Search

68

Contamination of drinking and surface waters with microorganisms is a threatening health problem that attracts attention. One of the microorganisms that determine fecal contamination in water is bacteriophages which infect coliform bacteria. The methods currently used for microoganism detection are time consuming and require more labor. Therefore, there is a need for fast, precise and low-cost methods as an alternative. At this point, biosensors are useful tools for microorganism detection. One of these is surface plasmon resonance (SPR) sensors which are in the class of optical biosensors. The use of molecularly imprinted polymers on the sensor surface is a preferred method because of its high selectivity and sensitivity. The aim of this thesis is to prepare bacteriophage imprinted biosensors to detect T4 bacteriophage which is one of the fecal indicator microorganisms. Two different biosensors were prepared with nanoparticle and nanofilm based polymers and compared. In this context, the functional monomer N-methacroyl- (L) -histidine methyl ester was synthesized and its characterization was made by fourier transformed infrared spectroscopy and nuclear magnetic resonance. T4 bacteriophage imprinted and non-imprinted nanoparticles were synthesized by mini-emulsion polymerization method and immobilized on SPR biosensor surface after zeta size, fourier transform infrared spectroscopy, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy and atomic force microscopy analysis. After the biosensor surface was characterized by ellipsometry and contact angle, the prepared biosensor was used for kinetic, selectivity, reusability and real sample analysis. While T2 and MS2 bacteriophages were used for selectivity studies, tap water and sea water were used in real sample analyzes. T4 bacteriophage imprinted and non-imprinted nanofilms were prepared using the micro-contact imprinting method. The prepared biosensor surface was analyzed by contact angle, ellipsometry and atomic force microscopy and used for kinetic, selectivity, reusability and real sample analysis under the same conditions. According to the results obtained, SPR biosensors prepared using nanoparticles and nanofilm polymers were able to measure 99% and 92% accuracy in 1x104-4x106 pfu/mL concentration range, respectively. The limit of detection was 6x103 pfu/mL for the nanoparticle based biosensor and 8x103 pfu/mL for the nanofilm based biosensor. In addition, recovery values of nanoparticle based surface plasmon resonance biosensor were calculated as 91-96% in tap and sea water samples while recovery values of nanofilm based surface plasmon resonance biosensor were calculated as 85-90%. The results show that both surface plasmon resonance biosensors can measure with high selectivity, but nanoparticle polymer based surface plasmon resonance biosensor has higher sensitivity and selectivity. Hacettepe Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinasyon Birimi FBA-2017-13815, FDK-2019-17726 İçme ve yüzey sularının mikroorganizmalar ile kontaminasyonu insan sağlığını tehdit ettiğinden dolayı dikkat çeken bir problemdir. Sularda fekal bir kirlilik olduğunu belirleyen mikroorganizmalardan birisi de koliform bakterileri enfekte eden bakteriyofajlardır. Mikroorganizma tespiti için hali hazırda kullanılan yöntemler, zaman alıcı olmalarının yanı sıra fazla emek isterler. Bu yüzden bir alternatif olarak hızlı, hassas ve düşük maliyetli yöntemlere ihtiyaç duyulmaktadır. Bu noktada biyosensörler, mikroorganizma tespiti için yararlı araçlardır. Bunlardan birisi de optik biyosensörler sınıfında yer alan yüzey plazmon rezonans biyosensörlerdir. Biyosensör yüzeyinde moleküler baskılanmış polimerlerin kullanılması yüksek seçiciliğe ve hassaslığa sahip olduğundan dolayı tercih edilen bir yöntemdir. Sunulan tez çalışmasının amacı, fekal indikatör mikroorganizmalardan biri olan T4 bakteriyofajını tespit etmeye yönelik bakteriyofaj baskılanmış yüzey plazmon rezonans biyosensörler hazırlamaktır. Nanopartikül ve nanofilm temelli polimer ile iki farklı yüzey plazmon rezonans biyosensör hazırlanmış ve sularda fekal kirlilik tayinindeki etkinlikleri karşılaştırılmıştır. Bu bağlamda öncelikle fonksiyonel monomer olan N-metakroil-(L)-histidin metil ester sentezlenmiş ve karakterizasyonu Fourier dönüşümlü kızıl ötesi spektroskopisi ve nükleer manyetik rezonans analizleri ile yapılmıştır. Uygun fonksiyonel monomer ve T4 bakteriyofajı kalıp molekülü ile hazırlanmış ön-kompleks varlığında T4 bakteriyofajı baskılanmış ve baskılanmamış nanopartiküller mini-emülsiyon polimerizasyon yöntemi ile sentezlenmiştir. Zeta boyut, fourier dönüşümlü kızıl ötesi spektroskopisi, taramalı elektron mikroskobu, geçirimli elektron mikroskobu ve atomik kuvvet mikroskobu analizleri ile karakterize edildikten sonra yüzey plazmon rezonans çip yüzeyine immobilize edilmiştir. Biyosensör yüzeyi, elipsometri ve temas açısı ile karakterize edildikten sonra kinetik, seçicilik, tekrar kullanılabilirlik ve gerçek örnek analizleri için kullanılmıştır. Seçicilik çalışmaları için T2 ve MS2 bakteriyofajları kullanılırken, gerçek örnek analizlerinde çeşme suyu ve deniz suyu kullanılmıştır. Mikro-temas baskılama yöntemi kullanılarak, T4 bakteriyofajı baskılanmış ve baskılanmamış nanofilmler hazırlanmıştır. Yine hazırlanan biyosensör yüzeyi, temas açısı, elipsometri ve atomik kuvvet mikroskobu ile analiz edildikten sonra aynı koşullarda kinetik, seçicilik, tekrar kullanılabilirlik ve gerçek örnek analizleri için kullanılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre nanopartiküller ve nanofilm polimerleri kullanılarak hazırlanan yüzey plazmon rezonans biyosensörlerin 1x104-4x106 pfu (plaque forming unit)/mL derişim aralığında sırasıyla %99 ve %92 doğrulukta ölçüm yapabildiği görülmüştür. Tayin limiti nanopartikül temelli yüzey plazmon rezonans biyosensör için 6x103 pfu/mL iken nanofilm temelli yüzey plazmon rezonans biyosensör için 8x103 pfu/mL olarak hesaplanmıştır. Ayrıca nanopartikül temelli yüzey plazmon rezonans biyosensörün geri kazanım değerleri çeşme ve deniz suyu örneklerinde %91-96 iken nanofilm temelli yüzey plazmon rezonans biyosensörün geri kazanım değerleri %85-90 olarak hesaplanmıştır. Elde edilen sonuçlar her iki yüzey plazmon rezonans biyosensörün de yüksek seçicilikte ölçüm yapabildiğini ancak nanopartikül polimer temelli yüzey plazmon rezonans biyosensörün daha yüksek duyarlılığa ve seçiciliğe sahip olduğunu göstermektedir.

Levan, bitkilerden ve mikroorganizmalardan doğal olarak elde edilen fruktoz homopolimeridir. Biyouyumluluk, biyobozunabilirlik, yenilenebilirlik, esneklik ve çevre dostu olma gibi özelliklerinin yanı sıra anti-oksidan, anti inflamatuar, anti-kanserojen, anti-AIDS ve hiperglisemik inhibitör gibi bazı önemli biyomedikal özelliklere de sahiptir. Yüksek üretim maliyetleri nedeniyle levan, polimer pazarında asla doğru yerini bulamamış ve bu nedenle yüksek verimle levan üreten mikrobiyal sistemler endüstriyel önem kazanmıştır. Antimikrobiyal peptitler ve bunların öncü molekülleri insan ve memeli doğasında bağışıklığın merkezi bir bölümünü oluştururlar. hCAP18 / LL-37, antimiktobiyal peptidi, insanda bulunan tek kathelisidindir. Deride, invaziv bakteriyel enfeksiyonları önlemek için LL-37/mCRAMP gereklidir. Antimikrobiyal özelliklerinin yanısıra, LL-37 doğuştan gelen bağışıklık sisteminde ve inflamasyonda merkezi bir rol oynamaktadır.Bu çalışmada, topraktan mikroorganizma izolasyonu ile levan üreten mikroorganizmalar belirlenmiştir. Pseudomonas mandelii, çalışmada levan üretimi için kullanılan mikroorganizmadır. Pseudomonas mandelii ile elde edilen biyopolimer CNMR, HNMR, FTIR analizleri karakterize edilmiş ve bu polimerin levan olduğu doğrulanmıştır. Üretilen polimerin inkübasyon zamanı, azot, pH, sıcaklık, şeker miktarı, karbon kaynağı optimizasyonları gerçekleştirilerek en yüksek levan eldesi sağlanmıştır. Optimizasyonlar sonucu Pseudomonas mandelii'den elde edilen en yüksek levan miktarı 42,6 g/L olarak bulunmuştur. Buna ek olarak levan dönüşüm verimi %37,8, efektif verim ise %27,7 olarak hesaplanmıştır. Levan ile farklı içeriklerde film örnekleri hazırlanmış ve plastikleştirici olarak gliserolün kullanılması uygun görülmüştür. Film örnekleri su buharı geçirgenliği ve termogravimetrik analiz (TGA) açısından değerlendirilmiştir. Film örneklerine değişik miktarlarda LL-37 antimikrobiyal peptidi ilave edilerek antimikrobiyal özellikleri farklı mikroorganizmalar üzerinde belirlenmiştir. Yara tedavisinde kullanılan antibiyotiklerin antimikrobiyal etkisi ile film kompozisyonlarının antimikrobiyal etkisi karşılaştırmalı olarak değerlendirilmiştir. LL-37 içerikli biyopolimer filmlerin E.coli, S.aureus, Candida albicans ve Aspergillus niger üzerinde antimikrobiyal etkisi olduğu belirlenmiştir. Film örneklerinin özellikle Candida albicans üzerindeki antimikrobiyal etkisi karşılaştırma yapılan tüm antibiyotiklerden daha yüksektir. Elde edilen doğada bozunabilir özellikteki bu biyopolimer filmin tıbbi alanda yaraların iyileştirilmesinde, yara bantlarında, yara örtülerinde, gıda ambalajı olarak ve pek çok alanda antimikrobiyal yüzey olarak kullanılabilirliği yaptığımız çalışma ile desteklenmektedir.Anahtar kelimeler: Levan, biyopolimer, film, antimikrobiyal peptid, LL-37, antimikrobiyal, yara bandı Levan is a homopolymer of fructose naturally obtained from both plants and microorganisms. Along with the general properties of a biopolymer like bio-compatibility, bio-degradability, renewability, flexi-bility, and eco-friendliness, levan also offers some important biomedical properties such as anti-oxidant,anti-inflammatory, anti-carcinogenic, anti-AIDS and hyperglycaemic inhibitör. Due to its exceptionally high production costs, levan could never find its proper place in the polymer market, and therefore, high-level levan producing microbial systems gain escalating industrial importance.Antimicrobial peptides and their precursor molecules form a central part of human and mammalian innate immunity. The hCAP18/LL37 is the only known human cathelicidin. In the skin, LL-37/mCRAMP is required to prevent invasive bacterial infections. Besides its an antimicrobial properties LL-37 plays a central role in innate immune responses and inflammation.In this study, we isolated several soil microorganisms which where levan producers. Pseudomonas mandelii is the microorganism used for production of levan in this study. The biopolymer was analyzed with CNMR, HNMR, FTIR and the results comfirmed that the polymer was levan. The highest amount of levan was achieved by optimizing the incubation time, pH, temperature, sugar amount, nitrogen, carbon source of the produced polymer. After the optimization, the highest amount of levan produced by Pseudomonas mandelii was found to be 42.6 g/L. The conversion yield and effective yield were calculated as 37.8% and 27.7% respectively. Various film samples with different ingredients and levan were prepared, and glycerol was chosen as the plasticizer. Film samples were evaluated for water vapor permeability and thermogravimetric analysis (TGA). Antimicrobial properties were determined on different microorganisms by adding LL-37 antimicrobial peptides in varying amounts to the film samples. The antimicrobial effect of antibiotics used in wound treatment and the antimicrobial effect of film compositions were evaluated comparatively. It was determined that LL-37 biopolymer films had an antimicrobial effect on E. coli, S. aureus, Candida albicans and Aspergillus niger. The antimicrobial effect of the film specimens, especially on Candida albicans, was higher than all the antibiotics tested. This biodegradable polymer film is supported by the work we have done in the treatment of medical field wounds, as bandages, wound dressings, food packaging and as an antimicrobial surface for many fields.Keywords: Levan, biopolymer, film, antimicrobial peptide, LL-37, antimicrobial, plaster, bandages 119

Bu çalışmada alternatif fungal kültür kullanılarak boya giderimi amaçlandı. İncelenen funguslar arasında Funalia trogii' nin en yüksek boya giderimi potansiyeline sahip olduğu saptandı ve yüksek dekolorizasyon değerini elde etmek için bazı kültürel parametreler optimize edildi. Üretim ortamındaki karbon ve azot kaynaklarının etkisi incelendiğinde boya giderimi için karbon kaynağı olarak glukoz ve azot kaynağı olarak NH4NO3'n uygun olduğu saptandı. En yüksek dekolorizasyonu elde etmek için kültür ortamının fizyolojik koşulları incelendiğinde 0,2 g/L NH4NO3ve 30 g/L glukoz içeren pH değeri 5 olan kültür ortamında, 30ºC' de, 150 rpm uygun olduğu görüldü. Optimize koşullarda elde edilen sonuçlar başlangıç koşulları ile kıyaslandığında dekolorizasyonda artış gözlendi. The objective of this study was to investigate decolorization through using various fungal cultures. Among the fungi investigated, Funalia trogii was found to have the highest potential for decolorization, and among the colors examined, Solazol Blue SPBRF H/C had the highest rate in decolorization. Moreover, in order to get the highest rate of decolorization, cultural parameters were optimized. When the effect of carbon and nitrogen sources were scrutinized in the production medium, it was found that glucose as the carbon source and NH4NO3 as the nitrogen source were the most suitable sources. To obtain the highest decolorization, the physiological conditions of the cultural medium were examined. In light of these findings, 0.2 g/L NH4NO3 and 30 g/L containing glucose in a 5 pH cultural medium, rotation speed of 150 rpm was found to be suitable for decolorization process. Compared with the initial conditions, the results obtained within optimization conditions indicated an increase in the decolorization rate. 84

Bu çalışmada topraktan izole edilmiş yeni bir fungal kaynaktan lipaz üretimiamaçlanmıştır. Lipaz kaynağı olarak, Kocaeli, İlimtepe mevkiinden topraktan izoleedilen ve daha sonra 18S rRNA dizi analizi sonucu Trichoderma citrinovirideolduğu saptanan fungus kullanılmıştır. Lipaz üretiminde önem taşıyan üretimortamı koşulları ile reaksiyon ortam parametreleri incelenmiştir. Çeşitli karbon veazot kaynaklarının lipaz aktivitesine etkisi incelenmiş, lipaz üretimi için en uygunkarbon kaynağının glukoz en uygun azot kaynağının ise pepton olduğu tespitedilmiştir. Karbon kaynağı olarak kullanılan yağlardan ise en uygunununzeytinyağı olduğu tespit edilmiştir. Lipaz üretiminde en uygun inkübasyon koşulları,pH 5.5, sıcaklık 30 ve inkübasyon süresi 4 gün olarak saptanmıştır. Reaksiyonortamı koşullarında inkübasyon süresinin 30 dakika, inkübasyon sıcaklığının 40°C ve %1 substrat konsantrasyonunun lipaz üretimi için en uygun koşullar olduğutespit edilmiştir. Şeker fabrikası atığı olan melasın ucuz karbon kaynağı olarakkullanılabileceği gözlenmiştir. Zengin içerikli ortamla kıyaslandığında sadecemelas bulunan ortamdaki lipaz sentezinde düşüş gözlemlense de, maliyetin çokdaha ucuz olması bu olumsuzluğu örtmektedir.Anahtar kelimeler: Lipaz, Tirichoderma citrinoviride, Mikrobiyal lipaz üretimi In this study, the production of lipase is aimed from a new fungal source that wasisolated from soil. Fungi was isolated from soil locality Kocaeli, İlimtepe.Subsequently it was determinated as Trichoderma citrinoviride by the analysis of18S rRNA sequence. This microorganism have been used as a source of lipase.In the production of lipase, culture conditions and media components areinvestigated as important parameters. Various carbon and nitrogen sources areused for lipase activity investigation. For production of lipase glucose was found tobe most suitable carbon source and peptone was found to be most suitablenitrogen source. As a carbon source olive oil was found to be the most suitable oil.pH 5.5, temperature 30 °C and incubation time for 4 days was found to be optimalincubation conditions for lipase production. Incubation time for 30 minutes,incubation temperature 40 °C and 1% of the concentration of substrate were foundto be the most favorable conditions for lipase production in conditions of thereaction medium. It was observed that molasses, which is the waste of sugarfactory, can be used as a cheap source of carbon. Although the lipase synthesisdecreases when compared with that of rich synthetic media, the cost of beingmuch lower, offsets this disadvantage.Key words: Lipase, , Trichoderma citrinoviride, Microbial lipase production. 89