Cytobacillus oceanisediminis ile biyoaktif ekzopolisakkarit üretimi
Production of bioactive exopolysaccharide by Cytobacillus oceanisediminis
Yazar: ŞEYDA ALBAYRAK
Danışman: PROF. DR. AHMET ADIGÜZEL
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Moleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Mikrobiyoloji = Microbiology
Dizin: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Mikrobiyoloji = Microbiology

Özet:
Amaç: Bu tez çalışmasının amacı, suda çözünebilen ekzopolisakkarit (EPS) üreten bakterilerin izole edilmesi, en verimli izolatın belirlenerek tanılanması ve daha sonra en verimli izolattan saflaştırılan EPS'nin kimyasal yapısı ve bazı biyolojik aktivitelerinin araştırılmasıdır.
Yöntem: Çalışmada kullanılan bakteriler, Erzurum'un farklı ilçelerinde bulunan çam orman topraklarından izole edildi. Suda çözünebilir EPS üretimi için seçilen en iyi izolat konvensiyonel ve moleküler yöntemlere göre tanılandı. En iyi izolat ile maksimum EPS üretimi için bazı kültür koşulları (sıcaklık, pH ve inkübasyon süresi) optimize edildi. EPS'nin karakterizasyon aşamasında, çözünürlüğü (farklı solventlerde), karbonhidrat içeriği (fenol-sülfürik asit yöntemiyle), protein içeriği (Warburg-Christian yöntemi ve Bradford yöntemiyle), monomer bileşimi (HPLC analiziyle), fonksiyonel grupları (FT-IR ile) ve molekül ağırlığı (viskozite bazlı yöntemle) araştırıldı. EPS'nin farmasotik potansiyelini ortaya çıkarmak için onun antimikrobiyal, antikanser, antioksidan, anti-aging ve antiobezite aktiviteleri test edildi. 
Bulgular: En yüksek miktarda suda çözünebilir EPS üreten izolat (DT3-C) konvensiyonel ve moleküler yöntemlere göre Cytobacillus oceanisediminis (GenBank: OR826625) olarak tanılandı. Bu izolat ile EPS üretimi için en uygun koşullar, 8,0'lık başlangıç pH'sı, 35°C'lik inkübasyon sıcaklığı ve 48 saatlik inkübasyon süresi olarak belirlendi. EPS'nin sudaki çözünürlüğünün organik çözücülerdeki çözünürlüğünden çok daha yüksek olduğu belirlendi. EPS'nin ramnoz, ksiloz, arabinoz, fruktoz ve glukoz monomerlerinden oluşan bir heteropolisakkarit olduğu gösterildi ve molekül ağırlığı 142 Da olarak belirlendi. EPS'nin antikanser (akciğer, kolon, nöroblastoma ve prostat kanseri hücre dizileri üzerinde), antioksidan (DPPH, hidroksil, süperoksit ve nitrik oksit radikallerine karşı), yaşlanma karşıtı (dermal fibroblastlar üzerinde) ve antiobezite aktiviteleri sergilediği, ancak test edilen patojenlerden herhangi birine karşı antimikrobiyal aktivite göstermediği bulundu.
Sonuç: C. oceanisediminis ile EPS üretimi literatürde ilk kez gerçekleştirildi. EPS'nin heteropolisakkarit bir yapıya sahip olduğu ve çeşitli biyolojik aktiviteler sergileyebildiği gösterildi. Bu nedenle, C. oceanisediminis'ten elde edilen EPS'nin; gıda, biyomedikal, kozmetik ve ilaç endüstrilerinde insan yararına uygulama alanı bulabileceği öngörülmektedir.

Abstract:
Purpose: The aims of this thesis study were to isolate water-soluble exopolysaccharide (EPS) producing bacteria, to determine and identify the most productive isolate, and then to investigate the chemical structure and some biological activities of EPS purified from the most productive isolate.
Method: Bacteria used in the study were isolated from pine forest soil samples taken from different districts of Erzurum. The best isolate selected for water-soluble EPS production was identified according to conventional and molecular methods. Some culture conditions (temperature, pH and incubation time) were optimized for maximum production of EPS by the best isolate. the highest EPS production. In the characterization stage of EPS, its solubility (in different solvents), carbohydrate content (by phenol-sulfuric acid method), protein content (by Warburg-Christian method and Bradford method), monomer composition (by HPLC analysis), functional groups (by FT-IR) and molecular weight (by viscosity-based method) were investigated. To reveal the pharmaceutical potential of EPS, its in vitro antimicrobial, anticancer, antioxidant, anti-aging and antiobesity activities were tested.
Findings: The isolate (DT3-C) producing the highest amount of water-soluble EPS was identified as Cytobacillus oceanisediminis (GenBank: OR826625) according to conventional and molecular methods. The optimal culture conditions for EPS production by this isolate were determined as an initial pH of 8, an incubation temperature of 35°C and an incubation time of 48 h. The solubility of EPS in water was found to be much higher than its solubility in organic solvents. EPS was shown to be a heteropolysaccharide consisting of rhamnose, xylose, arabinose, fructose and glucose monomers, and it molecular weight was determined as142 Da. EPS exhibited anticancer (on lung, colon, neuroblastoma and prostate cancer cell lines), antioxidant (against DPPH, hydroxyl, superoxide and nitric oxide radicals), anti-aging (on dermal-fibroblast) and antiobesity activities, but no antimicrobial activity against any of the tested pathogens.
Result: EPS production by C. oceanisediminis was performed for the first time in the literature. The EPS was shown to have a heteropolysaccharide structure and can exhibit diverse biological activities. Therefore, it is anticipated that EPS derived from C. oceanisediminis may find application in the food, biomedical, cosmetic and pharmaceutical industries for human benefit.