Geri Dön

Investigation of microbial diversity of Lake Acigol, a hypersaline lake in Southern Turkey, and their influence on biomineralization in the lake

Acıgöl'deki mikrobiyal çeşitliliğin ve bu türlerin biyomineralizasyon üzerindeki etkilerinin belirlenmesi

PDF İndir

  1. Tez No: 310627
  2. Yazar: MERYEM MENEKŞE
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. NEVİN GÜL KARAGÜLER, DOÇ. DR. NURGÜL ÇELİK BALCI
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Biyoloji, Biology
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2012
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: İleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Moleküler Biyoloji-Genetik ve Biyoteknoloji Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 86

Özet

Ekstrem çevrelerin araştırılması, evrimsel sürece ışık tutması, yeni türlerin ve türler arasındaki ekolojik ilişkinin keşfi açısından oldukça önemlidir. Ekstrem çevrelerden yeni metabolitler, yeni metabolik yol izleri, yeni antibiyotikler keşfedilebilir. Ekstrem çevrelerde, bu çevre koşullarına adapte olarak özelleşmiş türler bulunmaktadır, bu türler ekstremofiller olarak adlandırılmaktadır. Ekstremofiller; çok yüksek; sıcaklık, basınç, pH, tuz ve çok düşük; pH, sıcaklık gibi farklı stress koşullarına adapte olmuşlardır. Türkiye sahip olduğu eşsiz coğrafi özelliklerin yanı sıra ekestrem çevreleride barındırmaktadır. Ege Bölgesi'ndeki Afyon, Denizli ve Burdur il sınırları arasında yer alan yaklaşık 200 g/L tuz konsantrasyonuyla, Acıgöl Türkiye'deki ekstrem çevrelere örnek olarak verilebilir. Türkiye'nin % 85 NaSO4 üretimi bu gölden karşılanmaktadır. Na2SO4 üretimi endüstride ham madde olarak kullanıldığından Acıgöl endüstri açısından da oldukça önemli bir göldür. Bunun yanında Acıgöl'ün dikkat çeken özelliklerinden bir diğeri de içerdiği minerallerdir. Bu minerallerin oluşum şekilleri, Acıgöl'ün bakteriyel topluluğu, mineraller ve mikroorganizmalar arasındaki ilişki hakkında literatürde bir bilgi bulunmamaktadır. Bu yüzden Acıgöl'ün çalışılıyor olması, mikrobiyal çeşitliliğin belirlenmesi, bunların mineralizasyonla ilişkilendirilmesi, ayrıca endüstride kullanılabilirliğinin ortaya çıkması açısından oldukça önemlidir.Çalışmanın amacı, Acıgöl'ün bakteriyel topluluğunun belirlenmesi ve bu mikroorganizmaların biomineralizasyon sürecine etkisini ortaya koymaktır. Bu amaç doğrultusunda, Acıgöl'ün farklı bölgelerinden sediment örnekleri toplanmıştır. Bu sediment örnekleri, mikrobiyal çeşitliliğin belirlenmesi ve biyomineralizasyon deneylerinde kullanılmıştır. Alınan örneklerden 1AGN ve 3AGN örnekleri seçilerek %3 ve %6 NaCl'ür içeren sıvı Nutrient besiyerinde (NB) zenginleştirilme yapılmıştır. Bu zenginleştirilmiş kültürlerden ve sediment örneklerinden genomik DNA izolasyonu yapılmış ve bakteriyel topluluğun belirlenmesi amacıyla 16S rDNA polimeraz zincir reaksiyonu yönteminden yararlanılmıştır. Elde edilen genomik DNA'lardan korunmuş 16S rDNA bölgeri pA-F(5'-AGAGTTTGATCCTGGCTCAG-3') ve pH-R(5'AAGGAGGTGATCCAGCCGCA-3') primerleri kullanılarak polimeraz zincir reaksiyonuyla (PZR) çoğaltılmıştır. Elde edilen PZR ürünlerinin istenilen boyutta olup olmadığını anlamak için PZR ürünleri agaroz jel elektroforezi yapılmıştır. PZR ürünlerinin istenilen boyutta olduğu doğrulandıktan sonra, reaksiyondan geriye kalan enzim, primer, dNTP gibi fazlalıklardan kurtulmak için PZR ürünleri saflaştırılmıştır. Saflaştırılan PZR ürünleri klonlama ve transformasyon işlemleri için kullanılmıştır. Bu işlemler için ticari olarak alınan TOPO TA® Cloning Kit kullanılmıştır. PZR ürünü kitte belirtilen şekilde vektör ile karıştırılarak klonlama reaksiyonu hazırlanmış ve bu reaksiyondan 2 µl alınarak One Shot Electrocompetent E.coli hücrelerinin bulunduğu tüpe aktarılmıştır ve bu karışımdaki vektörler elektroporatör yardımıyla One Shot Electrocompetent E.coli hücrelerine aktarılmıştır. Elektraporatör aracılığıyla transforme edilen vektörün içindeki PZR ürünleri Mavi/Beyaz Tarama Yöntemi (Blue/White Screening) ile taranmıştır. Bunun için X-gal ve Ampisilin antibiyotiği içeren LB agar üzerine transforme olmuş One Shot Electrocompetent E.coli hücreleri ekilmiştir. Vektörün içinde bulunan ß-galaktosidaz kodlayan gen (lacZ), vektöre bir PZR ürünü girdiyse aktivitesini kaybeder ve bu vector+PZR ürününü taşıyan hücreler LB agar besiyerinde X-gal bileşiğini parçalayamadıkları için beyaz renkli koloni oluştururlar. Ancak herhangi bir PZR ürünü vektöre giremediyse lacZ geni activitesini kaybetmez ve bu vektörü taşıyan hücreler X-gal bileşiğini parçalayarak, mavi renkli koloniler oluştururlar. Bu şekilde yapılan tarama ile beyaz renkli koloniler seçilerek plasmid izolasyonu yapılmış ve her bir PZR ürünü tek tek elde edilebilmiştir. İzole edilen plasmidlerden M13-F(5'-TGTAAAACGACGGCCAGT-3') and M13-R(5'-GTTTTCCCAGTCACGAC-3') primerleriyle sekans PZR kurulmuş ve ardından saflaştırma işlemleri yapılarak ABI 3100 Avant otomatik sekanlama cihazıyla sekanlanmışlardır. Elde edilen nükleotid dizileri, NCBI veri tabanı kullanılarak, veri tabanındaki diğer dizilerle karşılaştırılarak en yüksek oranda benzerlik gösterdiği diziyle aynı tür olduğu kabul edilmiştir. Yapılan analizler sonucunda mikrobiyal çeşitlilik şu şekilde belirlenmiştir; %33,3 Gammaproteobacteria, %33,3 Firmucutes, %25 Uncultured bacterium %8,3 Bacteriodetes. Halomonas, Idiomarina, Virgibacillus gibi türlerin yanı sıra daha önce kültüre edilmemiş halofilik microorganizmaların göl populasyonunda bulunması Acıgöl'ün keşfinin önemini göstermektedir. Bu bilgiler doğrultusunda Acıgöl, içinde keşfedilmeyi bekleyen yeni türleri ve ekstrem koşullarda aktivite gösterebilecek metabolitleri barındırmaktadır diye bir çıkarım yapılabilir.Tür analizlerinin yanı sıra, Acıgöl de gerçekleşen mineralizasyon olayına ışık tutması açısından biyomineralizasyon deneyleri tasarlanmıştır. Biyomineralizasyon deneyleri, Acıgöl'ün kimyasal koşullarına göre halofilik bakteriler için modifiye edilmiş (MHBM) besiyerinde (%1 yeast extract, %0,1 glikoz, %0,5 peptone, % 4,5 NaCl and 84 mM Mg+2, 11 mM Ca+2 g/L) gerçekleştirilmiştir. Halofiller için modifiye edilmiş besiyeri % 4,5 NaCl ve mevsimsel Na2SO4 değişimini temsil edecek şekilde dört farklı Na2SO4 (0, 14, 28, 56 mM) konsantrasyonuyla hazırlanmıştır. Bu şekilde tasarlanan deney setleri % 6 NaCl içeren zenginleştirilmiş kültürlerle (1AGN ve 3AGN) inokule edilmiş ve 30°C, 180 rpm çalkalamalı inkübatörde inkübe edilmişlerdir. Aynı deney düzeneği agarla katılaştırılmış besiyerlerinde de gerçekleştirilmiştir. Biyomineralizasyon deneylerine paralel olarak kurulan kontrol deneyleri ise iki gruptan oluşmaktadır. Birinci gurupta Halofiller için modifiye edilmiş besiyeri, bakteri inokulasyonu yapılmadan inkübe edilirken, ikinci grupta ise Halofiller için modifiye edilmiş besiyeri, otoklavlanmış zenginleştirme kültürüyle inokulasyonu yapılarak inkübe edilmiştir. Her bir deney setinden periyodik olarak yedi günde bir 10 ml kültür örneği alınarak pH ve Ca+2, Mg+2 iyon değişimleri belirlenmiştir. Ayrıca ayrılan kültür örneğinden inkübasyon süresinde oluşmuş olan biyomineraller ayrılarak, yıkanmış ve XRD ve SEM analizleri için hazırlanmıştır. pH ölçümleri sonucunda inkübasyondaki kültürün pH'nın periyodik olarak artarak pH 9,0'da sabitlendiği gözlenmiştir. pH'ın yükselmesi şu şekilde açıklanabilir; biyomineralizasyon deneyleri için kullanılan besiyerinin içeriğindeki pepton, yeast ekstrakt gibi organik maddeler bakteriler tarafından metabolize edildiğinde NH+4 and PO4-3 gibi bileşikler meydana gelir, bu bileşikler pH'ın yükselmesine sebep olurken aynı zamanda biyomineralizasyon oluşumu için ortam hazırlamaktadır. pH ölçümlerinin yanısıra yapılan Ca+2, Mg+2 iyon konsantrasyonları ölçümleri Ca+2, Mg+2 iyonlarının zamanla azaldığını göstermektedir. Bu değişim ise şu şekilde açıklanabilir; Bakterilerin hücre duvarlarını oluşturan peptidoglukan N-asatil glukozamin ve N-asatil müramik asit gibi negatif yüklü bileşiklerden oluşur ve bu bileşikler bakteri yüzeyinin negatif yükle yüklenmesine neden olur. Bakterinin içinde bulunduğu besiyerindeki pozitif yüklü iyonlar (Ca+2, Mg+2 iyonları gibi) negatif yüklü bakteri yüzeyiyle elektrostatik etkileşime girerler ve bakteri üzerinde veya çevresinde birikmeye başlarlar. Bakteri bir çekirdek gibi davranarak mineral oluşumunu başlatmaktadır. Bu şekilde gerçekleşen mineralizasyon mekenizması biyolojik olarak uyarılmış mineralizasyon (Biologically induced mineralization) olarak adlandırılmıştır. Bu olayın bir sonucu olarak zamanla Ca+2, Mg+2 iyonlarının konsantrasyonlarında düşüş gözlenmesi beklenen bir sonuçtur. Oluşan minerallerin karakterizasyonu XRD ve SEM analizleriyle gerçekleştirilmiştir ve analizlere göre dört farklı konsantrasyonda iki farklı zenginleştirilmiş kültürle inokule edilerek gerçekleştirilen biyomineralizasyon deneyleri sonunda mineraller şu şekilde karakterize edilmiştir; 0mM Na2SO4 1AGN; Monohyrocalcite [CaCO3(H2O)], Dypingite [Mg5(CO3)(OH)2(H2O)5]; 14mM Na2SO4 1AGN; Monohyrocalcite, Dypingite, Struvite [Mg5(CO3)(OH)2(H2O)8]; 28mM Na2SO4 1AGN; Struvite, Monohyrocalcite, Dypingite, Magnesiumsulfitehyrate [MgSO3(H2O)6]; 56mM Na2SO4 1AGN; Monohyrocalcite, Struvite, Dypingite; 0mM Na2SO4 3AGN; Monohyrocalcite, Struvite, Dypingite; 14mM Na2SO4 3AGN; Monohyrocalcite, Struvite, Hyromagnesite [Mg5(CO3)(OH)2(H2O)4], Calciumacetate [C4H6CaO4]; 28mM Na2SO4 3AGN; Struvite, Monohyrocalcite, Dypingite; 56mM Na2SO4 3AGN; Monohyrocalcite, Struvite, Dypingite. Diğer bir biyomineralizasyon deney grubu olan katı besiyerinde elde edilen minerallerin sıvı besiyerindeki minerallerden farklılık gösterdiği belirlenmiştir. Katı besiyerinde oluşan minerallerin Mg'ca zengin mineraller olduğu göze çarpmaktadır. Katı besiyerlerinde oluşan mineraller ise şu şekildedir; 0mM Na2SO4 1AGN; Magnesium adipate glysinate (C8H13MgNO6), Hyromagnesite; 14mM Na2SO4 1AGN; Magnesium adipate glysinate, Dypingite; 28mM Na2SO4 1AGN; Magnesium adipate glysinate, Hyromagnesite, Dypingite; 56mM Na2SO4 1AGN; Magnesium glutarate glysinate (C7H11MgNO6), Dypingite; 0mM Na2SO4 3AGN; Magnesium adipate glysinate, Calciumchloride (CaCl2), Calcium phosphate hydrate (CaP2O712H2O); 14mM Na2SO4 3AGN; Magnesium adipate glysinate, Hyromagnesite, Dypingite; 28mM Na2SO4 3AGN; Magnesium adipate glysinate, Hyromagnesite; 56mM Na2SO4 1AGN; Magnesium adipate glysinate, Hyromagnesite. Bütün bu verilerin yanı sıra kontrol gruplarının pH ve Ca+2, Mg+2 iyon konsantrasyonlarında kayda değer bir değişiklik olmayıp bunun yanı sıra mineral oluşumları gözlenmemiştir. Bu da gösteriyor ki mineral oluşum mekanizmasında bakteriyel aktivite en önemli rolü üstlenmektedir.Biyomineral oluşumunda zamanın ve farklı sıcaklıkların etkilerini gözlemleyebilmek için `14mM Na2SO4 3AGN' deney parametresi seçilmiştir. % 6 NaCl içeren NB'de zenginleştirilmiş 3AGN kültürü MHBM'a inoküle edilerek +4°C ve 30°C'de inkübe edilmişlerdir. Periyodik olarak pH'ları ölçülerek Ca+2, Mg+2 iyon konsantrasyonları belirlenmiştir. +4°C denemelerinde pH değişimi ve Ca+2, Mg+2 iyon konsantrasyonundaki değişim 30°C'de denemelerine göre daha yavaştır, bunun sonucu olarak da üretilen mineral miktarı daha düşüktür. Yapılan XRD analizlerine göre ise uzun inkübasyon süresi ve farklı sıcaklık, oluşan minerallerin cinsi üzerinde bir etkiye sahip değildir. Zamana dayalı deneyler devam etmektedir.Sonuç olarak yapılan analizler gösteriyor ki; Ca+2, Mg+2 konsantrasyonu, besiyerinde bulunan, bakteriler tarafından metabolize edilen organik bileşikler ve gölün mikrobiyal topluluğunda yer alan microorganizmalar biyomineralizasyon sürecine etki eden faktörlerdir.

Özet (Çeviri)

Investigations of extreme environments are important for the study of evolution relationships, discovery of new species and various ecological relations among organisms which survive extreme environments. New metabolites and metabolic pathways of organisms, discovery of new antibiotics can determine from extreme environments. Extreme habitats have highly specialized organisms which are called extremophiles. These organisms can adapt different stress conditions such as high temprature, pressure, alkalinity, salinity and low pH, temperature. Lake Acigol which is located between Afyon, Denizli and Burdur city boundaries, in Aegean region, Turkey, is an good example for extreme environments with its high saline ( about 200g/L) concentration. It is very important for Na2SO4 production which comprises 85 % of Turkey production. Also, analyses indicate that mineralization is important point in Lake Acigol but biomineralization mechanism and relation among microorganisms have not found out in the lake yet. Therefore, study of Lake Acigol is very important for to be discovered microbial population and their potential applications of industry and also relation between microflora and biomineralization. The main purpose of study, investigate the microbial flora of Lake Acigol and microbial effects on biomineralization process. For our aim, sediment samples were collected from different part of the lake and they used for biomineralization experiments and determination of microflora. At first, sediments which were 1AGN and 3AGN were enriched in 6% and 3% NaCl containing Nutrient Broth (NB) to be obtaine high amount of halophiles. These enrichment cultures and sediment samples microflora were determined by 16S rDNA PCR method. Results indicated that flora was dominated by halophiles such as Halomonas, Idiomarina, Virgibacillus and Uncultured bacterium. Besides, biomineralization experiments were carried out with Modified Halophilic Bacterial Medium (MHBM) which was designed according to Lake Acigol cheamical conditions and used in biomineralization experiments. MHBM were prepared with four different Na2SO4 concentrations (0, 14, 28, 56 mM) and inoculated by % 6 NaCl containing NB, incubated at 30°C and +4°C. Control experiments were carried out with uninoculated MHBM and inoculated by autoclaved enrichment culture. Any mineral formation was not determined in control experiments but mineral formation was observed in biomineralization experiments. Biominerals were characterized by XRD and SEM analysis.As a conclusion our studies show that Ca2+ and Mg2+ concentrations, metabolizable organic substrate and the type of bacteria, are all influential factors in the biomineralization process.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    334839

    Tuz Gölü viral çeşitliliğinin araştırılması

    Investigation of viral diversity in Tuz Lake

    ECE ALBAYRAK

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2013

    MikrobiyolojiAnadolu Üniversitesi

    Biyoloji Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. M. BURÇİN MUTLU

  2. Tez No

    725731

    Metagenomik yaklaşım ile Tuz gölündeki alg, bakteri ve arke çeşitliliğinin araştırılması

    The investigation of algal, bacterial and archaeal diversity in Salt lake with a metagenomic approach

    SUZAN ŞAHİN DOĞAN

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    MikrobiyolojiKaramanoğlu Mehmetbey Üniversitesi

    Biyoloji Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ AYTAÇ KOCABAŞ

  3. Tez No

    614413

    Haloalkali şartlarda anaerobik membran reaktörde membran kirlenmesinin incelenmesi

    Investigation of membrane pollution in the anaerobic membrane reactor under haloalkaline conditions

    BURÇİN YILDIZ

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    Çevre MühendisliğiFırat Üniversitesi

    Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ÖZGE HANAY

  4. Tez No

    846472

    Mikroplastiklerdeki biyofilm oluşumunun incelenmesi

    Investigation of biofilm formation on microplastics

    CEREN ÇATI

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    Biyoteknolojiİstanbul Üniversitesi

    Biyoloji Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. SEVCAN AYDIN

  5. Tez No

    849912

    Kanatlı kümeslerindeki mikrobiyal biyoaerosol çeşitliliğinin araştırılması

    Investigation of microbial bioaerosol diversity in poultry houses

    TANSU TANIR

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    MikrobiyolojiAydın Adnan Menderes Üniversitesi

    Mikrobiyoloji Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ŞÜKRÜ KIRKAN

Geri Dön