Aşırı asidik ortamlarda prokaryotik çeşitliliğin geleneksel ve moleküler yöntemlerle belirlenmesi ve biyodesülfürizasyonda kullanılabilirliği
Determination of prokaryotic diversity in extreme acidic environments with conventional and molecular methods and usability at biodesulphurization
Yazar: PINAR AYTAR
Danışman: DOÇ. DR. AHMET ÇABUK
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı / Genel Biyoloji Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2012
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Maden Mühendisliği ve Madencilik = Mining Engineering and Mining ; Mikrobiyoloji = Microbiology
Dizin: Biyodesülfürizasyon = Biodesulphurization ; Biyolojik çeşitlilik = Biological diversity

Özet:
Biyoteknolojik potansiyele sahip yeni mikroorganizmalara kaynak olabileceğinden dolayı asidik ortamlarda bulunan mikroorganizmaları belirlemek ekolojik ve pratik açıdan önemlidir. Bu tez çalışmasının öncelikli hedefi asidik maden drenajı (AMD) gibi asidik sularda yaşayan asidofilik mikroorganizmaların çeşitliliğinin belirlenmesidir. Ülkemizde asidik çevrelerdeki mikrobiyal çeşitlilik hakkında çok az bilgi bulunmaktadır. Balıkesir ve Çanakkale'de bulunan Balya ve Çan asidik maden drenajları olarak adlandırılan sabit pH değerine sahip bu çevrelerdeki mikrobiyal komünite, fluoresan in situ hibridizasyon, denatüre edici jel elektroforezi, terminal restriksiyon uzunluk polimorfizmi gibi moleküler yaklaşımlar ve klasik mikrobiyal (kültürel) tekniklerin kombinasyonu ile değerlendirilmiştir. Bu çalışmanın sonucunda, Balya AMD'den Acidithiobacillus ferrivorans, Acidithiobacillus sp., 2 farklı Ferrimicrobium sp., Actinobacterium sp., Acidiphilium sp., ve Acidobacteriaceae familyasına ait bir bakteri şeklinde 7 ve Çan AMD'den Leptospirillum sp., Acidobacteriaceae familyasına ait bir bakteri, Acidiphilium sp. ve kültüre edilmemiş bir bakteri şeklinde 4 tür izole edilmiştir.Balya AMD'den elde edilen izolatlardan, kükürt ve demir metabolizmasına sahip bir suş olan, At. ferrivorans'ın biyodesülfürizasyon kapasitesi çalışılmıştır. Desülfürizasyon optimizasyon deneyleri Taguchi yöntemi ile gerçekleştirilmiştir. pH, inokulum miktarı, pulp yoğunluğu, kömür partikül boyutu ve inkübasyon süresinin değerlendirildiği optimizasyon deneylerinde belirlenen koşullar; sırası ile 2,5; %2, %1, ? 500+212 µm, 15 gün olmuş ve %30 toplam kükürt giderim verimi elde edilmiştir. Biyodesülfürizasyondan sonra kömür yüzeyindeki değişimler taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve FTIR analizi ile değerlendirilmiştir. Özellikle SEM analizi pirit kristallerine bakterinin yaptığı atağı göstermektedir, bu kristaller işlem görmemiş kömür kristalleri ile karşılaştırıldığında açık bir şekilde korozyon ve deformasyona uğradıkları görülmüştür. Bununla birlikte redoks potansiyeli ile Fe+2 ölçümleri, kükürt oksidasyonunun yanısıra ferro demirin yükseltgenmesi ve ferrik demir indirgenmesi reaksiyonlarının varlığını göstermiştir.

Abstract:
Determining the microorganisms present in the acidic environments has ecological and practical importance, being a source of new microorganisms with biotechnological potential. The first aim of the thesis study is determining the biodiversity of acidophilic prokaryotes living in acidic waters, such as acidic mine drainage. Very little is known about microbiological diversities of acidic environments at Turkey. Microbial communities in extreme acidic environments with a rather constant acidic pH, acidic mine drainages of Çan and Balya, at Çanakkale and Balıkesir were investigated a combination of classical microbiology (cultivation techniques) and molecular biology approaches including fluorescent in situ hybridisation, denaturing gradient gel electrophoresis, terminal restriction fragment length polymorphism, examined microbiological diversity and found the correlation between the approaches. As the result of this study, seven strains such as Acidithiobacillus ferrivorans, Acidithiobacillus sp., two different Ferrimicrobium sp., Actinobacterium sp., Acidiphilium sp., and a bacterium belonging to Acidobacteriaceae were isolated from Balya AMD, and four strains including Leptospirillum sp., a bacterium belonging to Acidobacteriaceae, Acidiphilium sp. and uncultured bacterium were isolated Çan AMD.The biodesulphurization capability of a strain having sulphur and iron metabolism isolated from acidic mine drainage of Balya (Turkey) was studied. When molecular identification was carried out, this bacterium was shown that it was a strain of At. ferrivorans. Desulphurization optimization experiments were performed by Taguchi?s method. The optimum conditions for these parameters have found to be pH 2.5, 2% of inoculum amount, 1% of pulp density, ? 500 ? 212 µm of particle size, and 15 days of incubation period. The obtained yields were about 30% in removal of total sulphur. Scanning electron microscope (SEM) and FTIR analysis also indicated a modification of coal surface after biodesulphurization. Especially, SEM analysis showed that the attack of bacterium on pyrite crystals and there was clear corrosion and deformation on the pyrite surface compared to untreated coal. Besides, the redox potential and Fe+2 measurement demonstrated that sulphur oxidation was coupled with ferrous iron oxidation and ferric iron reduction.