Esansiyel yağ yüklü kitosan mikrokapsüllerin su kaynaklı patojenlere karşı antimikrobiyal etkinliklerinin araştırılması
Investigation of antimicrobial efficacy of essential oil loaded chitosan microcapsules against waterborne pathogens
Yazar: SEDA ÇAKIR
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ÖZLEM ATEŞ DURU ; PROF. DR. GÜLŞEN ALTUĞ
İSTANBUL NİŞANTAŞI ÜNİVERSİTESİ / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Genetik ve Biyomühendislik Ana Bilim Dalı / Biyoteknoloji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Halk Sağlığı = Public Health ; Mikrobiyoloji = Microbiology ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology
Dizin: Kitosan = Chitosan ; Mikroenkapsülasyon = Microencapsulation

Özet:
Gelişmekte olan ülkelerde yaklaşık 2 milyar insan temiz içme suyuna erişememekte ve yıllık ölümlerin %3'ü su kirliliği, sanitasyon eksikliği ve hijyen yetersizliğinden kaynaklanmaktadır. Su kaynaklarının, özellikle içme ve kullanma suyu olarak tüketilenlerin, kirleticilerden ve patojenlerden arındırılması çevre ve insan sağlığı açısından kritik bir öneme sahiptir. Bu nedenle, su kaynaklarını korumak amacıyla çevre dostu, yenilikçi ve biyo-yararlı biyolojik çözümler geliştirilmesi hayati önem taşımaktadır.  Bu amaçla tez çalışmamızda temiz su yaklaşımı ile su kaynaklı patojenlerle mücadele için çevre dostu, yenilikçi kitosan biyopolimeri kullanılmıştır. Antimikrobiyal bir biyopolimer olan kitosan, antioksidan, antitümör, yaşlanma karşıtı, antiinflamatuar ve hemostatik gibi çok yönlü biyoaktif özelliklere sahiptir. Bu biyoaktif özellikleri arttırmak için literatürde antimikrobiyal, antioksidan ve antiinflamatuar özellikleri ile tanınan esansiyel yağlar kullanılmıştır. Ancak, endüstriyel uygulamalarda karşılaşılan işleme, depolama, raf ömrü ve çevresel faktörlerden (sıcaklık, ışık, oksidasyon gibi) kaynaklanan verimin azalması gibi zorlukları önlemek gerekmektedir. Bu sebeple, kitosanın mikro kapsülleme teknikleri ile esansiyel yağların üstün özelliklerinin korunması ve arttırılması amaçlanmıştır. 
Esansiyel yağları kitosan ile mikroenkapsüle etmek için iyonik jelasyon tekniği kullanılarak, elde edile mikrokapsüllerin antimikrobiyal özellikleri Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Salmonella enterica, Klebsiella pneumoniae ve Pseudomonas aeruginosa gibi su kaynaklı patojenler üzerinde test edilmiş ve endüstriyel uygulamalara yönelik potansiyelleri değerlendirilmiştir. Sonuçta agar seyreltme yöntemi ile yapılan testte en düşük konsantrasyonda (0.625 mg/ml) dahi patojenler inhibe edilmiştir. Broth seyreltme yönteminde ise ıtır ve okaliptus esansiyel yağları yüklü kitosan mikrokapsüller 0.2 mg/ml ile S. aureus, E.  coli, K. pneumoniae türlerini, 0,4 mg/ml ile S. enterica, P. aeruginosa türlerini inhibe etmiştir. Özellikle Paçuli esansiyel yağı yüklü kitosan mikrokapsüller P. aeruginosa hariç diğer patojen bakteri türlerini 0.2 mg/ml konsantrasyonda engellemeyi başarmıştır. Bu tezin bulguları, su kaynaklı patojenleri yönetmek ve içme suyu, havuz suyu, akvaryum suyu, kullanılabilir su, göl ve deniz suyunda hijyeni korumak amacıyla su kaynakları yönetimine yönelik olası uygulamaları ortaya koyacaktır.

Abstract:
2 billion people in developing countries do not have access to clean drinking water and 3% of annual deaths are due to lack of sanitation and hygiene due to water pollution. Thus it is vital to develop eco-friendly, innovative and bioavailable biological solutions to preserve water sources as water-borne pathogens and pollutant free for human and wildlife. In this thesis, we aimed to environmentally friendly, innovative chitosan biopolymer was used to combat waterborne pathogens with a clean water approach in our thesis. Chitosan, which is an antimicrobial biopolymer, has versatile bioactive properties such as antioxidant, antitumor, anti-aging, anti-inflammatuar and hemostatic. In order to increase these bioactive properties, essential oils known for their antimicrobial, antioxidant, and anti-inflammatory properties have been used in the literature. However, it is necessary to prevent difficulties such as reduced efficiency caused by processing, storage, shelf life and environmental factors (such as temperature, light, oxidation) encountered in industrial applications. For this reason, it is aimed to preserve and increase the superior properties of essential oils with microencapsulation techniques of chitosan.
We microencapsulated essential oils with chitosan by using ionic gelation technique and tested their antimicrobial properties on the water-borne pathogens including Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Salmonella enterica, Klebsiella pneumoniae, Pseudomonas aeruginosa to test their potentials for industrial applications. As a result, pathogens were inhibited even at the lowest concentration (0.625 mg/ml) in the test performed with the agar dilution method. In the broth dilution method, chitosan microcapsules loaded with geranium and eucalyptus essential oils inhibited S. aureus, E. coli, K. pneumoniae species with 0.2 mg/ml and S. enterica, P. aeruginosa species with 0.4 mg/ml. In particular, chitosan microcapsules loaded with Patchouli essential oil succeeded in inhibiting other pathogenic bacterial species except P. aeruginosa at a concentration of 0.2 mg/ml. The data of this thesis will reveal possible applications for water resource management to maintain hygiene in drinking, pool, aquarium, utilized, lake and sea water by managing water-borne pathogens.