Ftalosiyanin temelli nanomalzemelerin antibakteriyel/antibiyofilm etkilerinin incelenmesi
Investigation of antibacterial/antibiofilm effects of phthalocyanine based nanomaterials
Yazar: TUĞÇE ÖZCAN
Danışman: PROF. DR. İMREN HATAY PATIR
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı / Biyoteknoloji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Mikrobiyoloji = Microbiology

Özet:
Geçtiğimiz yüzyılın en büyük icatlarından biri olan ve bakteriyel enfeksiyonları etkili bir şekilde önleyebilen antibiyotikler, ölüm oranlarını yüksek oranda düşürmüştür. Bakterilerle savaşmanın en iyi yollarından biri antibiyotik tedavileridir; bununla birlikte, son yıllarda artan antibiyotik kullanımı ile bakteriler direnç mekanizması geliştirmiştir. Bulaşıcı hastalıkların tedavisinde antibiyotiklerin kontrolsüz ve rastgele kullanımı patojenler tarafından etkili direnç mekanizmalarının gelişmesine yol açmış, bu da tedavisi kolay hastalıkları daha da ölümcül hale getirerek halk sağlığını tehlikeye atmıştır. Son yıllarda yapılan çalışmalarla fotoaktivasyon ile daha da etkin hale gelebilen nanomalzemelerin antibakteriyel çalışmalar için etkili olduğu ortaya koymuştur. 

Bu tez çalışmasında kullanılan ftalosiyaninler (ZnPc-1/TiO2, ZnPc-2/TiO2, ZnPc-2/TiO2, ZnPc, TiO2) Staphylococcus aureus, Escherichia coli patojen bakterileri üzerinde fotoinaktive etmek için etkili foto-hassas malzemeler olarak çalışılmıştır. Bakterilerin etki mekanizmalarını aydınlatmak amacıyla taramalı elektron mikroskopisi (SEM), glutatyon tükenme deneyleri araştırılmıştır. Antibakteriyel etkiyi anlamak amacıyla bakteri yoğunluk ölçümü ve antibiyofilm özelliklerini karşılaştırmak için de kristal viyole metodu kullanılmıştır. Nanomalzemelerin çoğunluğu LED ışığı varlığında karanlık alanda gösterdiğinden daha fazla bir antibakteriyel ve antibiyofilm etki göstermiştirler. Tek başına ZnPc ve TiO2 antibakteriyel ve antibiyofilm etki göstermezken birbirine bağlandığında bu etki yüksek ölçüde artmıştır. Bu nanomalzemelerin ve LED ışığının fotokatalitik etkisi sayesinde antibakteriyel performansı bildirilmiştir. Deneysel çalışmaların yanı sıra bu ZnPc/TiO2'lerin antibakteriyel etki mekanizmalarını karanlık alanda da ortaya koymak adına moleküler kenetlenme ve moleküler dinamik simülasyon çalışmaları da yapılmıştır. S. aureus ve E. coli bakterilerinin yüzeylerinde bulunan membran proteinleri ile bu nanomalzemelerin bağlanma eğilimleri çalışılmıştır. S. aureus için 1MWT (PBP2A, Penisilin bağlayıcı protein 2a, protein) ve E. coli 4XO8 (FimH lektin protein) protein yapıları ile çalışılmıştır. Sonuçlar doğrultusunda ZnPc/TiO2'lerin deneysel çalışma sonuçları informatik çalışmalarla paralel olarak desteklenmiştir.

Abstract:
Antibiotics, one of the greatest inventions of the past century, which can effectively prevent bacterial infections, have greatly reduced mortality rates. One of the best ways to fight bacteria is with antibiotic treatments; However, with the increasing use of antibiotics in recent years, bacteria have developed a resistance mechanism. The uncontrolled and random use of antibiotics in the treatment of infectious diseases has led to the development of effective resistance mechanisms by pathogens, which has made the easy-to-treat diseases even more deadly and endangered public health. In recent years, studies have shown that nanomaterials, which can become even more effective with photoactivation, are effective for antibacterial studies. 

Phthalocyanines (ZnPc-1/TiO2, ZnPc-2/TiO2, ZnPc-3/TiO2, ZnPc, TiO2) used in this thesis study were studied as effective photosensitive materials for photoinactivating Staphylococcus aureus, Escherichia coli pathogenic bacteria. Scanning electron microscopy (SEM), glutathione depletion experiments and fluorescence microscopy imaging were investigated in order to elucidate the mechanism of action of bacteria. In order to understand the antibacterial effect, the bacterial density measurement and the crystal violet method were used to compare the antibiofilm properties. Most of the nanomaterials showed a greater antibacterial and antibiofilm effect in the presence of LED light than they did in the dark area. While ZnPc and TiO2 alone did not show antibacterial and antibiofilm effects, this effect was greatly increased when bound together. Thanks to the photocatalytic effect of these nanomaterials and LED light, their antibacterial performance has been reported. 
 In addition to experimental studies, molecular docking and molecular dynamics simulation studies were also carried out in order to reveal the antibacterial action mechanisms of these ZnPcs/TiO2s in the dark field. Membrane proteins on the surfaces of S. aureus and E. coli bacteria and the binding affinities of these nanomaterials were studied. 1MWT (PBP2A protein) and E. coli 4XO8 (FimH lectin protein) protein structures were studied for S. aureus. In line with the results, the experimental study results of ZnPcs/TiO2s were supported in parallel with the informative studies.