Geri Dön

Comparative evaluation of prokaryotic community of salda lake using oxford nanopore-minion and next generation sequencing-illumina

Salda gölü'nün prokaryotik topluluğunun oxford nanopore-minıon ve yeni nesil dizileme-illumina ile karşılaştırmalı olarak değerlendirilmesi

PDF İndir

  1. Tez No: 863656
  2. Yazar: KÜBRA DOYMUŞ
  3. Danışmanlar: PROF. DR. ORHAN İNCE
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Biyoteknoloji, Mikrobiyoloji, Çevre Mühendisliği, Biotechnology, Microbiology, Environmental Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2024
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Çevre Biyoteknolojisi Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 149

Özet

Türkiye'nin Salda Gölü, NASA'nın Mars 2020 misyonunun iniş alanı olan Jezero Krateri'ndeki olası antik göl ortamının, jeolojik ve mineralojik benzerlik sergileyen eşsiz bir analoğudur. Jezero Krateri, akarsu sisteminin delta ile sonlandığı, jeomorfik özelliklerin antik bir gölü işaret ettiği, göl kökenli özellikler sergileyen karbonat ve hidratlı magnezyum karbonatların varlığının gözlendiği Mars'taki bilinen tek olası antik göl ortamıdır. Dünya üzerinde ise deniz veya göl çökelleri olarak biriken karbonatlar biyo-imzaları koruma potansiyeline sahiptir, ayrıca bu yapılar sığ ve kıyıya yakın ortamlarda oluştuklarında stromatolit oluşumunu kolaylaştırabilirler. Eğer Jezero'da biriken karbonatların oluşumu göl aktivitesi ile ilişkiliyse, bu yapılar, Dünya'daki stromatolitlere benzer şekilde biyo-imzaları koruma potansiyeline sahip olabilirler. Bu nedenle Dünya'daki magnezyum karbonatların oluşum koşullarının anlaşılması, antik Mars ortamındaki magnezyum karbonatların oluşumunu ve Dünya'daki stromatolitlere benzer şekilde biyo-imzaları koruma potansiyelini değerlendirmek için gereklidir. Türkiye'nin Salda Gölü, normalde nadir bulunan hidratlı magnezyum karbonat (hidromanyezit) çökelmesinin aktif olarak gerçekleştiği Dünya üzerindeki birkaç gölden biridir ve jeolojik ve mineralojik benzerlikler göz önüne alınarak Jezero kraterindeki olası antik göl ortamının mükemmel bir analoğu olarak kabul edilmiştir. Göl ortamındaki baskın çökelim, fosil ve yaşayan mikrobiyalitlerde (örneğin, stromatolit) bulunabilen hidromanyezittir. Mikrobiyalitler, 3.5 milyar yıl öncesine dayanan fosil kayıtları içerebilen, Dünya'daki en eski mikrobiyal ekosistemlerin temsilcileri olarak kabul edilir. Bu nedenle, bu mikrobiyal yapılar bakteri evrimini anlamak açısından da bir biyo-imza koleksiyonu olarak hizmet etme potansiyeline sahiptir. Mikrobiyalitler,“Bentik bir mikrobiyal topluluğun tortuyu yakalayıp bağlaması ve/veya mineral çökelim bölgelerini oluşturması sonucu biriken organosedimanter çökeller”olarak tanımlanmıştır. Eğer mikrobiyalitler katmanlı olarak oluşum gösteriyorlarsa stromatolit olarak adlandırılabilir. Mikrobiyalitlerin oluşumu genellikle mikrobiyal matlarda organize olmuş mikrobiyal toplulukların varlığında meydana gelir. Ayrıca bu mikrobiyal matlar, mikrobiyal etkileşimleri, element döngülerini (örneğin, karbon, azot, kükürt) ve mikrobiyalitlerde karbonat çökelmesini kolaylaştıran mikrobiyal komünite ve mineral etkileşimlerini incelemek için ideal sistemler olarak hizmet edebilen, Dünya'nın en eski ekosistemleri olarak kabul edilir. Organik yapıları nedeniyle fosil kayıtlarda mikrobiyal matların korunmasını gözlemlemek nadir olsa da, karbonat çökelimleri korumayı kolaylaştırabilir ve bu süreç stromatolitlerin oluşumuna neden olabilir. Bununla birlikte, fosil stromatolitlerin oluşumunda mikroorganizmaların, biyotik ve abiyotik süreçlerin kesin rolü tam olarak açıklığa kavuşturulmamıştır. Çok çeşitli su kimyalarında oluşma yetenekleri nedeniyle, gölsel stromatolitler, fosil stromatolitler hakkında temel bilgiler sağlayan önemli hedefler olarak önerilmiştir. Türkiye'nin Göller Yöresi'nde yer alan Salda Gölü magnezyum açısından zengin, alkali bir göldür (pH>9). Yaklaşık 45 km2 bir yüzey alanına sahip olan Salda Gölü, Türkiye'nin en derin tatlı su göllerinden biridir; en derin bölgesi yaklaşık olarak 200 metreye ulaşmaktadır. Göl, kapalı bir havza gölüdür ve soğuk meteorik sular gölü beslerken, bilinen bir dışa akışı yoktur ve gölün suyu buharlaşma ile dengelenmektedir. Salda Gölü, sediman, mikrobiyalit gibi yapılarda hidromanyezitten oluşan karbonatların baskın çökelim olduğu, Dünya üzerindeki yüksek magnezyum yoğunluğuna sahip birkaç kapalı gölden biridir. Salda Gölü stromatolitlerinin oluşum mekanizması kesin olarak aydınlatılamamış olsa da, oluşumun biyolojik bir süreç olduğu önerilmiş, ayrıca mikroorganizmalar tarafından üretilen hücre dışı polimerik maddeler (EPS) ve mikroorganizmaların metabolik aktiviteleri hidromanyezit içeren stromatolitlerin oluşumu ile ilişkilendirilmiştir. Ayrıca, Salda Gölü, Dünya üzerinde Mars'taki Jezero Krateri'nde keşfedilenlere benzer karbonatları ve delta özelliklerini içeren eşsiz bir göldür. Salda Gölü ve çevresi, 14.03.2019 tarih ve 824 sayılı Cumhurbaşkanı Kararı ile“Özel Çevre Koruma Bölgesi”olarak ilan edilmiş ve gölün doğal yapısı koruma altına alınmıştır. Bu kapsamda, Salda Gölü'nün mikrobiyal bileşiminin belirlenmesi, gelecekteki: (i) mikrobiyalitlerdeki mikrop-mineral etkileşimlerini anlamak; (ii) Dünya'daki yaşamın başlangıcını ve evrimini anlamak; (iii) antik Mars ortamının olası biyo-imza koruma potansiyelini ve yaşanabilirliğini değerlendirmek için yapılan muhtemel çalışmalara önemli veriler sağlayabilir. 16S rRNA geninin dizilenmesi yoluyla, çeşitli ortamlardan alınan karmaşık örneklerin prokaryotik mikrobiyal çeşitliliğinin ve kompozisyonunun belirlenmesi, evrensel olarak kabul edilen altın standart bir yaklaşımdır. Genin boyutu görece küçük olsa da taksonomik çalışmalar için yeterlidir. 16S rRNA geni yaklaşık olarak 1500 baz çiftinden oluşmaktadır ve V1'den V9'a kadar olmak üzere 9 değişken bölgeyi kapsamaktadır. İkinci nesil (yeni nesil) dizileme teknolojileri taksonomik çalışmalar için 16S rRNA geninin V1-V2 ve/veya V3-V4 bölgelerini kullanmaktadır. Bu teknolojilerin büyük miktarda ve yüksek doğrulukta veri sağlama gücüne rağmen, yaklaşık 300 baz çifti kadar olan kısa okumaların analizi sınırlı taksonomik çözünürlük sağlamakta ve çoğunlukta taksonomik tanımlama cins seviyesinden öteye geçememektedir. Bununla birlikte, üçüncü nesil dizileme teknolojilerinin geliştirilmesi çevre mikrobiyolojisinde dönüm noktası niteliğinde bir yeniliktir çünkü bu sayede uzun okumaların gerçek zamanlı olarak üretilmesi başarılabilir hale gelmiştir. Üçüncü nesil dizileme teknolojileri, 16S rRNA geninin tam uzunluğunu dizileme olanağı sağlamakta ve bu da bakteri tanımlaması için daha yüksek taksonomik çözünürlük üretme açısından önemli bir avantaj sağlamaktadır. 2014 yılında Oxford Nanopore Teknolojieri (ONT) tarafından piyasaya sürülen taşınabilir, üçüncü nesil dizileyici MinION, DNA veya RNA dizilemesinin gerçekleşmesi için bir akış hücresi kullanır. Bu akış hücresi içerisinde elektriksel dirence sahip bir zara yerleştirilmiş protein yapılı nanogözenekler yer alır. DNA/RNA ipliklerinin nanogözenek boyunca hareketi sırasında, moleküller elektrik akımında ayırt edici bir değişiklik yaratır ve bu değişiklikler sensör tarafından algılanır. Elektrik akımında meydana gelen değişiklikler çeşitli yazılımlar ve algoritmalar kullanılarak ve gerçek zamanlı olarak, nükleotitlerin çeşidini tespit etmek için deşifre edilebilir. Bu bağlamda, çalışmamızda; (i) ilk kez Oxford Nanopore Teknolojileri (MinIONTM) kullanılarak 16S rRNA geninin tam uzunlukta dizilenmesi yoluyla Salda Gölü'ndeki prokaryotik (bakteriyel) çeşitliliğin belirlenmesi; (ii) Salda Gölü'nden alınan farklı tipteki örneklerin prokaryotik çeşitliliğinin ayrıntılı değerlendirmesi; (iii) Salda Gölü'nün bakteri topluluğunun Oxford Nanopore-MinIONTM ve Yeni Nesil Sekanslama-Illumina kullanılarak karşılaştırmalı olarak değerlendirilmesi; (iv) Dünya'daki yaşamın başlangıcını ve evrimini değerlendirmek, Mars Jezero Krateri'nin olası biyolojik imzaları koruma potansiyelini değerlendirmek ve mikrobiyalitlerdeki mikrop-mineral etkileşimlerini anlamak için daha ileri çalışmalarda kullanılabilecek nitelikte, literatüre bilimsel veriler sağlamak hedeflerimiz olmuştur. Çalışmamızda, yaz mevsimi Ağustos ayında, Salda Gölü'nün 6 farklı bölgesinden belirlenen 9 istasyondan toplanan sediman, mikrobiyal mat ve su örneği türlerini kullandık. Salda Gölü'nün doğası gereği, buradan alınan örneklerin yüksek miktarda karbonat mineralleri içermesi beklenmektedir ve bu durum DNA izolasyonu sırasında DNA verimini ve saflığını azaltma potansiyeline sahiptir. Ayrıca, örneklerde aşırı miktarda Mg+2 gibi iki değerli katyonların bulunma olasılığı Polimeraz Zincir Reaksiyonu (PCR) verimliliğini azaltma potansiyeline sahiptir. Bu nedenle çalışmamızda, ticari kitler kullanılarak gerçekleştirilen DNA izolasyonu öncesinde, sediman ve mikrobiyal mat örnekleri için ön işlem protokollerini etilendiamintetraasetik asit (EDTA) kullanarak optimize ettik ve Salda Gölü örnekleri için 3 farklı protokolü uyguladık. Bu optimizasyon, çoğu örnek için daha yüksek DNA verimi sağladı ve PCR reaksiyonlarının verimliliğini arttırarak tam uzunlukta 16S rRNA geni amplikonlarını üretmeyi mümkün hale getirdi. Çalışmamızda, Salda Gölü'ne ait farklı tipteki örneklerin bakteri çeşitliliği ve komünite kompozisyonu tam uzunlukta 16S rRNA geni amplikonları kullanılarak belirlendi. Salda Gölü örneklerinin bakteri bileşimini ve çeşitliliğini analiz etmek için ilk kez üçüncü nesil bir dizileme teknolojisi olan ONT MinIONTM kullanılarak uzun okuma dizileri elde edildi. Farklı tipteki örneklerin bakteri kompozisyonu tür düzeyinde belirlendi ve alfa ve beta tür çeşitlilikleri hesaplanarak istatistiksel olarak test edildi. Sediman (n=10), mikrobiyal mat (n=5) ve su (n=9) örneklerinden elde edilen veriler, en belirgin şubelerin Pseudomonadota, Bacillota, Cyanobacteriota, Actinomycetota, Thermodesulfobacteriota, Bacteroidota, Planctomycetota, Chloroflexota, Acidobacteriota ve Deinococcota olduğunu ortaya çıkardı. Çalışmamızda, Salda Gölü örneklerinde, oksijen, karbon, kükürt, azot, demir ve hidrojen gibi element döngülerinde işlevi olan geniş bir bakteri bileşimi tanımlandı. Farklı çalışmalarda mikroorganizmaların bireysel metabolik reaksiyonlarının karbonat çökellerinin oluşumuna katkısı için öne sürülen mekanizmalar göz önüne alındığında, Salda Gölü'nde tanımladığımız mikroorganizmaların çeşitli metabolik işlevleri, benzer jeolojik ortamlarda mikrobiyalit oluşumu ile ilişkilendirilen mikrobiyal metabolizma önerileriyle uyumludur. Ayrıca, Salda Gölü örneklerinde daha önceki çalışmalarla tutarlı olarak, yüksek miktarda EPS üretme potansiyeline sahip çeşitli mikroorganizmalar ve Salda Gölü stromatolitlerinin oluşumu ile ilişkilendirilmiş siyanobakteri grubuna ait çeşitli türlerinin varlığı tespit edildi. ONT MinIONTM teknolojisi kullanılarak elde edilen taksonomik veriler, Salda Gölü'nde aynı örnekler ve ikinci nesil dizileme teknolojilerinden Illumina platformu kullanılarak yapılan çalışma ile şube ve sınıf seviyesinde karşılaştırıldı ve iki teknoloji ile elde edilen sonuçlarda, örneklerdeki öne çıkan taksonomik gruplar tutarlılık gösterdi. Bu kapsamda çalışmamız sonucunda elde ettiğimiz veriler sadece Salda Gölü'nde değil, aynı zamanda analog jeolojik ortamlarda mikrobiyalit oluşumunda rol alan mikrop-mineral etkileşimlerini ve bu yapıların oluşum koşullarını anlamayı amaçlayan gelecekteki araştırmalar için değerli bir öngörü sağlama potansiyeline sahiptir

Özet (Çeviri)

Türkiye's Salda Lake is a unique analog of the possible ancient lake environment in NASA's Mars 2020 mission's landing site Jezero Crater, demonstrating geological and mineralogical similarities. Jezero Crater is the only recognized possible ancient lake environment on Mars, where evidence of fluvial system ends in delta, geomorphic features indicating an ancient lake, and the presence of carbonates and hydrated magnesium carbonates demonstrating lacustrine origin properties have been observed. If the formation of carbonates deposited in Jezero were related to lacustrine activity, they may have a potential to preserve biosignatures similar to stromatolites on Earth. Salda Lake is among a couple of lakes that actively precipitate normally rare hydrated magnesium carbonates (hydromagnesite). The dominant precipitate in the lake environment is hydromagnesite which can be found in fossil and living microbialites (e.g., stromatolites). Microbialites are“Organosedimentary deposits that have accreted as a result of a benthic microbial community trapping and binding sediment and/or forming the locus of mineral precipitation”. Microbialites can be named as stromatolitic if they display laminated formation. Formation of these structures generally occurs in the presence of microbial communities that are organized in microbial mats. Despite it is uncommon to observe microbial mat preservation in the fossil record due to their organic nature, carbonate precipitation can facilitate the preservation and this process can result in the formation of stromatolites. However, the exact role of microorganisms and biotic and abiotic processes in the formation of fossil stromatolites remain to be elucidated. Because of their ability to form in a wide range of water chemistries, lacustrine microbialites were proposed as important targets that provide key insights into fossil stromatolites. Therefore, identifying the microbial composition of Salda Lake can provide important data to possible future studies for: (i) understanding microbe-mineral interactions in microbialites; (ii) understanding the beginning and evolution of life on Earth; (iii) evaluating possible biosignature preservation potential, and habitability of the ancient Mars environment. Identifying prokaryotic microbial diversity of complex samples from various environments through sequencing the 16S rRNA gene is a universally accepted gold standard approach. Despite second-generation sequencing technologies use V1-V2 or/and V3-V4 regions of 16S rRNA gene for taxonomic studies, it became achievable to sequence the full-length of 16S rRNA gene in real-time by the development of game-changing third-generation sequencing technologies. Released by Oxford Nanopore Technologies (ONT) in 2014, the portable, third-generation sequencer MinIONTM utilizes a flow cell that contains nanopores inserted into an electrically resistant membrane for the sequencing of DNA or RNA to take place. During the movement of DNA/RNA strands through the nanopore, molecules create distinctive changes in electric current. In real-time, these changes can be decoded to detect the type of the base. This technology allows to generate full-length of 16S rRNA gene sequences which provide higher taxonomic resolution for bacterial identification. Within this context, in this study, we aimed: (i) determining the prokaryotic (bacterial) diversity in Salda Lake through sequencing full-length of 16S rRNA gene for the first time using Oxford Nanopore Technologies (MinIONTM); (ii) detailed evaluation of the prokaryotic diversity of different types of samples taken from Salda Lake; (iii) comparative evaluation of bacterial community of Salda Lake using Oxford Nanopore-MinIONTM and Next Generation Sequencing-Illumina; (iv) providing a qualified scientific data to literature which may be utilized in further studies for evaluating the beginning and evolution of life on Earth, for assessing possible biosignature preservation potential of Mars Jezero Crater and for understanding microbe-mineral interactions in microbialites. In our study, we used sediment, microbial mat, and water sample types collected from 9 different stations determined from 6 different regions of Salda Lake in the summer season. Depending on the sample type, DNA isolation protocols were optimized and 3 different protocols specific to Salda Lake samples were conducted. Bacterial diversity was identified through long-read 16S rRNA gene sequences generated using ONT MinIONTM. MinION-generated data from sediment (n=10), microbial mat (n=5), and water (n=9) samples revealed that the most prominent phyla were Pseudomonadota, Bacillota, Cyanobacteriota, Actinomycetota, Thermodesulfobacteriota, Bacteroidota, Planctomycetota, Chloroflexota, Acidobacteriota, and Deinococcota. Our results demonstrated consistency with previous studies in Salda Lake.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    88206

    Sevofluran anestezisinin kognitif fonksiyonlar üzerine olan etkilerinin izofluran anestezisi ile karşılaştırmalı değerlendirilmesi

    Comparative evaluation of effects of sevoflurane and isoflurane anesthesia on cognitive functions

    BERRİN IŞIK

    Tıpta Uzmanlık

    Türkçe

    Türkçe

    1999

    Anestezi ve ReanimasyonTrakya Üniversitesi

    Anesteziyoloji ve Reanimasyon Ana Bilim Dalı

    PROF.DR. ZAFER PAMUKÇU

  2. Tez No

    76463

    Comparative evaluation of four control algorithms for nonlinear systems

    Doğrusal olmayan sistemler için dört algoritmasının kıyaslamalı değerlendirilmesi

    ALPASLAN PARLAKÇI

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    1998

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiBoğaziçi Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. YORGO İSTEFANOPULOS

  3. Tez No

    768886

    Gömülü mandibular üçüncü molar dişlerin cerrahi çekimi sonrası çekim soketine yerleştirilen iki farklı trombositten zengin fibrinin(L-TZF VE T-TZF) gingival kan akımı ve komşu ikinci molar dişin pulpal kan akımı üzerine etkilerinin lazer doppler flowmetre ile karşılaştırılmalı olarak değerlendirilmesi

    Comparative evaluation of the effects of two different platelet-rich fibrin(L-TZF VE T-TZF) placed in the extraction socket after surgical extraction of impacted mandibular third molar teeth on the gingival blood flow and pulpal blood flow of the adjacent second molar tooth by laser doppler flowmeter.

    BÜŞRA MEŞECİ

    Diş Hekimliği Uzmanlık

    Türkçe

    Türkçe

    2021

    Diş HekimliğiBolu Abant İzzet Baysal Üniversitesi

    Ağız Diş ve Çene Cerrahisi Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ NEŞET AKAY

  4. Tez No

    788385

    Ratlarda dietilnitrozamin ile oluşturulan karaciğer kanserinde theranekron ve kemoterapi uygulamalarının; Karsinogenezis, apoptozis ve biyokimyasal profile etkilerinin karşılaştırılmalı değerlendirilmesi

    Comparative evaluation of the effects of theranechron and chemotherapy applications on carcinogenesis, apoptosis and biochemical profile in diethylnitrosamine-induced liver cancer in rats

    SERDAR VANLI

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    BiyokimyaSelçuk Üniversitesi

    Biyokimya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. FİRUZE KURTOĞLU

  5. Tez No

    789874

    Comparative evaluation of in vitro biological activities of chemically characterized tilia species: Protective effects against inflammation and cytotoxic effects on pancreatic cancer cells with 2d and 3d spheroid models

    Kimyasal olarak karakterize tilia türlerinin in vitro biyolojik aktivitelerinin karşılaştırmalı değerlendirilmesi: Enflamasyona karşı koruyucu etkileri ve 2d ve 3d sferoid modeli ile pankreatik kanser hücrelerine sitotoksik etkileri

    GAMZE YÜKSEL

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2022

    Eczacılık ve FarmakolojiYeditepe Üniversitesi

    Farmasötik Toksikoloji Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HANDE SİPAHİ

    DOÇ. DR. ETİL GÜZELMERİÇ

Geri Dön