Gemi balast suları ile taşınan yabancı türlerin eDNA metabarkodlama yöntemiyle tespiti ve risk analizleri: İzmit körfezi
Detection and risk analysis of non-indigenous species carried by ship's ballast water by eDNA metabarcoding method: Gulf of Izmit
Yazar: YUSUF KORAY KÜÇÜK
Danışman: PROF. DR. AKASYA TOPÇU
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Su Ürünleri Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Deniz Bilimleri = Marine Science
Dizin: Deniz yolu taşımacılığı = Sea transportation ; Gemiler = Ships ; İstilacı türler = Invasive species ; İzmit Körfezi = İzmit Bay

Özet:
Deniz taşımacılığının günden güne katlanarak gelişimi balast sularını, zararlı sucul organizmalar ve istilacı türlerin farklı ortama taşınımı için ana lokomotif haline getirmiştir. Hergün binlerce ton balast sularının taşınımının izlenmesi ve kontrolü amacıyla Dünya Denizcilik Örgütü (IMO) Uluslararası Gemi Balast Suları ve Sedimentlerinin Kontrolü ve Yönetimi Sözleşmesi'ni 12 yıllık bir gecikmenin ardından 2017 yılında yürürlüğe koymuştur. Sözleşme, biyolojik istila ile mücadelede biyolojik analizleri de içeren balast suyu değişimi ve balast suyu arıtma sistemlerinin kullanımı gibi iki ana balast suyu yönetim stratejisi belirlemiştir. Bu tez çalışmasında, biyolojik analizler için denizcilik sektöründe zamanın ve doğru analizin çok önemli olduğu göz önünde bulundurularak, geleneksel yöntemlerden farklı olarak çok daha uyumlu olduğu düşünülen çevresel DNA (eDNA) metabarkodlama yöntemi kullanılmıştır.
Biyolojik istila dünyanın biyolojik çeşitliliği, ekosistem yapısı, işleyişi, türlerin evrimi ve insan sağlığı üzerinde büyük bir tehdit oluşturmaktadır. eDNA metabarkodlama, kontamine olduğu düşünülen su, sediment veya hava örnekleri üzerinden çalışılmakta olup biyoçeşitliliği değerlendirmek için eşsiz bir yöntemdir. Bu araştırmanın amacı, çeşitli bölgelerden gelen ve İzmit Körfezi'ne giren gemilerin balast sularından eDNA metabarkodlaması ile metodolojik ve biyoinformatik süreç kapsamında tür tespitini içermektedir. Bu araştırmada, ayrı gemilere ait balast sularının birleştirilmesi ile oluşturulmuş toplu örneklerden mitokondriyal 12S ve 16S ribozomal RNA (rRNA) gen dizilerinin kullanımı ile sırasıyla 40 tür ve 2 tür için moleküler tanımlama yapılmıştır. Mitokondriyal 18S (rRNA) v4 ve 18S (rRNA) v8 gen dizilerinin kullanımı ile ise sırasıyla 59 tür ve 54 tür izole edilmiştir. DNA barkodları olarak bilinen mitokondriyal Sitokrom C oksidaz alt birim I (COI) dizilerinin kullanımı sonucunda ise 15 tür tanımlanmıştır. Balast sularındaki zararlı mikroorganizmalar, insan ve balık sağlığı için tehdit oluşturabilecek birçok bakteri, maya, mantar ve parazitin patojenik formlarını içerebilir. Bu araştırma kapsamında incelenen gemi balast sularında; istilacı bir denizanası türü olan "Rhopilema nomadica" eDNA metabarkodlama yöntemiyle teşhis edilmiştir. Metabarkodlama tekniği, özellikle istilacı olan türlerin erken tanımlanması ve yönetim planlarının uygulanması açısından son derece kullanışlı, doğru ve hızlı bir yöntemdir. Aynı zamanda gelecekteki moleküler araştırmalar açısından bilimsel iş birliği ve koordinasyon hayati önem taşımaktadır.

Abstract:
The exponential development of maritime transport has made balast waters as a main locomotive for the transport of harmful aquatic organisms and invasive species to different environments. In order to monitor and control the transport of thousands of tons of balast water every day, the World Maritime Organization (IMO) entered into force the International Ship Balast Water and Sediments Control and Management Convention in 2017, after a 12-year delay. The Convention has identified two main balast water management strategies to combat biological invasion, namely balast water exchange, and the use of balast water treatment systems including biological analysis as well. In this thesis, considering that time and accurate analysis are very important in the maritime industry, environmental DNA metabarcoding method, which is thought to be much more compatible with the industry than traditional methods, was used for biological analysis.
A major threat to the world's biodiversity, biological invasions, are with consequences on ecosystem structure, functioning, species evolution, and human health. Environmental DNA (eDNA) metabarcoding, a unique method of assessing biodiversity, wherein samples are taken from the environment via water, sediment or air from which is thought to be contaminated. This research is intended to provide an overview of methodological and bioinformatics considerations for eDNA metabarcoding from the balast waters of ships incoming from various regions and entering İzmit Bay. The findings for DNA sequences from the mitochondrial 12S and 16S ribosomal RNA (rRNA) genes was found to be 40 species and 2 species, respectively in pooled balast waters of ships'. DNA sequences from the mitochondrial 18S (rRNA) v4 and 18S (rRNA) v8 genes for 59 species and 54 species, respectively. According to the detection of mitochondrial Cytochrome c oxidase subunit I (COI) sequences; known as DNA barcodes, 15 species were determined from the pooled balast waters of ships's. The introduction of harmful microorganisms in these balast waters, can contain pathogenic forms of many bacteria, yeast, fungi, and parasites which can pose a threat to human and fish health. We document the presence of highly invasive "Rhopilema nomadica" in balast tanks of surveyed ships. Metabarcoding offers a potential method to identify these species early and implement management plans. Concurrently scientific collaboration and coordination vitally needed to the future of molecular research.