Çeşitli sistemlerde sorun oluşturan hücre dışı polisakkarit üreten mikroorganizmaların polisakkaritlerinin biyoparçalanması ve parçalanma etkinliğinin saptanması
Determination of biodegradation and biodegradation capability of polysaccharides of extracellular polysaccharides producing microorganisms which cause problems in several systems
Yazar: NUR CEYHAN
Danışman: DOÇ. DR. GÜVEN ÖZDEMİR
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2008
Konu: Biyoloji = Biology

Özet:
Bu çalışmada, bir petrokimya endüstrisine ait soğutma suyu kulelerinde çeşitli problemlere neden olabilen biyofilm bakterileri ve onların hücre dışı polisakkaritleri araştırılmıştır. Buna ilaveten, bu mikroorganizmalar onların polisakkaritlerinin parçalanması açısından da incelenmiştir.Soğutma suyu kulelerinden 85 adet mukoid karakterli farklı koloni izolat elde edilmiştir. Bunlardan en iyi hücre dışı polisakkarit üretici oniki bakteri izole edilmiş, klasik, ticari ve moleküler sistemler ile tanılamaları yapılmıştır. Elde edilen türler Pseudomonas, Burkholderia, Aeromonas, Pasteurella, Pantoea, Sphingomonas, Ochrobactrum ve Shigella'ya aittir. Bu türlerin hücre dışı polisakkaritleri glukoz, sakkaroz veya galaktoz ilaveli zenginleştirilmiş bakteriyal kültür ortamlarından propan-2-ol çöktürmesi ve santrifüjleme ile elde edilmiştir. Hücre dışı polisakkarit verimlerinin 1,68-4,95 g/l olduğu saptanmıştır. Bu hücre dışı polisakkarit materyallerinin toplam şeker ve toplam protein içerikleri belirlenmiştir. Toplam şeker içeriği %23,5-56,0 (g şeker/g EPS), toplam protein içeriği %10,1-29,7 (g protein/g EPS) arasında değişmektedir.Hücre dışı polisakkaritlerin şeker içerikleri high performance liquid chromatography (HPLC) ile tanımlanmıştır. Genellikle hücre dışı polisakkaritlerin daha fazla olarak glukoz ve galaktoz, daha az olarak mannoz, ramnoz, fruktoz, arabinoz, riboz içerdiği tespit edilmiştir.Tüm bakteriler polisakkarit parçalama etkinlikleri bakımından incelenmiştir. Pseudomonas sp. (izolat 12) ile elde edilen hücre dışı polisakkarit sekiz bakteri, Burkholderia gladioli (izolat 4) ve Pseudomonas aureus (izolat 6Bi)'den elde edilen hücre dışı polisakkaritler 7 bakteri, Burkholderia cepacia'dan (izolat 14SS), Pseudomonas fluorescens (izolat 22) ve Shigella dysenteriae (izolat 14)'den elde edilen hücre dışı polisakkaritler beş bakteri, Sphingomonas paucimobilis (izolat 2SS) ve Ochrobactrum anthropi (izolat 8SS)'den elde edilen hücre dışı polisakkaritler dört bakteri, Pasteurella haemolytica (izolat 21) ve Aeromonas hydrophila (izolat 5Bi)'dan elde edilen hücre dışı polisakkaritler üç bakteri, Proteus vulgaris (izolat 2) ve Pantoea agglomerans (izolat 9Ba)'dan elde edilen hücre dışı polisakkaritler sadece bir bakteri tarafından kullanılmıştır (?A620?0,15).Sonuçlar, çalışmadaki bakterilerin soğutma kuleleri biyofilmlerinden elde edilen hücre dışı polisakkaritleri büyük oranda parçalayabildiğini ve başlıca içeriği karbohidrat ve protein olan EPS'nin biyofilm mikroorganizmaları tarafından substrat olarak kullanılabileceğini göstermiştir. İzolatlardan Pseudomonas sp. (izolat 12)'nın EPS kullanımı diğer izolatlara göre en fazla olduğu saptanmıştır. Bulgularımız, EPS'yi parçalayan bakteriyal enzimlerin zararlı biyofimler için antibiyofilm ajanlar olarak kullanılabileceğini önermektedir.Çalışmada başlıca amaç, varolan biyosit ve ticari enzim preparatlarına alternatif olarak daha yüksek polisakkarit üretme ve parçalama kapasitesine/verimine sahip mikroorganizmaların araştırılmasıdır.

Abstract:
Biofilm bacteria that can cause several problems in cooling water towers of a petrochemical industry and their extracellular polysaccharides were investigated in this work. In addition, these microorganisms were screened from the standpoint of degradation of their polysaccharides.Eighty five mucoid colonies were obtained from cooling water towers. Twelve bacteria of them producing the most extracellular polysaccharide were isolated and characterized biochemically by classic, commercial and molecular systems. These were species of Pseudomonas, Burkholderia, Aeromonas, Pasteurella, Pantoea, Sphingomonas, Ochrobactrum and Shigella. Extracellular polysaccharides of these species were obtained by propan-2-ol precipitation and centrifugation from bacterial cultures in media enriched with glucose, sucrose or galactose. Extracellular polysaccharide yields were of 1.68-4.95 g/l. These EPS materials were characterized for total sugar and protein contents. Their total sugar content ranged from 23.5% to 56.0% (g sugar/g EPS), total protein content ranged from 10.1% to 29.7% (g protein/g EPS).Sugar compositions of EPS were determined by high performance liquid chromatography (HPLC). Generally, it was observed that of these extracellular polysaccharides contained more glucose and galactose, and less mannose, rhamnose, fructose, arabinose, ribose.All bacteria were invested in terms of polysaccharide degradations. Eight of the bacteria were able to utilize EPS from Pseudomonas sp. (isolate 12), seven of the bacteria were able to utilize EPS from Burkholderia gladioli (isolate 9) and Pseudomonas aeruginosa (isolate 6Bi), five of the bacteria were able to utilize EPS from Burkholderia cepacia?dan (isolate 14SS), Pseudomonas fluorescens (isolate 22) and Shigella dysenteriae (isolate 14), four of the bacteria were able to utilize EPS from Sphingomonas paucimobilis (isolate 2SS) and Ochrobactrum anthropi (isolate 8SS), three of the bacteria were able to utilize EPS from Pasteurella haemolytica (isolate 21) and Aeromonas hydrophila (isolate 5Bi), only one of the bacteria were able to utilize EPS from Proteus vulgaris (isolate 2) and Pantoea agglomerans (isolate 9Ba) (?A620?0.15).The results show that the bacteria in the study have a remarkable ability to degrade EPSs from biofilms of the cooling towers and revealed that the EPS which is formed from carbohydrate and protein in a large ratio can be used as a substrate by biofilm microorganisms. The EPS utilization rate by Pseudomonas sp. (isolate 12) was the greatest of the isolates. Our findings suggest that bacterial proteases and polysaccharases which degrade EPS, might prove useful as disinfectants or cleaning agents for detrimental biofilms.In this study, the main aim is that is detected new microorganisms which have more polysaccharide production and degradation capacity than commecial biocides and enzyme preparations.