Mangan oksitleyen bakterilerin izolasyonu ve martenzitik çelik üzerine korozif etkilerinin incelenmesi
Isolation of manganese oxidizing bacteria and investigation of their corrosive effects on martensitic steel
Yazar: POLEN YILMAZ
Danışman: PROF. DR. ESRA SUNGUR
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı / Temel ve Endüstriyel Mikrobiyoloji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Biyoloji = Biology ; Mikrobiyoloji = Microbiology

Özet:
Mangan (Mn); doğada bol miktarda bulunan ve biyojeokimyasal döngülerde kilit rol oynayan  önemli bir geçiş metalidir. Mn`nın doğada en yaygın bulunan formu olan Mn-oksit; çeşitli  organik/inorganik tür ve bileşiklerin redoks tepkimelerine katılan, yüksek emme kapasitesiyle  birçok iyonu absorbe ederek toksik ve zorunlu elementlerin dağılımını ve biyoyararlamını  kontrol eden yüksek reaktif bir mineraldir. Normal pH değerlerinde abiyotik olarak okside  olabilen Mn, doğada çoğunlukla Mn okside eden bakteriler (MnOB) tarafından abiyotik  oksidasyona kıyasla oldukça hızlı gerçekleşen tepkimeler ile biyotik olarak oksitlenirler. Bu  tepkimeler sonucu açığa çıkan ve doğadaki en güçlü oksidanlardan olan Mn-oksitler,  endüstriyel sistemlerin metalik yapı elamanlarında elektrokimyasal etkilerle aralık ve  oyuklanma korozyonuna sebep olurlar. Mn-oksitlerin metal yüzeyi ile aralarında oluşan  galvanik çiftin yarattığı elektrokimyasal etkiler, metali korozyona uğratmaktadır. MnOB ile  ilişkili korozyon problemleri, başta hidroelektrik santrallerin yapı elemanları olmak üzere; içme  suyu sistemleri, kağıt, petrol ve gıda gibi sektörlere ait endüstriyel sistemlerde daha önce rapor  edilmiştir.  
Bu tez çalışmasında, Türkiye`de bulunan bir hidroelektrik santralden alınan biyofilm ve su  örneklerinden bir MnOB türü izole ederek, bu türün martenzitik paslanmaz çeliğin  mikrobiyolojik korozyon davranışı üzerine etkisinin incelenmesi amaçlanmıştır.  
Elazığ`da bulunan bir hidroelektrik santralden biyofilm ve su örnekleri alınmış, bu örneklerden  7 adet MnOB izolatı elde edilmiştir. Elde edilen izolatlar arasında en aktif olanın  belirlenebilmesi için, her izolatın izolasyonda kullanılan besiyerlerindeki üreme ve Mn  oksitleme aktivite eğrileri çizilerek birbirleri ile kıyaslanmıştır. En yüksek bakteri sayısına  ulaşan ve en fazla Mn oksiti meydana getiren bakteri izolatı ile bu üreme şekline en uygun   ortamı sağlayan besiyeri, korozyon deneyinde kullanılmak üzere seçilmiştir. Seçimi yapılan  izolat, biyokimyasal ve moleküler yöntemler ile tür düzeyinde tanımlanmıştır.  Biyokimyasal  testler sonucunda Enterobacteriaceae ailesinden olduğu belirlenen bakteri  izolatının, moleküler  dizi analiz sonuçlarına göre %98 oranı ile Enterobacter tabaci YIM  Hb-3 türüne uyumluluk  gösterdiği tespit edilmiştir. 
Korozyon deneyinden önce, deney ortamı olarak kullanılacak besiyeri farklı Mn  konsantrasyonlarında hazırlanarak Enterobacter tabaci YIM Hb-3 suşunun üremesini  sınırlamayan en yüksek Mn konsantrasyonu belirlenmiş; korozyon deneyi, belirlenen Mn  konsantrasyonunu içeren besiyeri, Enterobacter tabaci YIM Hb-3 suşu ve AISI 415 martenzitik  paslanmaz çelik kuponlar kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Korozyonunun tespiti ağırlık kaybı  yöntemi ile yapılmıştır. Gerçekleştirilen korozyon deneyi sonucunda, Enterobacter tabaci YIM  Hb-3`nin hem planktonik hem de sesil formlarının difazik bir üreme şekli gösterdiği  gözlemlenmiştir. Kültürdeki Mn+2 konsantrasyonunun anlamlı derece düştüğü tespit edilmiştir  (p<0.01). Karbonhidrat ve protein analizleri ile bakterinin ürettiği karbonhidrat miktarının  protein miktarından yüksek olduğunu, bakterinin kendi ürettiği karbonhidrat ve proteini  tüketebildiği gösterilmiştir. SEM analizleri,  Enterobacter tabaci YIM Hb-3 bakterisinin AISI  415 martenzitik paslanmaz çelik kuponların yüzeyinde biyofilm tabakası oluşturduğunu  göstermiştir. Korozyon analizleri, Enterobacter tabaci YIM Hb-3 bakterisinin martenzitik  paslanmaz çeliği mikrobiyolojik olarak korozyona uğrattığına işaret etmektedir. XRD analizi  ile deney düzeneğinde Mn oksit bileşiklerinin tespiti de bu bulguyu doğrular niteliktedir. 
Sonuç olarak, bu tez çalışmasında ilk kez, Enterobacter tabaci YIM Hb-3 bakterisinin Mn  oksitleyen bir bakteri türü olduğu ve martenzitik paslanmaz çeliği mikrobiyolojik olarak  korozyana uğrattığı rapor edilmiştir.

Abstract:
Manganese (Mn) is an important transition metal that is very abundant in nature and plays a  key role in biogeochemical cycles. Mn oxide, which is the most common form of Mn in nature;  is a highly reactive mineral that participates in the redox reactions of various organic / inorganic  species and compounds, also controls the distribution and bioavailability of toxic and essential  elements by absorbing many ions with high absorption capacity. Mn, which can be oxidized  abiotically at normal pH values, is biotically oxidized in nature by the reactions of Mn oxidizing  bacteria (MnOB) that occur quite rapidly compared to abiotic oxidation. As a result of these  reactions, Mn oxides, which are the most powerful oxidants in nature, cause crevice and pitting  corrosion in the metallic structure components of industrial systems by electrochemical effects.  The electrochemical effects of the galvanic couple formed between the metal surface and the  Mn oxides corrode the metal. Corrosion problems associated with MnOB have been reported  previously in drinking water systems, industrial systems such as paper, oil, food, and especially  structural elements of hydroelectric power plants. 
The purpose of this study to isolate a MnOB strain from biofilm and water samples of a  hydroelectric power plant located in Turkey and to determinate its corrosive effects on  martensitic stainless steel by gravimetric method.  
Biofilm and water samples were taken from a hydroelectric power plant in Elazığ and seven  MnOB strains were isolated from these samples. In order to determine the most active strain  among the isolated MnOB, growth and Mn oxidation activity curves of each strain in all  isolation media used during the study were compared with each other. As a result of the  comparison, the bacterial strain that reached the highest number with the production of the most  Mn oxides and the medium that provides the most suitable environment for this growth type  were selected for use in corrosion experiment. The selected strain was identified by biochemical  and molecular methods. As a result of biochemical tests, it was determined that bacterial strain  belonging to Enterobacteriaceae family was compatible with the sequence analysis results that  revealed the isolate showed 98% similarity with Enterobacter tabaci YIM Hb-3 strain.  
Prior to the corrosion experiment, the test system medium was prepared with different Mn  concentrations and the highest Mn concentration which did not limit the growth of Enterobacter  tabaci YIM Hb-3 strain was determinated. Corrosion experiment was carried out by use of the  medium containing the maximum Mn concentration which did not limit the bacterial growth,  Enterobacter tabaci YIM Hb-3 strain and AISI 415 martensitic stainless steel coupons. In  results, it was observed that planctonic and sessile forms of Enterobacter tabaci YIM Hb-3  showed a diphasic growth pattern. The amount of Mn+2 in culture medium which used by  bacteria decreased significantly (p<0.01). Carbohyrate and protein analyses revealed that the  carbohydrate amount was higher than the protein amount which bacteria produced and bacteria  had the ability to biodegrade the carbohydrate and protein produced by own. SEM results  demonstrated that Enterobacter tabaci YIM Hb-3 cells formed a biyofilm layer on the AISI  415 martensitic stainless steel surfaces. Corrosion analysis pointed out that Enterobacter tabaci  YIM Hb-3 correded AISI 415 martensitic stainless steel coupons microbiologically. Besides,  the detection of Mn oxide compounds in the test sytem by XRD analysis also confirms this  finding. 
As a result, for the first time in this thesis, Enterobacter tabaci YIM Hb-3 was reported to be  an Mn oxidizing bacterium and microbiologically corrosive to martensitic stainless steel.