Modification of hydrogen metabolism for improved ethanol production in thermophilic bacteria
Termofilik bakterilerde etanol üretiminin artırılması amacı ile hidrojen metabolizmasının modifikasyonu
- Tez No: 492417
- Danışmanlar: PROF. DR. ALİ OSMAN BELDÜZ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Biyoteknoloji, Biyomühendislik, Genetik, Biotechnology, Bioengineering, Genetics
- Anahtar Kelimeler: Aldehit dehidrojenaz, Alkol dehidrogenaz, Anaeroblar, Biyoenerji, Biyoteknoloji, Biyoteknolojik prosesler, Biyoyakıtlar, Endüstriyel üretim, Etil alkol, Genetik mühendisliği, Aldehyde dehydrogenase, Alcohol dehydrogenase, Anaerobes, Bioenergy, Biotechnology, Biotechnological process, Biofuels, Industrial production, Genetic engineering
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Karadeniz Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Biyoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Lignoselülozik biyokütle, doğada en fazla bunan organik materyaldir. Bol miktarda bulunan lignoselülozik biyokütlenin etanol gibi sıvı yakıtlara dönüştürülmesi enerji güvenliğinin arttırılması, ticaret açığının azaltılması, sera gazları emisyonunun düşürülmesi ve fiyat kararlılığının sağlanmasında önemli bir seçenek sunmaktadır. Konsolide Biyoproses (KBP) lignoselülozun enzim eklenmeksizin tek bir adımda istenilen ürünlere dönüştürülmesidir. Bu yöntem özellikle lignoselüloz karbohidratlarını doğal parçalama kapasitesine sahip mikroorganizmaların genetik olarak modifiye edilmeleri ile zorlu endüstriyel süreçlere dayanıklı, yüksek verim ve derişimde yakıt üretebilen mikrorganizmalara dönüştürülmelerine olanak sağlaması açısından son yıllarda giderek artan bir ilgiyle karşılanan bir araştırma sahasına dönüşmüştür. Bu amaçla çok çalışılan organizmaların başında Thermoanaerobacterium saccharolyticum ve Clostridium thermocellum gelmektedir. T. saccharolyticum; ksilanı ve biyokütle türevli şekerlerin büyük bir çoğunluğunu yüksek sıcaklık derecelerinde fermente edebilen, hemiselülolitik anaerob termofillerden bir tanesidir. C. thermocellum ise, T. saccarolyticum'un aksine fermentasyon için kristalize selülozu parçalayabilen ancak beş C'lu şekerleri kullanamayan selülolitik bir anaerob termofildir. Tanımlanan tüm termofilik sakkarolitik anareoblar, fermentasyon sonucunda etanolün yanı sıra asetat, laktat, amino asit, CO2, H2 ve başlıca fermentasyon ürünlerini üretmektedirler. T. saccharolyticum ve C. thermocellum gibi termofillerde asetik asit pirüvat ferrodoksin oksidoredüktaz (PFOR), fosfat asetil transferaz ve asetat kinaz vasıtası ile pirüvattan meydana gelirken, laktik asit L- laktat dehidrojenaz vasıtası ile oluşmaktadır. Pirüvatın, PFOR vasıtası ile asetil-CoA'ya dönüşümü sonucu indirgenmiş ferrodoksin üretilir. Ferrodoksinden gelen elektronlarhidrojen üretiminde kullanıldıkları gibi etanol üretiminde de kullanılabilir ve teorik olarak hidrojen üretimindeki bir düşüşün etanol üretiminde eş değerde bir artışa, aynı şekilde hidrojen üretiminde bir artışın etanol üretiminde eş değerde bir düşüşe neden olması beklenir. Yapılan bu çalışmada; yaban tip olan T. saccharolyticum 'da hfsABCD operonunu oluşturan hfsA, hfsB, hfsC ve hfsD genlerinin teker teker delesyonu yapılarak sellobioz fermentasyonu sonucu etanol ve hidrojen üretiminde meydana gelen değişiklikler karşılaştırmalı olarak değerlendirilmiş ve hfsA ve/veya hfsB gen delesyonları sonucu T. saccharolyticum'da etanol üretiminin yaban tipe oranla yaklaşık 1.8 kat artış gösterdiği tespit edilmiştir. Enzim aktivite deneyleri etanol üretiminin yüksek olduğu mutant suşlarda alkol dehidrojenaz (AdhE) aktivitesinin yaban tipe göre yaklaşık 2.0 kat artış gösterdiğini ortaya koymuştur. Transkriptomik ve proteomik çalışmalar etanol üretiminde ki bu artışın, kısmen de olsa adhE geninin ekspresyonunda bir artışla ilişkili olduğunu göstermiş ve bu da hfsB ve adhE arasında düzenleyici bir mekanizmanın varlığını düşündürmüştür. Ayrıca hfsB gen delesyonunun hfs-benzeri hidrojenaz içeren, çalışılan diğer termofilik anaeroblarda da etanol üretiminde artışa neden olduğu ortaya konmuştur. Bunlar içerisinde Thermoanaerobacterium xylanolyticum ve Thermoanaerobacterium thermosaccharolyticum mutant suşlarından literatürde bugüne kadar bildirilen en yüksek etanol verimi elde edilmiştir. Bu da hfsB gen delesyonunun hfs-benzeri hidrojenaz içeren diğer mikroorganizmalarda da etanol üretiminin artırılması amacı ile genel bir genetik mühendisliği yöntemi olarak kullanılabileceğini ortaya koymuştur. hfsB geninde nokta mutasyonları taşıyan T. saccharolyticum suşu (LL1186) hfsABCD operonunun (hfs*), ΔhydGΔech C. thermocellum suşunda (LL1147) üç farklı promotor altında heterolog ekspresyonu sonucu elde edilen mutant suşlarda ise kontrol suşa nazaran etanol üretiminde herhangi bir artış elde edilemediği görülmüştür.
Özet (Çeviri)
In this study; the changes in the production of ethanol and hydrogen resulting from the cellobiose fermentation were evaluated comparatively by performing deletion of the hfsA, hfsB, hfsC and hfsD genes (one-by-one) of the hfsABCD operon in wild-type Thermoanaerobacterium saccharolyticum and it has been found that the deletion of hfsA and/or hfsB gene resulted in about 1.8 fold increase in mutant T. saccharolyticum strain when compared to the wild-type. Enzyme activity assays have shown that alcohol dehydrogenase (AdhE) activity in mutant strains, where ethanol production is high, is about 2.0 fold higher than the wild type. Transcriptomic and proteomic studies have shown that this increase in ethanol production is related, in partly, to an increase in the expression of the adhE gene, suggesting the existence of a regulatory mechanism between hfsB and adhE. It has also been shown that the deletion of the hfsB gene causes an increase in ethanol production in other thermophilic anaerobes containing hfs-like hydrogenase. Among them, Thermoanaerobacterium xylanolyticum and Thermoanaerobacterium thermosaccharolyticum mutants have the highest ethanol yields reported in the literature to date. This suggests that hfB gene deletion can be used as a general genetic engineering method with the aim of increasing ethanol production in other microorganisms containing hfs-like hydrogenase.
Benzer Tezler
- Plazma arkı eldesi ve yüzey bölgesi modifikasyonunda kullanılabilirliği
Başlık çevirisi yok
ÖZKAN ÖZİPEKLİLER
Yüksek Lisans
Türkçe
1986
Makine MühendisliğiUludağ ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HALİM DEMİRCİ
- Realization of transmitter and receiver clock generation units and channel switching unit in a modified analog radio relay
Değiştirilen bir analog radyodaki verici ve alıcı saat üretimi birimleri ve kanal anahtarlama biriminin gerçekleştirilmesi
AYHAN BÜYÜKSEMERCİ
Yüksek Lisans
İngilizce
1987
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MURAT AŞKAR
- Traditional vernacular houses in Anatolia: The question of evaluative criteria
Anadolu geleneksel yöresel konut mimarlığında değerlendirme ölçütleri sorunu
OKAN ÜSTÜNKÖK
Doktora
İngilizce
1987
MimarlıkOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÖNÜL TANKUT
- Sosyal değişim sürecinde konut planları farklılaşması-Konya örneği
The Changes of the types of house-plans in accordance with the social changes“Konya being the Sample”
İBRAHİM BAKIR
- Çoklu amaçların çözümlemesinde amaç programlaması ile genelleştirilmiş ters yaklaşımı ve yem sanayiinde bir uygulama
Goal programming and generalieed inverse approaches in the multi-objective analysis and application in feed industry
HASAN BAL