Geri Dön

E. Coli'de heterolog antosiyanin sentezinde Japon gentianası glutatyon transferazının etkisi

Effect of japanese gentiana glutathione transferase on heterologous anthocyanin synthesis in E. Coli

PDF İndir

  1. Tez No: 940166
  2. Yazar: TUGAY TÜRKYILMAZ
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. HÜLYA AKDEMİR KOÇ
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Biyoteknoloji, Biotechnology
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2025
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Gebze Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Moleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 104

Özet

Çiçekli bitkilerde var olan ve bu bitkilerin meyve, yaprak ve çiçeklerine kırmızı, mor ve mavi renk veren; suda çözünebilen bir pigment olan antosiyaninler hem bu geniş renk paletine sahip olmaları hem de insan sağlığı üzerindeki olumlu özellikleri nedeniyle doğal gıda boyası olarak kullanılabilirler. Antosiyaninlerin şu anda büyük çaplı üretimi sürdürülebilirlik ve tedarik sorunlarına rağmen doğrudan ham bitki materyallerinden ekstraksiyon yoluyla yapılmaktadır. Ancak, bu yöntemle ekstraksiyon sırasında kullanılan yüksek sıcaklık, basınç ve pH gibi değişen parametreler, antosiyaninlerin bozunmasına neden olur. Ayrıca, ticari seviyede antosiyanin üretimi için geniş tarım arazilerine gereksinim duyulur ve bu koşullarda da elde edilen ürünün kalitesi mevsime, bölgeye, bitkinin türüne, hasat zamanına ve yetiştirme koşullarına göre değişkenlik gösterebilir. Antosiyanin eldesini ticari olarak anlamlı hale getirebilmek için bitki hücre süspansiyon kültürleri ile çalışmalar yapılmıştır. Yüksek üretim maliyetleri ve bitkilerde genetiği değiştirilmiş hücre hatları kullanılmasının gerektirdiği biyogüvenlik düzenlemeleri antosiyaninlerin bitki süspansiyon kültürlerinde üretimini dezavantajlı hale getirmektedir. Antosiyaninlerin kimyasal sentezi üzerine çalışmalar yapılmış olmakla birlikte bildirilen yöntemler sınırlı ve karmaşıktır. Bu nedenle, mikrobiyal yollarla üretim endüstriyel açıdan önemli bir alternatif yol olarak karşımıza çıkmaktadır. Yapılan çalışmalarda, antosiyanin biyosentez yolağındaki enzimler Escherichia coli veya Saccharomyces cerevisiae gibi prokaryot ve ökaryot organizmalara aktarılıp antosiyanin heterolog antosiyanin sentezi gerçekleştirilse de ticari olarak istenilen üretim seviyelerine ulaşılamamıştır. Bitkilerde, antosiyaninle ilişkili glutatyon transferazları kodlayan genlerin (arGSTler) downregülasyonu veya işlev kaybına yol açan mutasyonların, bitkilerde antosiyanin birikiminde önemli düşüşe neden olduğu belirlenmiştir. arGSTlerin bu potansiyel özelliklerinden yola çıkılarak mayada 2023 yılında yapılan bir çalışmada antosiyanin biyosentezi için tasarlanan S. cerevisiae hücrelerine farklı arGST kodlayıcı genlerin eklenmesi, siyanidin 3-O-glukozit (kırmızı-turuncu renkli antosiyanin) verimini büyük oranda arttırmıştır. Tez kapsamında yapılan çalışmada, E. coli hücrelerinde heterolog antosiyanin üretimindeki etkisinin belirlenmesi için, GtGST (Gentiana triflora × Gentiana scabra GST) glutatyon transferaz geni, C3G rekombinantı hücrelere klonlanmıştır. C3G rekombinantı ve GST rekombinantı hücrelerdeki C3G üretiminin arttırılması için farklı inokülasyon oranları, IPTG uyarım zamanları, IPTG konsantrasyonları, karbon kaynağı, nitrojen kaynağı ve örnek toplama zamanları test edilerek optimizasyon çalışmaları yapılmıştır. C3G varlığının doğrulanması ve miktar tayini için HPLC analizi yapılmıştır. Bu optimizasyonlar sonucunda, GST rekombinantlarında 70 mg/L siyanidin 3-O-glukozit elde edilerek, antosiyanin üretimi GST geni içermeyen C3G rekombinantı hücrelerin 5 katına çıkmıştır. E. coli'de heterolog antosiyanin biyosentezine GST genlerinin klonlanması stratejisi, endüstriyel anlamda antosiyanin üretici soyların geliştirilmesi ve bu pigmentlerin gıda ve nutrasötik sektörlerde sürdürülebilir üretimi için umut vaat etmektedir. Bu tez çalışması 124Z462 numaralı TÜBİTAK araştırma projesi kapsamında gerçekleştirilmiştir.

Özet (Çeviri)

Anthocyanins are water soluble pigments found in flowering plants and give red, purple, and blue colors. They are preferred as natural food colorants due to their wide color spectrum and their positive properties on human health. Their large-scale production is carried out directly from raw plant materials by extraction, despite sustainability and supply problems. Varying parameters such as high temperature, pressure and pH used during extraction of anthocyanins from raw plant materials can lead to the degradation of anthocyanins. Additionally, large scale anthocyanin production requires large agricultural lands, and the quality of the product may vary depending on the season, region, plant species, harvest time and cultivation conditions. Studies have been conducted on plant cell suspension cultures to make anthocyanin production commercially viable. High production costs and biosafety regulations required using genetically modified cell lines in plants make the production of anthocyanins in plant suspension cultures disadvantageous. Although studies have been conducted on the chemical synthesis of anthocyanins, the reported methods are limited and complex. So, microbial production is an important alternative for industrial use. In several studies, enzymes in the anthocyanin biosynthesis pathway were transferred to prokaryotic and eukaryotic organisms such as Escherichia coli or Saccharomyces cerevisiae enabling heterologous anthocyanin synthesis. But commercially desired production levels still could not be achieved. In plants, it has been determined that downregulation or loss-of-function mutations in genes encoding anthocyanin-related glutathione transferases (arGSTs) cause a significant decrease in anthocyanin accumulation. Based on the potential of arGSTs, a 2023 study introduced various arGST-encoding genes into engineered S. cerevisiae cells designed for anthocyanin biosynthesis, which led to a substantial increase in the yield of cyanidin 3-O-glucoside (a red-orange anthocyanin). In the thesis study, the glutathione transferase gene GtGST (from Gentiana triflora × Gentiana scabra) was cloned into C3G recombinant Escherichia coli cells to determine its effect on heterologous anthocyanin production. Optimization studies were carried out to increase C3G production in both C3G and GST recombinant cells by testing different inoculation ratios, IPTG induction times, IPTG concentrations, carbon and nitrogen sources, and sampling times. HPLC analysis was performed to confirm the presence and quantify the amount of C3G. As a result of these optimizations, 70 mg/L of cyanidin 3-O glucoside was obtained in GST recombinants, representing a fivefold increase compared to C3G recombinants lacking the GST gene. The strategy of cloning GST genes for heterologous anthocyanin biosynthesis in E. coli holds promise for the development of industrial anthocyanin-producing strains and for the sustainable production of these pigments in the food and nutraceutical sectors. This thesis was carried out within the scope of the TÜBİTAK research project number 124Z462.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    934255

    Heterolog antosiyanin biyosentezinde petunia hybrida an9 glutatyon transferazının rolü

    Role of petunia hybrida an9 glutathione transferase in heterologous anthocyanin biosynthesis

    ZEYNEP KOÇAK

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2025

    BiyoteknolojiGebze Teknik Üniversitesi

    Moleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. HÜLYA AKDEMİR KOÇ

  2. Tez No

    780828

    Williamsia marianensis kaynaklı kolesterol oksidazın E. coli'de heterolog ifadesi

    Heterologous expression of williamsia marianensis induced cholesterol oxidase in E. coli

    ALAA KADHIM SHAREEF

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    Mühendislik BilimleriKırşehir Ahi Evran Üniversitesi

    İleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. BELGİN ERDEM

    DR. ÖĞR. ÜYESİ AHMED JASİM NEAMAH

  3. Tez No

    352459

    Escherichia coli'de heterolog rekombinant protein ekspresyonu sırasında oluşan stres yanıtının incelenmesi.

    Investigation of stress response to heterologous recombinant protein expression in Escherichia coli.

    DİDEM MOLLA

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2013

    BiyolojiAnkara Üniversitesi

    Temel Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. EVREN DORUK ENGİN

  4. Tez No

    573746

    Lon proteaz geninin çoklu kopyalarının streptomyces coelıcolor A3(2)'de homolog ifadesi ve Esherichia coli 'de heterolog ifadesi üzerine çalışmalar

    Studies on expression of multiple copies of lon protease gene homologously in streptomyces coelicolor A3(2) and heterologously in Esherichia coli

    HALİL YILMAZ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    BiyolojiGebze Teknik Üniversitesi

    Moleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. SEDEF TUNCA GEDİK

    DR. ÖĞR. ÜYESİ TUĞRUL DORUK

  5. Tez No

    485001

    Chlamydomonas reinhardtii fosfoenolpirüvat karboksikinaz 1 geninin A ve B kesim varyantlarının izolasyonu, karakterizasyonu ve Escherichia coli'de heterolog ekspresyonu

    Isolation, characterisation and heterolog expression in Escherichia coli of A and B splicing variants of phosphoenolpyruvat carboxykinase 1 gene from Chlamydomonas reinhardtii

    NİCAT CEBRAİLOĞLU

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2017

    BiyoteknolojiAkdeniz Üniversitesi

    Tarımsal Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. TARLAN MAMMEDOV

Geri Dön