Mikroalgal güneş koruyucu maddelerin üretimi ve kozmetikte kullanım potansiyelinin belirlenmesi
Production of microalgal sunscreen molecules and determining their potential in cosmetics
Yazar: CEREN GÜRLEK KLIBER
Danışman: DOÇ. DR. SUPHİ ŞURİŞVAN ÖNCEL
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı / Biyomühendislik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Biyoteknoloji = Biotechnology

Özet:
Ozon tabakasının zarar görmesi ve buna bağlı olarak yeryüzüne ulaşan UV radyasyonun artması güneş koruyucularına duyulan ihtiyacı artırmaktadır. Kozmetik ürünlerin ciltte oluşturduğu reaksiyonlar nedeniyle güvenli olmaması tüketicileri ve üreticileri doğal ürün arayışına itmektedir. Bu noktada mikroalgler evrimsel süreçte karşılaştığı zorluklara karşı çeşitli aktivitelere sahip moleküllerin üretimini gerçekleştirdiği için doğal ürün kaynağı olarak önemli bir noktada bulunmaktadır. Bu önemli moleküllerden UV absorplama özelliği olan moleküllerin güneş koruyucularında kullanılarak sentetik kozmetik ürünlere alternatif olabileceği; daha geniş aralıktaki dalga boylarını absorplayarak gelişmiş bir güneş koruma sağlayabildiği gözlenmiştir. Bu tez çalışmasında, mikroalglerin ürettiği güneş koruyucu maddelerin güneş kremlerine bir alternatif oluşturma potansiyelini incelemek hedeflenmiştir. Üretici türler belirlenerek farklı fotobiyoreaktörler ile dış alan koşullarında üretim gerçekleştirilmiştir. Dış alan üretimlerinde en fazla biyokütle üretiminin ortalama sıcaklıkların mikroalglerin optimum büyüme sıcaklığına yakın olduğu bahar aylarında gerçekleştiği gözlenmiştir. Ayrıca ölçek büyütme çalışmaları yapılarak pilot ölçekteki panel ve tübüler fotobiyoreaktörler ile üretimleri yapılmıştır. 50 L panel fotobiyoreaktörde Nostoc linckia sp. CALU-129 türünün ikilenme süresi 4,92 gün olarak belirlenmiştir. Elde edilen kısmi saf ekstreler kozmetik formülasyon içerisine eklenerek hücre kültürü denemeleri ve kozmetik stabilite testleri yapılarak ürün potansiyeli incelenmiştir. Hücre kültürü denemelerinde Nostoc sp. CALU-997 türünden elde edilen ekstrenin 500 µg/ml konsantrasyonda HaCaT insan immortazile keratinosit hücre hattını UV'den %20 oranında; N. linckia CALU-129 türünden elde edilen ekstrenin ise 62,5 µg/ml konsantrasyonda %29 oranında koruduğu belirlenmiştir. Aynı zamanda üretim maliyetini düşürebilmek adına SLIC (sequence- and ligation-independent cloning) gen aktarım tekniği kullanılarak foto koruma özellikteki mikosporin benzeri amino asitlerden shinorine maddesinin E. coli BAP1 bakterisinde başarılı bir şekilde üretimi gerçekleştirilmiştir.

Abstract:
There is a greater need for sunscreens because of increase in UV radiation reaching the Earth due to depletion of ozone layer. The fact that cosmetic products used today are not safe due to the reaction on skin pushes consumers and manufacturers to search for natural products. Currently, microalgae represent a significant natural product source because over their evolutionary journey, they have faced numerous challenges and have developed a variety of compounds to overcome these obstacles. It has been observed that compounds with UV absorption (photoprotection) properties among these valuable compounds can be used in sunscreens as an alternative to synthetic cosmetic products; and they can even provide more advanced sun protection by absorbing a wider range of wavelengths.  This thesis aimed to investigate the potential of sun-protective substances produced by microalgae as an alternative to sunscreens. Producer species were identified, and production was carried out under outdoor conditions with different photobioreactors. It was observed that the highest biomass production in outdoor conditions occurred during the spring months when average temperatures were close to the optimal growth temperature of microalgae. Furthermore, scale-up studies were conducted, and production was performed with pilot-scale panel and tubular photobioreactors. The doubling time of the species Nostoc linckia sp. CALU-129 was determined to be 4,92 days in a 50 L panel photobioreactor. The partial pure extracts obtained were added to cosmetic formulations, and product potential was examined through cell culture experiments and cosmetic stability tests. In cell culture experiments, it was determined that the extract obtained from the species Nostoc sp. CALU-997 protected the HaCaT human immortalized keratinocyte cell line from UV radiation by 20% at a concentration of 500 µg/ml, while the extract from the species N. linckia CALU-129 provided 29% protection at a concentration of 62,5 µg/ml. At the same time, to reduce production costs, the sequence- and ligation-independent cloning (SLIC) gene transfer technique was used to successfully produce the photoprotective mycosporine-like amino acid shinorine in E. coli BAP1 bacteria.