Characterization of heavy metal resistant bacteria using infrared spectroscopy together with chemical pattern recognition techniques
Ağır metal dirençli bakterilerin kızılötesi spektroskopisi ve kimyasal örüntü tanıma teknıkleri ile birlikte nitelendirilmesi
- Tez No: 442158
- Danışmanlar: PROF. DR. FERİDE SEVERCAN, PROF. DR. AYŞE GÜL GÖZEN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Biyokimya, Mikrobiyoloji, Çevre Mühendisliği, Biochemistry, Microbiology, Environmental Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2016
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Biyokimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 128
Özet
Özkütlesi 5'ten büyük olan yaklaşık 50 metal element, ağır metal olarak bilinmektedir. Bazıları canlıların büyümesi için gerekli olmasına rağmen, canlı organizmalarda zararlı karmaşık formlar oluştururlar. Bununla birlikte, mikroorganizmalar metal yüküne karşı direnç geliştirirler. Bu kuraldışı mikrobik özelliğin, sulardaki kirliliğin biyolojik olarak giderilmesi ve sanayi atıklarından metallerin geri dönüşümünde kullanılması gibi, sanayide kayda değer önemli uygulamaları olabilir. Yukarıda belirttiğimiz potansiyeller göz önüne alındığında, bu çalışmanın amaçlarını, 1) Metal dirençli bakterilerin taranması, tanımlanması ve sınıflandırılması, 2) Bakterilerde ağır metal direnç mekanizmaları ile ilişkili moleküler değişimlerin karakterize edilmesi, 3) Bakterilerdeki metal direncini ortaya çıkarmak için hızlı tespit yöntemlerinin geliştirilmesi ve optimize edilmesi oluşturmaktadır. Çalışmamızın ilk bölümünde, ATR-FTIR spektroskopisi ile birlikte gözetimsiz çoklu değişken analiz tekniklerinden hiyerarşik kümeleme (HCA) ve temel bileşen analizleri (PCA) kullanılarak, Cd ve Pb dirençli bakterilerde anahtar moleküler değişimlerin viii tanımlanması ve bu bakterilerin ayrılmasında kullanılacak güvenilir bir metot geliştirilmesi amaçlandı. Çalışmanın ikinci kısmımda ise, özellikle E. coli ve S.aureus bakterilerinde, Ag dirençlilik mekanizmaları ve bu mekanizmanın hücre yapısı ve moleküler kompozisyonunda ne tür değişiklere yol açtığının belirlenmesine yönelik ışık tutma amaçlanmıştır. Bununla birlikte, mikrobiyal toplulukların ayrılmasında kullanılan ve yüksek doğruluk verebilen metotlar olması nedeniyle, gözetimsiz kemometrik metotlardan PCA ve HCA kullanıldı. Çalışmanın üçüncü kısmı, yukarıda bahsedilen araştırmalara dayanarak, Ag, Cd ve Pb dirençli laboratuvar ve çevresel bakteri suşlarının dirençli olmayan suşlardan çabuk ve başarılı bir şekilde ayrımı, daha da önemlisi sınıflandırılmasını içermektedir. Bu kapsamda, bakteri izolatlarına ait FTIR spektrumlarına, sınıflandırma amaçlı olarak gözetimli örüntü tanımlama metotlarından Sınıf Analojisinin Hafif Bağımsız Modellemesi (SIMCA) uygulandı. ATR-FTIR spektroskopisi ile kemometrik analiz yöntemlerinin birlikte kullanılmasından elde edilen bilgiler, ağır metal direnç mekanizmalarıyla ilgili ileriki çalışmalara rehber olabilir, diğer bir deyişle bu mekanizmaların açıklanması, biyoremediasyon için en uygun bakteri türlerinin doğru olarak seçimini sağlayacaktır. Hızlı ve etkin bir şekilde ağır metal dirençli yaşam formlarının tanımlanması ve sınıflandırılması, suyun ve toprağın iyileştirilmesinde kullanılacak sürdürülebilir, faydalı ve yeşil biyojeoteknolojik uygulamaların kurulmasına da katkı sağlayacaktır.
Özet (Çeviri)
Approximately 50 elements with the density larger than five are considered as heavy metals. Some of them are essential for growth, although they also form strong detrimental complexes in living organisms. Moreover, microorganisms can develop resistance toward metal burden. This exceptional microbial feature may have remarkable applications in industry, such as bioremediation of metal-contaminated waters and recovery of important metals from industrial wastes. Considering the above-mentioned potentials, the purposes of this work are: 1) To screen, identify and classify metal resistant bacterial strains 2) To characterize the heavy metal resistance related molecular alterations happening in these bacterial isolates 3) To develop and optimize robust detection techniques for the elucidation of metal resistance in bacteria. In the first part of the study, it was aimed to develop a reliable method for identification of key molecular profile changes and thus for discrimination of Cd and Pb-resistant bacteria using ATR-FTIR spectroscopy coupled with unsupervised multivariate analysis techniques such as Hierarchical Cluster Analysis (HCA) and Principal Component Analysis (PCA). In the second part, it was intended to shed light on the possible mechanisms of Ag resistance and on how these changes are reflected in the cell's structure and molecular vi composition, especially in E. coli and S. aureus. Furthermore, in the current study, unsupervised chemometric methods, namely PCA and HCA were used, since they are broadly applied methods for the differentiation of microbial communities with impressive accuracy. The third part of the study, originating from the above-mentioned investigations, demonstrates the prompt and successful discrimination and most importantly classification of Ag, Cd and Pb-resistant laboratory and environmental (freshwater) bacteria from their non-resistant counterparts. In this context, a supervised classification pattern-recognition tool, Soft Independent Modeling of Class Analogy (SIMCA), was applied in light of FTIR spectra of these bacterial isolates. Information obtained from the ATR-FTIR spectroscopy coupled with chemometrics could serve as a guide for further studies on heavy metal resistance mechanisms, the detailed elucidation of which could in turn lead to the selection of the bacterial species best suited for bioremediation. The identification and classification of heavy metal resistant life forms in a fast and productive manner would also contribute to the establishment of sustainable, green and worthwhile biogeotechnological operations to rehabilitate the soil and water.
Benzer Tezler
- Gümüşü tolere eden bakterilerin 16S rDNA sekanslaması ile tanımlanması
Identification of silver-tolerant bacteria by 16S rDNA sequencing
SERKAN KOÇ
- Maramara denizi ve Karadeniz'den izole edilen bakterilerin saflaştırılması ve tanımlanması
Isolation and identification of the bacteria from the Marmara sea and Black Sea
MİNE GÜL ŞEKER
Doktora
Türkçe
2009
BiyolojiGebze Yüksek Teknoloji EnstitüsüBiyoloji Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. YOSUN MATER
- Endüstriyel atık sulardan izole edilen çinko ve mangan dirençli bakterilerin tanımlanması ve moleküler karakterizasyonu
Identification and molecular characterization of zinc- and manganese- resistant bacteria isolated from industrial effluents
SEVİLAY AKBULUT
- Stronsıyumu tolere eden bakterilerin 16S rDNA sekanslaması ile tanımlanması
Identification of strontium tolerant bacteria by 16S rDNA sequencing
BURAK KABATAŞ
- Molecular adaptations in cadmium and lead resistant environmental species
Kadmiyum ve kurşuna dirençli çevresel türlerde moleküler adaptasyonlar
EDA ŞEYMA KEPENEK
Doktora
İngilizce
2017
MikrobiyolojiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiBiyoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYŞE GÜL GÖZEN
PROF. DR. FERİDE SEVERCAN