Application of random mutagenesis to enhance lipid productivity in Chlorella vulgaris
Kardeşlik mutagenesisinin kardeenli lipit verimliliğini artırılması için uygulama
- Tez No: 482325
- Danışmanlar: PROF. DR. İBRAHİM HALİL KAVAKLI
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Biyoteknoloji, Kimya Mühendisliği, Biotechnology, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2017
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya ve Biyoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 210
Özet
Alg kaynaklı biyoyakıtlar fosil yakıtlara önemli bir alternatif olarak görülmekte, ancak bütün avantajlarına rağmen alg kaynaklı biyoyakıtların ticari üretimi, alglerin düşük lipit verimi ve yüksek üretim maliyeti sebebiyle ekonomik olarak uygulanabilir gözükmemektedir. Bu çalışma mikroalg türü Chlorella vulgaris'in lipit verimini arttırarak, bu türü biyodizel üretimine daha uygun hale getirmeyi hedeflemiştir. Rastgele fiziksel ve kimyasal mutasyonlar ve büyüme koşullarının optimizasyonu gibi çeşitli yöntemler uygulanmıştır. İlk olarak, karıştırmalı fotobiyoreaktörde yetiştirilen Chlorella vulgaris'in lipit veriminin arttırılması için besi ortamındaki karbondioksit ve azot konsantrasyonları optimize edilmiştir. Optimizasyon çalışmaları sonucu, bulunan en iyi başlangıç nitrat konsantrasyonu 0.25 g/L ve en iyi karbondioksit konsantrasyonu % 2'dir. Daha sonra, Chlorella vulgaris'in lipit veriminin arttırılması için fiziksel ve kimyasal mutasyon yöntemleri uygulanmıştır. Genom düzeyinde lipit metabolizmasındaki değişiklikleri gözlemlemek için de novo RNA dizileme yöntemi kullanılmıştır. UV-715 ve EMS-25 isimli iki mutanın karakterizasyonu lipit içeriğinde yabanıl-tipe göre sırasıyla % 42 ve % 45 artış olduğunu göstermiştir. Buna ek olarak, UV-715 isimli mutantın biyokütle veriminde yabanıl-tipe göre % 9 artış görülmüştür. Fiziksel mutasyon sonucu elde edilen UV-715 isimli mutanta kimyasal mutasyon uygulanmıştır. Tarama sonucu, lipit verimi göz önüne alınarak UV-715_EMS25 isimli mutant 25 litre laboratuvar ölçekli fotobiyoreaktörde yetiştirilmiştir. Bu mutantın lipit içeriğinde ve biyokütle veriminde yabanıl-tipe göre sırasıyla % 67 ve % 35 artış sağlanarak lipit veriminde 2.25 kat iyileştirilme elde edilmiştir. Ulaşılan en yüksek lipit verimi 91 mg L-1 gün-1 olmuştur. Gaz kromatografisi-kütle spektrometesi analiz sonuçlarına göre mutant türde yabanıl-türe göre yağ asidi metil esterlerinin miktarında artış ve kompozisyonunda iyileşme görülmüştür. Son olarak, pilot ölçekte fotobiyoreaktörde yapılan çalışmalardan sonra UV-715_EMS25 isimli mutant büyük ölçekli atmosfere açık havuzlarda yetiştirilmiştir. Bu sonuçlara göre UV-715_EMS25 isimli mutantın büyük ölçekli atmosfere açık koşullarda hayatta kalıp büyüdüğü gözlemlenmiştir. Hasat işlemi için çöktürme yönteminin, hücrelerin sudan ayrılması için filtreleme yönteminin ve hücrelerin kurutulması için güneş ışığının kullanılmasının en uygun yöntemler olduğu bulunmuştur. Atmosfere açık havuzda yetiştirilen biyokütlede yağ içeriğinin % 17'ye kadar ulaştığı ve elde edilen yağ asidi metil esterlerinin içerisinde çoğunlukla hegzadekanoik asit (C16:0) (% 41), linoleik asit (C18:2) (% 27) ve oleik asit (C18:1) (%24) tespit edilmiştir.
Özet (Çeviri)
Algal biofuel is considered a strong candidate as an alternative for fossil fuels, but despite of all advantages, commercial production of microalgae biofuel is not still economically feasible due to the low lipid productivities and high production costs. This study was aimed to increase the lipid productivity of Chlorella vulgaris to make it more feasible for biodiesel production. Several methods including chemical and physical random mutation and optimization of growth conditions were applied. In the first step concentration of CO2 and nitrogen was optimized to increase the lipid productivity of C. vulgaris, cultivated in stirred tank photobioreactor. According to the results the best initial nitrate concentration is 0.25 g/l and the best CO2 concentration is 2%. In the next part physical and chemical mutagenesis methods were applied to enhance lipid productivity in Chlorella vulgaris. Then, de novo RNA-seq was performed to observe lipid metabolism changes at the genome-wide level. Characterization of two mutants, UV-715 and EMS-25, showed marked increases in lipid contents, i.e., 42% and 45%, respectively. In addition, the biomass productivity of the UV-715 cells was 9% higher than that of wild-type cells. Then chemical mutagenesis was applied on previously physically mutagenized C. vulgaris strain (UV-715). After screening a mutant (UV-715_EMS25) was selected on the basis of lipid productivity and then cultivated in 25 L bench scale flat panel photobioreactor (FPBR). Lipid content and biomass of mutant was respectively 67% and 35% higher than wild type (WT) which resulted in 2.25 folds increase in lipid productivity of mutant. The highest lipid productivity achieved was 91 mg L-1 d-1. Gas chromatography mass spectrophotometry analysis results showed that both fatty acid methyl ester (FAME) content and composition of mutant were enhanced rather than wild type. Finally, after performing studies in pilot scale photobioreactor, mutant UV715-EMS25 was cultivated in large scale outdoor open ponds. Results showed that mutant UV715-EMS25 was able to survive and grow in outdoor large-scale conditions. Sedimentation, filtration and sunlight were found as the most suitable methods for harvesting, dewatering and drying, respectively. Results showed that the lipid content was reached up to 17% of dry biomass and FAME analysis results revealed that the lipid of cultivated biomass in open pond was mainly composed of hexadecanoic acid (C16:0) (41%), linoleic acid (C18:2) (27%) and oleic acid (C18:1) (24%).
Benzer Tezler
- Generation of mutant libraries for directed evolution of a thermophilic P450 enzyme
Termofilik bir P450 enzimin yönlendirilmiş evrimi için mutant kütüphanelerinin oluşturulması
EMRE HAKLI
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Biyoteknolojiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüBiyoteknoloji Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ NUR BAŞAK SÜRMELİ
PROF. DR. ERDAL BEDİR
- Development of microalgae resistant to high ammonia concentrations
Yüksek amonyak derişimlerine dayanıklı mikroalglerin geliştirilmesi
UMUT METİN
Doktora
İngilizce
2024
Biyoteknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MAHMUT ALTINBAŞ
- Structure function relationship of plant ADP-glucose pyrophosphorylase
Bitki ADP-glikoz pirofosforilaz enziminin yapı işlev ilişkisi
AYŞE BENGİSU SEFEROĞLU
Doktora
İngilizce
2014
BiyokimyaKoç ÜniversitesiKimya ve Biyoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. İBRAHİM HALİL KAVAKLI
- Investigation of cobalt resistance in Rhodobacter sphaeroides at molecular level
Rhodobacter sphaeroides'de kobalt direncinin moleküler düzeyde incelenmesi
GÜNEŞ ATAY
Doktora
İngilizce
2024
Biyoteknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiMoleküler Biyoloji-Genetik ve Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ZEYNEP PETEK ÇAKAR
- Doğal ve mutant Bacillus sp.suşlarından farklı ısıl kararlılığa sahip alkalin proteaz enzimlerinin izolasyonu, karakterizasyonu ve biyoteknolojik potansiyelinin araştırılması
Isolation, characterization, and investigation of biotechnological potential of alkaline protease enzymes with different thermal stability from native and mutant Bacillus sp. strains
TUNA KARAYTUĞ
