Streptococcus zooepidemicus ile hyaluronik asit üretiminde koyun yünü peptonu ve melasın kullanımı
Use of sheep wool peptone and molasses in the production of hyaluronic acid by Streptococcus zooepidemicus
Yazar: NAZLI PINAR ARSLAN
Danışman: DOÇ. DR. MEHMET NURİ AYDOĞAN
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı / Genel Biyoloji Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Biyoteknoloji = Biotechnology ; Mikrobiyoloji = Microbiology

Özet:
Hyaluronik asit (HA), suda çözünebilen ve besin, kozmetik ve biyomedikal alanlarda yaygın olarak kullanılan bir polimerdir. Endüstriyel ölçekte HA üretimi, mikrobiyal fermantasyonla ve özellikle Streptococcus zooepidemicus bakterisi kullanılarak gerçekleştirilir. Ancak, S. zooepidemicus' un HA üretme potansiyeli organik azotun varlığına çok fazla bağımlı olduğu için, bu bakteri ile standart besiyerlerinde HA üretimi oldukça pahalı bir proses olarak kabul edilmektedir. Ayrıca, HA üretiminde glikoz ve sukroz gibi ticari karbon kaynaklarının kullanımı da üretim maliyetini artırmaktadır. Bu yüzden, mevcut araştırma S. zooepidemicus ile HA üretiminde fermentasyon ortamının maliyetini azaltmak için koyun yünü peptonu (KYP) (esas olarak organik azot kaynağı) ve melasın (esas olarak karbon kaynağı) ucuz susbtratlar olarak kullanılabilirliğini test etmek için gerçekleştirilmiştir. Çalışmada, farklı kimyasal hidroliz yöntemleri ile koyun yünlerinden altı farklı pepton (KYP 1-6) hazırlanmış ve bu peptonlar daha sonra HA üretiminde test edilmiştir. Deneyler, besiyerinde tek başına kullanıldığı zaman bile, melasın S. zooepidemicus' da hücre büyümesini ve HA sentezini desteklediğini göstermiştir. Bununla birlikte, besiyerine yün peptonları eklendiğinde daha fazla HA ve hücre biyoması (HB) üretildiği tespit edilmiştir. HA üretimi için melasın optimal konsantrasyonu %14 olarak belirlenmiştir. Test edilen yün peptonları arasında, KYP-6' nın daha fazla HA ve HB üretimine neden olduğu gözlemlenmiştir. Daha sonra, KYP-6'nın HA ve HB üretimindeki etkinliğini belirlemek için KYP-6 ticari trypton pepton (TP) ve proteaz peptonlar (PP) ile karşılaştırılmıştır. KYP-6, TP ve PP'nin protein içerikleri sırasıyla; 70.6, 83.1 ve 83.8 gr/100 gr olarak ölçülmüştür. KYP-6, TP ve PP'nin kül içerikleri sırasıyla; 24.1, 6.7 ve 10.7 gr/100 gr olarak bulunmuştur. HA ve HB üretimi için KYP-6'nın optimal konsantrasyonu 12 gr/lt, TP ve PP'ninki ise 8 gr/lt olarak belirlenmiştir. 48 saatlik optimal inkübasyon peryodunun sonunda, KYP-6, TP ve PP besiyerlerindeki HA miktarları sırasıyla; 3.54, 2.58 ve 2.47 gr/lt olarak belirlenmiştir. S. zooepidemicus' dan HA üretimi için KYP' nin susbtrat olarak kullanılabilirliği ilk kez olarak bu çalışmada test edilmiştir

Abstract:
Hyaluronic acid (HA) is a polymer, which is solubilized in water and is widely used in food, cosmetic and biomedical areas. HA production in industrial scale is mainly performed by microbial fermentation, especially using the bacterium Streptococcus zooepidemicus. However, since the potential of S. zooepidemicus to produce HA is highly dependent on the presence of organic nitrogen source, the production of HA by this bacterium in standard media is considered as an expensive process. Besides, use of commercial carbon sources such as glucose and sucrose in fermentative HA production can increase production cost. Thus, the present study was conducted to test the usability of sheep wool peptone (SWP) (mainly organic nitrogen source) and molasses (mainly carbon source) as cheap substrates to reduce the cost of fermentation medium in HA production by S. zooepidemicus. In the study, six different peptones (SWP 1-6) were prepared from sheep wools using different chemical hydrolysis methods, and these peptones were then tested in HA production. The experiments demonstrated that molasses could support cell growth and HA synthesis in S. zooepidemicus even when used in the medium alone. However, it was determined that when wool peptones were added into the medium, more HA and cell biomass (CB) were produced. Optimal concentration of molasses for HA production was determined as 14%. Among the tested wool peptones, SWP-6 was observed to cause more HA and CB production. Then, SWP-6 was compared with commercial tryptone peptone (TP) and protease peptone (PP) in order to evaluate its effectiveness in HA and CB production. Protein contents of SWP-6, TP and PP were measured as 70.6, 83.1 and 83.8 g/100 g, respectively. Ash contents of SWP-6, TP and PP were found as 24.1, 6.7 and 10.7 g/100 g, respectively. Optimal concentration of SWP-6 was determined as 12 g/L for HA and HB production, whereas that of TP and PP was 8 g/L. At the end of 48-h optimal incubation period, HA amounts in SWP, TP and PP media were determined as 3.54, 2.58 and 2.47 g/L, respectively. The usability of SWP as substrate for HA production from S. zooepidemicus was tested for the first time in this study.