Biyoremediasyon uygulamalarında prestia arbathatıı bakterisinin kadmiyum toksisitesine karşı proteomık yanıtlarının analizi
Proteomic responses of prestia arbathatii bacteria to cadmium toxicity in the context of bioremediation applications: A comprehensive analysis
Yazar: MUHAMMED ELİSMAİL
Danışman: DOÇ. AYHAN KOCAMAN
Karabük Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Atık Yönetimi Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Toprak bakterileri = Soil bacteria

Özet:
Bu çalışma, biyoremediasyon uygulamaları bağlamında Prestia arbathatii bakterisinin 
kadmiyum toksisitesine karşı proteomik tepkilerini kapsamlı bir şekilde analiz 
etmektedir. Detaylı proteomik analizler sonucunda, kadmiyum stresi altında Prestia 
arbathatii'de protein ekspresyonunda önemli değişiklikler gözlenmiş, ağır metal 
maruziyetine karşı hem adaptif hem de zarar verici tepkiler ortaya konmuştur.
Bulgular, eksprese edilen proteinlerin %60-70'inin sitoplazmik, %15-20'sinin 
ribozomal, %5-10'unun mitokondriyal ve %5-10'unun eksozomal olduğunu 
göstermiştir. Malat dehidrojenaz ve DNA bağlayıcı protein HU-beta gibi proteinlerin 
yukarı regülasyonu, oksidatif stres yanıtının arttığını ve enerji metabolizması ile DNA 
stabilitesini koruma çabalarını göstermektedir. Ayrıca, Prestia arbathatii'nin
kadmiyumun neden olduğu oksidatif hasarla başa çıkmak için belirli savunma 
mekanizmalarını etkinleştirdiğini ve böylece kontamine ortamlarda hayatta kalma 
yeteneğini artırdığını göstermektedir. Özellikle, Nükleozid difosfat kinaz gibi hücresel 
bakımı sürdüren proteinlerin ekspresyonundaki artış, bakterinin stres altında hücresel 
fonksiyonları korumaya yönelik adaptif stratejilerini vurgulamaktadır Bunun aksine, Glukoz 1-dehidrojenaz [NAD(P)(+)] ve Piruvat dehidrojenaz E1 
bileşeni alt birimi alfa gibi kilit metabolik enzimlerin aşağı regülasyonu, hücresel 
metabolizmada ciddi bozulmaları yansıtmaktadır. Bu durum, Prestia arbathatii'nin
kadmiyumun toksik etkilerini hafifletmeye çalışırken, metalin varlığının kritik 
metabolik yolları önemli ölçüde bozduğunu ve uzun süreli maruziyet altında 
bakterinin büyüme ve yaşama yeteneğini sınırlayabileceğini göstermektedir. Genel 
olarak, Prestia arbathatii'nin kadmiyum toksisitesine karşı çift yönlü tepki verdiği 
görülmüştür; bir yandan adaptif mekanizmalar devreye girerken, diğer yandan ciddi 
metabolik bozulmalar yaşanmıştır. Bu bulgular, Prestia arbathatii'nin ağır metallerin 
varlığında gerçekleştirdiği proteomik ayarlamaları daha derinlemesine anlamamıza 
katkı sağlamakta ve bu bakterinin biyoremediasyon uygulamalarındaki potansiyelini 
ortaya koymaktadır. Bu nedenle, bu çalışma ile, kadmiyumdan etkilenen spesifik 
proteinler ve yolların açıklığa kavuşturulması, bu araştırmanın gelecekteki çalışmalara 
temel oluşturması sağlanarak, ağır metal kirliliğinin giderilmesi için daha etkili 
biyoremediasyon stratejilerinin geliştirilmesine katkıda bulunacaktır.

Abstract:
This study conducts a comprehensive analysis of the proteomic responses of Prestia 
arbathatii bacteria to cadmium toxicity within the context of bioremediation 
applications. Detailed proteomic analyses have revealed significant changes in protein 
expression under cadmium stress in Prestia arbathatii, demonstrating both adaptive 
and detrimental responses to heavy metal exposure. The findings indicate that 60-70% 
of the expressed proteins are cytoplasmic, 15-20% are ribosomal, 5-10% are 
mitochondrial, and 5-10% are exosomal. The upregulation of proteins such as Malate 
dehydrogenase and DNA-binding protein HU-beta suggests an increased oxidative 
stress response and efforts to preserve energy metabolism and DNA stability. 
Furthermore, these findings indicate that Prestia arbathatii activates specific defense 
mechanisms to cope with cadmium-induced oxidative damage, thereby enhancing its 
survival in contaminated environments. Particularly, the increased expression of 
proteins involved in cellular maintenance, such as Nucleoside diphosphate kinase, 
emphasizes the bacterium's adaptive strategies to sustain cellular functions under stress. In contrast, the downregulation of key metabolic enzymes, such as Glucose 1-
dehydrogenase [NAD(P)(+)] and Pyruvate dehydrogenase E1 component subunit 
alpha, reflects significant disruptions in cellular metabolism. This suggests that while 
Prestia arbathatii attempts to mitigate the toxic effects of cadmium, the metal's 
presence severely impairs critical metabolic pathways, potentially limiting the 
bacterium's growth and viability under prolonged exposure. Overall, Prestia arbathatii 
exhibits a dual response to cadmium toxicity; adaptive mechanisms are activated on 
one hand, while significant metabolic disruptions occur on the other. These findings 
contribute to a deeper understanding of the proteomic adjustments made by Prestia 
arbathatii in the presence of heavy metals, highlighting the bacterium's potential in 
bioremediation applications. Consequently, this study provides a foundation for future 
research to elucidate specific proteins and pathways affected by cadmium, ultimately 
contributing to the development of more effective bioremediation strategies for the 
remediation of heavy metal contamination