Computational evaluation of cell membrane destruction by bacteriophage K holin protein
Bakteriyofaj K holin proteini hücre zarı yıkımının hesaplamalı değerlendirmesi
- Tez No: 951906
- Danışmanlar: DOÇ. DR. MEHMET ÖZBİL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyoteknoloji, Biotechnology
- Anahtar Kelimeler: Bakteriyofajlar, Escherichia coli, Moleküler dinamik, Staphylococcus aureus, Bacteriophages, Escherichia coli, Molecular dynamic, Staphylococcus aureus
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Gebze Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Antibiyotiklere karşı gelişen direnç, enfeksiyon hastalıklarının tedavisinde büyük bir tehdit oluşturmaktadır. Bakterileri hedef alarak hücre lizisini tetikleyen bakteriyofaj kaynaklı holin proteinleri, alternatif tedavi stratejileri arasında dikkat çekmektedir. Bu tez çalışması, gram-negatif Escherichia coli (E. coli) ve gram-pozitif Staphylococcus aureus (S. aureus) gibi dirençli patojenlerde etkili olabilecek iki farklı faja ait – bakteriyofaj K (FajK) ve mikobakteriyofaj D29 (FajD29) – holin proteinin hücre zarına etkisini moleküler düzeyde incelemek amacıyla gerçekleştirilmiştir. Çalışmanın nihai amacı, bu holinlerin hücre zarına olan yapısal etkilerini analiz ederek, oligomerleşme sürecini anlamak ve bu bilgilerin biyoteknolojik uygulamalar için potansiyelini değerlendirmektir.Bu kapsamda, mikobakteriyofaj D29'a ait holin proteini (HolFaj-D29) proteini yapay zekâ destekli modelleme (AlphaFold) ile, Bakteriyofaj-K holin proteini ise (HolFaj- K) proteini ise homoloji modelleme yöntemiyle üç boyutlu olarak modellendi. Ardından her iki holin proteini de, tekli, dimer ve tetramer konfigürasyonlarında, ait oldukları bakteri türlerine özgü zar modelleri ile modellenip Moleküler dinamik (MD) simülasyonlarına maruz bırakıldı. MD simülasyonlarıyla elde edilen veriler doğrultusunda, proteinlerin hücre zarına etkileri yapısal analizlerle detaylı olarak incelenmiştir. Özellikle HolPhage-D29'un paralel dimer ve tetramer yapılarının, zar kompaktlığını artırarak lipid düzenini belirgin şekilde etkilediği, C-terminal bölgesinin ise zarla güçlü bir etkileşim gösterdiği ortaya konmuştur.Elde edilen bulgular, holin proteinlerinin oligomerleşme stratejilerini açıkça ortaya koymuştur. Ayrıca, C-terminal bölgelerin esnekliğinin zar destabilizasyonunda önemli bir rol oynadığı belirlenmiştir. Bu çalışma, holin proteinlerinin yapı-temelli yaklaşımlarla ön taramaya tabi tutulabileceğini ortaya koydu. Böyle bir yaklaşım, deneysel izolasyon sürecinden önce önemli ölçüde zaman ve kaynak tasarrufu sağlayabilir. Moleküler düzeyde elde edilen bu öngörülerin, gelecekte antibiyotik dirençli bakterilere karşı geliştirilecek faj temelli biyoteknolojik araçlar ve peptit modelleri için önemli bir temel oluşturabileceği sonucuna varılmıştır.
Özet (Çeviri)
Antibiotic resistance poses a major threat to the treatment of infectious diseases. Holin proteins derived from bacteriophages—which induce bacterial cell lysis by targeting the cell membrane—have attracted attention as alternative therapeutic strategies. This thesis study was conducted to investigate the effects of two different phage-derived holin proteins—phage K and mycobacteriophage D29 - on the cell membranes of antibiotic-resistant pathogens, including the gram-negative Escherichia coli (E. coli) and gram-positive Staphylococcus aureus (S. aureus), at the molecular level. The ultimate goal of the study is to analyze the structural impacts of these holins on cell membranes, understand their oligomerization processes, and assess the potential of this knowledge for biotechnological applications.In this context, the holin protein from mycobacteriophage D29 (HolPhage-D29) was modeled in 3D using AI-based modeling (AlphaFold), while the phage K holin protein (HolPhage-K) was modeled using homology modeling. Subsequently, both holin proteins—modeled as monomeric, dimeric, and tetrameric configurations—were embedded into bacterial membrane models specific to their host species, and subjected to molecular dynamics (MD) simulations. Based on the data obtained from the MD simulations, the effects of these proteins on cell membranes were analyzed in detail via structural assessments. Notably, the parallel dimer and tetramer configurations of HolD29 were found to increase membrane compactness and markedly alter lipid ordering, with the protein's C-terminal region exhibiting strong interactions with the membrane.The findings reveal clear insights into the oligomerization strategies of holin proteins, and highlight the C-terminal flexibility as a pivotal factor in membrane destabilization. This study demonstrates that holin proteins can be pre-screened using structure-based approaches—potentially saving significant time and resources ahead of experimental isolation processes. At the molecular level, these insights may serve as a valuable foundation for the future development of phage-based biotechnological tools and peptide models to combat antibiotic-resistant bacteria.
Benzer Tezler
- PEM yakıt pillerinde geometrik ve çalışma parametrelerinin performansına etkileri ve yeni bir akış alanı tasarımı
Influences of geometrical and operational factors on proton exchange membrane (PEM) fuel cell performance and design of a new flow field
SEDA KÜPELİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Makine MühendisliğiBursa Uludağ ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İRFAN KARAGÖZ
- Molecular genetic assessment of immune modulators in eosinophils and t cells both in silico and in vitro utilizing photoacoustic imaging approaches
Fotoakustik görüntüleme yaklaşımlarını kullanarak eozinofiller ve t hücrelerinde bağışıklık modülatörlerinin in siliko ve in vitro moleküler genetik değerlendirmesi
ZÜLAL ÇELİK
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Allerji ve İmmünolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiMoleküler Biyoloji-Genetik ve Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
PROF. DR. CEREN ÇIRACI MUĞAN
- Enflamatuvar hastalıkların tedavisinde kullanılmak üzere yeni kaspaz-1 inhibitörlerinin in silico ve in vitro yöntemlerle araştırılması
Investigation of new caspase-1 inhibitors for use in the treatment of inflammatory diseases by in silico and in vitro methods
BENGÜ SEMA MUTAFOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2026
BiyokimyaMarmara ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖZKAN DANIŞ
DOÇ. DR. ÖZAL MUTLU
- Nörodejeneratif hastalıkların tedavisinde önemli rol oynayan monoamin oksidaz enzim (mao) inhibitörlerin bilgisayar destekli yöntemler kullanılarak tasarlanması
Design of monoamine oxidase enzyme (mao) inhibitors play important role in the treatment of neurodegenerative diseases using computer aided methods
YUSUF SERHAT İŞ
Doktora
Türkçe
2019
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MİNE YURTSEVER
PROF. DR. SERDAR DURDAĞI
- Kalsinörin proteinini hedefleyerek kandidiyaz hastalığının tedavisine yönelik peptit tabanlı moleküllerin bilgisayar ortamında tasarımı
In silico design of peptide-based molecules targeting calcineurin protein for the treatment of candidiasis
YAĞMUR DİCLE ALTUN
Yüksek Lisans
Türkçe
2026
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ONUR ALPTÜRK
DR. ÖĞR. ÜYESİ SEFER BADAY