Biological control of Aspergillus flavus growth and its aflatoxin b1 production by antagonistic yeasts
Antagonistik mayalar ile Aspergillus flavus gelişimi ve aflatoksin b1 üretiminin biyolojik kontrolü
- Tez No: 737896
- Danışmanlar: DOÇ. DR. HATİCE FUNDA KARBANCIOĞLU GÜLER, DR. HAYRETTİN ÖZER
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Gıda Mühendisliği, Food Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Gıda Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 80
Özet
Gıda ve yemlerdeki mikotoksinlerin varlığı, insan ve hayvan sağlığı için risk teşkil etmekte ve büyük ekonomik kayıplara neden olmaktadır. Mikotoksinler, tahıllar, yağlı tohumlar, baharatlar, etler, süt ve süt ürünlerini içeren pek çok gıda ile hayvan yemlerinde yaygın olarak bulunabilmektedir. Gıda ve Tarım Örgütü (FAO), dünyadaki gıda ürünlerinin yaklaşık %25'inin mikotoksinler ile kontamine olduğunu bildirmiştir. Aflatoksin ve diğer mikotoksinler, hasat, kurutma, depolama, işleme aşamasında oluşabildiği gibi tarlada veya bahçede tarımsal ürünlerin gelişmesi aşamasında da meydana gelebilmektedir. Aflatoksinler, Aspergillus flavus ve Aspergillus parasiticus tarafından üretilmektedir. Aflatoksin B1, aflatoksin B2, aflatoksin G1 ve aflatoksin G2 temel aflatoksin türevlerini oluştururken, bunlar arasında aflatoksin B1 en toksik olan türevdir. Uluslararası Kanser Araştırma Ajansı'na (IARC) göre aflatoksin B1 grup 1 insan kanserojeni olarak sınıflandırılmıştır. İnsan tüketimine yönelik gıdalarda izin verilen maksimum aflatoksin seviyelerine ilişkin ABD yönergeleri 20 ppb (μg/kg) ve hayvan yemlerinde 300 ppb'ye kadardır. Aflatoksin B1, hepatotoksik, genotoksik ve teratojenik özelliklere sahip olup, ürünün bozulması ve verim kaybına neden olmaktadır. Türkiye'de yetiştirilen kuru incir, antep fıstığı, fındık ve yerfıstığı aflatoksin açısından riskli ürünlerdir. Sentetik fungisitler, günümüzde hasat sonrası hastalıkların kontrol edilmesi, tarımsal ürünlerde küf gelişmesinin ve dolayısıyla mikotoksin oluşumun önlenmesi için yaygın olarak kullanılmaktadır. Sentetik fungisitlerin düzensiz kullanımı, fungisit dirençli patojenlerin oluşmasına ve toprak ve su kirliliğine neden olmaktadır. Artan çevresel kaygılar yanında insan ve hayvan sağlığı üzerindeki zararlı etkileri nedeniyle sentetik fungusitlerin kullanımları azaltılmaya çalışılmaktadır. Gıda güvenliği, çevre ve insan sağlığı konusundaki endişelerin artması ile birlikte, alternatif çevre dostu yaklaşımlar araştırılmaya başlanmıştır. Bununla birlikte yapılan çalışmalarda ise özellikle doğal antibakteriyel maddeler üzerine yoğunlaşmış ve antifungal maddeler ile ilgi çalışmalar ise daha sınırlı düzeyde kalmıştır. Son yıllarda ise küf kaynaklı bozulmaları yönetmek için daha çevre dostu ve sağlıklı yöntemlerin geliştilmesine yönelik araştırmalar artış göstermektedir. Bu nedenle, gıdalardaki küflerin ve toksinlerin antagonistik mikroorganizmalar tarafından biyokontrolü sentetik fungisit kullanımının azaltılması önemli bir çalışma konusu oluşturmuştur. Biyokontrol yöntemlerinin kullanılması aynı zamanda çevresel etkisi düşük ve gelecek vaat eden bir alternatif olarak önemli bir stratejidir. Mayaların basit beslenme gereksinimleri, kuru yüzeylerde uzun süre kolonize olma ve ucuz substratlara sahip biyoreaktörlerde hızla büyüyebilmesi nedeniyle antagonistik olarak kapsamlı bir şekilde incelenmeye başlanmıştır. Ayrıca, maya mikro ortamlara da adapte olabilmektedir. Biyokontrol ajanı geliştirmek için en önemli adımı maya izolasyonu ve taranması oluşturmaktadır. Antagonistik mikroorganizmalar genellikle bitki ve bitki kısımlarından izole edilmektedir. Buna ek olarak, antagonistler filosfer, kökler, toprak ve deniz suyu gibi diğer kaynaklardan da izole edilebilmektedir. Gıdanın tipine ve antifungal mikroorganizmaya bağlı olarak tek bir mekanizma veya birkaç mekanizma birlikte olacak şekilde farklı etki mekanizmaları antifungal inhibisyonda rol alabilmektedir. Biyokontrol ajanı olarak kullanılan mayaların etki mekanizmaları arasında besin için rekabet, antibiyosiz, parazitizm, demir kullanımı, litik enzimlerin üretimi, oksidatif stres ve uçucu organik bileşiklerin üretimi sayılabilir. Antagonistik mayaların biyokontrol aktivitelerinde litik enzim üretme yetenekleri önemli bir rol oynamaktadır. Litik enzimleri, kitinazlar, β-1,3-glukanaz, proteaz, selülaz ve pektinaz dahil olmak üzere hücre duvarını parçalayan enzimler oluşturmaktadır. Yüksek hücre duvarı parçalayıcı enzim aktivitesine sahip mayaların yüksek biyokontrol etkinliği gösterdiği yapılan çalışmalarla belirtilmiştir. Aflatoksijenik olmayan Aspergillus türleri tarafından aflatoksinin biyokontrolü amacıyla yapılmış çalışmalar oldukça yaygındır. Ancak, Aspergillus flavus'un mayalar tarafından kontrol altına alınmasına yönelik çalışmalar oldukça sınırlıdır. Metschnikowia, geniş bir biyoteknolojik uygulama alanına sahip olup, genellikle meyve ve çiçeklerden izole edilmektedir. Botrytis veya Monilinia spp.'nin biyolojik kontrolü için Metschnikowia tarafından üretilmiş olan biyokontrol ajan endüstriyel ürüne dönüştürülmüş ve kullanılmaktadır. Metschnikowia pullcherima suşları tarafından pulcherrimin pigmentinin salınması da antagonistik mekanizmalarından sayılmaktadır. Meyerozyma, Moesziomyces ve Metschnikowia sp.'nin antifungal aktivitesi araştırmacılar tarafından çalışılmaktadır. Antagonist mikroorganizmaların etki mekanizmaları arasında, antimikrobiyal uçucu organik bileşiklerin üretimi en az çalışılmış olan konulardan birisini oluşturmaktadır. Ancak, antagonistik mayalar tarafından üretilen uçucu organik bileşikler, biyolojik kontrol ajanı olarak kullanım amacıyla büyük bir alan oluşturmaktadır. Bu çalışmada, Türkiye'nin farklı bölgelerinden toplanmış olan mısır püskülü, hoşkıran, fasulye ve üzüm yaprağından, izole edilmiş dört mayanın identifikasyonu gerçekleştirilmiştir. Üzüm ve yaban mersininden önceden izole edilmiş ve tanımlanmış dört izolat da bu çalışmada kullanılmıştır. Tez kapsamında Metschnikowia aff. pulcherrima, Metschnikowia pulcherrima, Meyerozyma guilliermondii, Metschnikowia aff. fructicola, Moesziomyces bullatus iolatlarının Aspergillus flavus gelişimi ve aflatoksin B1 oluşturmasına etkisi ve etki mekanizması incelenmiştir. Antagonistik etkisi incelenen her izolat için neighbour-joining yöntemi kullanılarak filogenetik ağaç çıkarılmıştır. Antagonistik mayaların biyokontrol mekanizması ile ilişkilendirilmiş olan selülaz, kitinaz, proteaz, pektinaz, β-glukozidaz ve lipaz aktiviteleri besiyeri ortamında incelenmiştir. Çalışmada kullanılan bütün antagonistik mayaların β-glukozidaz, lipaz ve kitinaz aktivitesine sahip olduğu ancak pektinaz üreticisi olmadığı saptanmıştır. Çalışmada yalnızca Metschnikowia pulcherrima (32-AMM)'nın pektinaz üreticisi, Metschnikowia pulcherrima (26-BMD)'nin ise proteaz negatif olduğu bulunmuştur. Mayaların öncelikle antifungal etkisi küf ve mayanın besiyerine belirli bir uzaklıkta birlikte aşılanması ve inkübasyon süresince besiyerinde küf gelişmesi gözlemlenerek maya gelişimin olduğu bölgede oluşan inhibisyon zonunun ölçülmesiyle incelenmiştir. Çalışmada kullanılan bütün mayalarda Aspergillus flavus'a karşı inhibisyon zonu oluşumu gözlemlenmiş ve küf gelişimi sınırlandırılmıştır. İstatistiksel analiz sonuçlarına göre inkübasyon süresine bağlı olarak mayaların antifungal aktivitesi değişkenlik göstermektedir (p
Özet (Çeviri)
The presence of mycotoxins in food and feed poses a risk to human health and animal productivity and result large economic losses. In the field and during storage period, Aspergillus flavus infect grains. Aflatoxin B1, is classified as group 1 carcinogen, having hepatotoxic, genotoxic, and teratogenic properties, may be produced by generally A. flavus and Aspergillus parasiticus in addition to grain deterioration and yield loss. Aflatoxins have been found in a variety of foods including oilseeds, nuts, dried figs and spices. Dried figs, pistachios, hazelnuts and groundnuts cultivated in Turkey are risky products in terms of aflatoxins. The application of synthetic fungicides is the most common method for controlling decay in most crops. However, because of the fungal resistance and detrimental impacts on human and animal health, as well as the environmental concerns in general, their use is being tried to diminished. Due to these concerns, researchers have tended to investigate more eco-friendly and healthy methods to manage fungal diseases. As a result, detecting and preventing Aspergillus species contamination, as well as lowering the level of aflatoxins in foodstuffs used in many agricultural products. To reduce usage of synthetic fungicide, biological control is an important strategy as a promising alternative with low environmental impact in reducing fungal infection and mycotoxin production in the field and during postharvest period. In addition, among microorganisms, yeast species have been extensively studied as antagonist due to simple nutritional requirements, able to colonize dry surfaces for long periods of time and able to grow rapidly in bioreactors with inexpensive substrates. Furthermore, yeast is simply adapted to microenvironments. The crucial and most important step is to develop biocontrol agent is isolation and screening of yeast isolates. Antagonistic yeasts have been showed several different mechanism to control of different moulds such as competition for space and nutrients, biofilm formation, parasitism, production of antimicrobial volatile organic compounds and production of lytic enzymes. The antagonist mechanism generally explained with cell wall-degrading enzyme synthesis including chitinases, β-1,3-glucanase, protease, cellulase and pectinase. Yeasts with high cell wall degrading enzyme activity, also showed high biocontrol efficacy. Biocontrol of aflatoxin has been generally documented by non-aflatoxigenic Aspergillus species. However, the studies to control Aspergillus flavus by yeasts limited. In various industrial processes, the Metschnikowia yeast has wide range of biotechnological application and generally isolated from fruits and flowers. Several Metschnikowia based biocontrol products have been industrialized to control postharvest diseases including Botrytis or Monilinia spp. However, only a few biocontrol agents are converted into industrial products. Meyerozyma, Moesziomyces and Metschnikowia sp. yeasts antifungal activity have been studied by several researchers. Among antagonistic microorganism mechanism of action, production of antimicrobial volatile organic compounds is one of the least studied. Primarily, volatile organic compounds produced by antagonistic yeasts have great potential used as biocontrol agents of filamentous fungi. In this study, four yeast isolates have been isolated and identified by different plant parts including hawthorn, hoşkıran, bean and grape leaf collected from Turkey different region. Four previously isolated and identified isolates from grapes, blueberry have been also included in this study. The eight antagonistic yeasts have been belong to Moesziomyces sp., Meyerozyma sp. and Metschnikowia sp. Yeasts secrete fungal lytic enzymes which are typically associated with biocontrol mechanism. Lytic enzyme activities of yeasts were examined with screening method. All of the isolates have β-glucosidase and chitinase activity, which are crucial for antifungal mechanism, however absence of the pectinase activity. Among antagonistic yeasts, only Metschnikowia pulcherrima (26-BMD) found as protease negative. Dual culture assay have been conducted to observe antagonistic effect of yeasts against aflatoxin B1 producer Aspergillus flavus. All of the antagonistic yeasts formed inhibition zones in dual culture assay against to Aspergillus flavus due to secretion of diffusible antifungal compounds. After that, yeasts antifungal and antiaflatoxigenic impact on aflatoxin producer Aspergillus flavus by spot inoculation method with different incubation period by in vitro studies. Different yeasts used to investigate to control Aspergillus flavus growth. In addition to that, origin of the yeast affect their biocontrol efficacy. All of the antagonistic yeasts formed inhibition zones in dual culture assay against to Aspergillus flavus due to secretion of diffusible antifungal compounds. While Aspergillus flavus mycelial growth of inhibition 86-97% after three days. All isolated and identified yeasts were effective to control Aspergillus flavus, as well as aflatoxin. Aflatoxin B1 production was reduced from 1773 ng/g (in control samples) to 1.26-10.15 ng/g with the application of antagonistic yeast. Metschnikowia aff. pulcherrima (32-AMM) was found as the most effective yeasts to inhibit mycelial growth of Aspergillus flavus among other yeasts. In addition, yeasts plant origin and incubation period also affect their inhibition potential (p
Benzer Tezler
- Domates rizosferindeki fungusların domatesteki solgunluk etmeni Fusarium oxysporum f.sp. lycopersici'ye karşı antagonistik etkilerinin araştırılması
Investigation of the antagonistic effects of tomato rhizosphere fungi against Fusarium oxysporum f.sp. lycopersici, causal agent of tomato wilt disease
ESRA TUNABAŞ
- Adıyaman ilinde trabzon hurmasında (Diospyros kaki L.) görülen fungal hastalık etmenleri ve faydalı bakterilerle biyolojik mücadelesi
Fungal disease agents of persimmon (Diospyros kaki L.) in Adiyaman province and biological control with beneficial bacteria
MEHMET ATAY
Doktora
Türkçe
2024
ZiraatHatay Mustafa Kemal ÜniversitesiBitki Koruma Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SONER SOYLU
- GAP bölgesi biber yetiştiriciliğinde kök çürüklük etmenlerinin belirlenmesi, etkin patojenin moleküler karakterizasyonu ve mücadelesinde mikorizanın etkinliğinin araştırılması
Determination of soilborne pathogens in pepper growing in GAP region, molecular characterization of effective species and control with some mycorrhizal fungi
AYŞİN BİLGİLİ
Doktora
Türkçe
2017
ZiraatHarran ÜniversitesiBitki Koruma Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET ERTUĞRUL GÜLDÜR
- Kahramanmaraş merkez köylerindeki buğday tarlalarından izole edilen entomopatojen funguslar
Entomopathogenic fungi isolated from wheat fields in the villages at Kahramanmaras city center
CİHAT KOZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
BiyolojiKahramanmaraş Sütçü İmam ÜniversitesiBiyoloji Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ÖZLEM GÜVEN
- Başkonuş ormanlık alanlarından alınan toprak örneklerinden izole edilen entomopatojen funguslar
Entomopathogenic fungi isolated from soil samples taken from Başkonuş forestland
ÜMİT İZGİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
BiyolojiKahramanmaraş Sütçü İmam ÜniversitesiBiyoloji Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ÖZLEM GÜVEN