantrasyonu ile optimize edilmiş fed-batch koşullarında S. cerevisiae Strain 3, 0.11 saat-1 maksimum spesifik büyüme hızına, 50 g L-1 biyokütle düzeyine ve %45 fermantasyon verimine ulaşmıştır. Önemli olarak, bu suş sakkarozu metabolize etme yeteneğini koruyarak fırıncılık uygulamaları açısından fonksiyonel önemini sürdürmüş ve hem gliserol bazlı hem de melas bazlı süreçlerde kullanılabilirliğini göstermiştir. Karşılaştırmalı genomik analiz, adapte edilmiş suşta 1254 adet özgün varyant ortaya koymuş; düzenleyici bölgelerde zenginleşme, transkripsiyonel yeniden programlamayı işaret ederken, gliserol taşınmasıyla ilişkili genlerde (örneğin FPS1 ve STL1) mutasyonlar tespit edilmiştir. Bu bulgular, genom plastisitesinin gliserole adaptasyonun temel bir itici gücü olarak rolünü vurgulamaktadır. Genel olarak bu çalışma, S. cerevisiae'de substrat esnekliğinin artırılması için AE'nin güçlü bir GDO'suz strateji olduğunu ortaya koymakta; hem metabolik adaptasyon mekanizmalarına dair temel bilgiler sunmakta hem de endüstriyel suş geliştirme için etkili bir yaklaşım sağlamaktadır.

Özet (Çeviri)

Glycerol, a low-cost and renewable byproduct of biodiesel production, is an attractive alternative carbon source for industrial fermentations. However, Saccharomyces cerevisiae, one of the most widely used industrial microorganisms, exhibits a limited capacity to efficiently utilize glycerol owing to physiological and metabolic constraints. In this study, adaptive evolution (AE) was applied to non-engineered industrial S. cerevisiae strains under specific pH conditions (pH 4.0) as a selective pressure during flask level and bioreactor-scale fermentations. After 152 generations, the adapted S. cerevisiae Strain 3 demonstrated significantly improved glycerol consumption compared to the wild type, achieving complete glycerol consumption within 30 h under pH-controlled conditions, whereas the wild type showed no glycerol utilization. Moreover, the maximum specific growth rate increased from 0.05 h-1 to 0.24 h-1 at 20 g L-1 initial glycerol concentration. The adapted strain exhibited enhanced growth performance, with increased specific growth rates and improved fermentation outcomes, particularly under fed-batch conditions with optimized process parameters, such as controlled aeration, gradual temperature increase, and tailored feeding strategies. Under optimized fed-batch conditions with 20 g L-1 initial glycerol concentration, S. cerevisiae Strain 3 reached a maximum specific growth rate of 0.11 h-1 , biomass levels of 50 g L-1 , and a fermentation yield of 45%. Importantly, the strain retained its ability to metabolize sucrose, preserving its functional relevance for bakery applications and enabling its use in both glycerol and molasses-based processes. Comparative genomic analysis revealed 1254 unique variants in the adapted strain, with enrichment in regulatory regions suggesting transcriptional reprogramming, alongside mutations in genes associated with glycerol transport (e.g., FPS1 and STL1). These findings highlight the role of genome plasticity as a key driver of adaptation to glycerol. Overall, this study demonstrates AE as a robust non-GMO strategy for improving substrate flexibility in S. cerevisiae, providing fundamental insights into metabolic adaptation and an effective approach for industrial strain development.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    967346

    Psödoentropi: Maya popülasyonunda tekrarlanan deneysel evrim süreçlerinde genetik çeşitliliğin izlenmesi

    Pseudoentropy: Tacking genetic diversity during replicated experimental evolution in yeast population

    NEZİHE BÜYÜKÇELEBİ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2025

    Kimya MühendisliğiYıldız Teknik Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. BELMA ÖZBEK

    DR. NİKOLAS VELLNOW

  2. Tez No

    826436

    Adaptive laboratory evolution strategy for improvement of growth and substrate utilization of bacillus subtilis in hazelnut shells hydrolysate

    Bacillus subtilis'in fındık kabuğu hidrolizatında çoğalma ve substrat kullanımının uyarlanabilir laboratuvar gelişim stratejisi ile iyileştirilmesi

    UMMULKHAIRI TUKUR

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    BiyoteknolojiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. DENİZ ÇEKMECELİOĞLU

    DR. ULVİYE BETÜL SÖYLER

  3. Tez No

    177446

    In-vivo directed evolution of galactose oxidase by stationary phase adaptive mutations and phylogenetic analysis of error-prone polymerases

    Galaktoz oksidaz enzimin hücre içi yönlendirilmiş evrimi ve hata eğilimli polimerazlarının filogenetik analizi

    AYLA ÖREROĞLU

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2007

    GenetikOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF.DR. ZÜMRÜT ÖGEL

  4. Tez No

    693824

    Investigation of the metabolic changes in the adaptive evolution of S. cerevisiae strains by using genome-scale metabolic models

    S. cerevisiae suşlarının adaptif evrimindeki metabolik değişikliklerin genom ölçekli metabolik modellerle incelenmesi

    HANDAN ÇETİN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2021

    BiyomühendislikBoğaziçi Üniversitesi

    Hesaplamalı Bilimler ve Mühendislik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ŞEFİKA KUTLU ÜLGEN

    PROF. DR. ZEYNEP PETEK ÇAKAR

  5. Tez No

    295255

    Demirkapı Kışlası'nın tarihsel gelişimi, MSB İstanbul Tedarik Bölge Başkanlığı binaları olarak kullanımı ve koruma sorunları

    The historical evolution of the Demirkapi Barrack, its adaptive re-use as MSB Istanbul Tedarik Bolge Baskanligi building and the conservation problems

    NURÇE DÜZALAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2010

    Mimarlıkİstanbul Teknik Üniversitesi

    Mimarlık Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. GÜLSÜN TANYELİ

Geri Dön