Polihidroksibutirat ve termofilik bir ferulik asit esterazın klasik ve mikrobaloncuk fermentasyon yöntemi ile üretimi
Production of polyhydroxybutyrate and a thermophilic ferulic acid esterase with conventional and microbubble fermentation
Yazar: FULYA AY ŞAL
Danışman: PROF. DR. ALİ OSMAN BELDÜZ
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: Biyoloji = Biology ; Biyoteknoloji = Biotechnology

Özet:
Bu çalışmada, klasik ve mikrobaloncuk fermentasyonlarını karşılaştırmak amacıyla rekombinant E. coli suşundan polihidroksibutirat (PHB) üretimi, ABD'de Utah Science Technology and Research (USTAR)'da yapıldı. Klasik fermentasyonda 0,8 vvm hava akış hızında ve 350 rpm çalkalama hızında 48 saat sonucunda 6,21 hücre yoğunluğu (OD600) ve %23 oranında PHB üretimi (kuru hücreye göre) elde edildi. MBD fermentasyonda yine aynı klasik fermentasyon şartları kullanılarak 8,17 hücre yoğunluğu (OD600) ve %43 oranında PHB üretimi elde edildi. Geobacillus thermoglucosidasius DSM 2542T'a ait ferulik esteraz geni, pET28a(+) ekspresyon vektörüne klonlanarak karakterize edildi. Enzimin optimum sıcaklığı 50°C, optimum pH'sı 8,5 olarak tespit edildi. Enzimin 50°C'de iki gün inkübasyonunun sonucunda, aktivitesinin %64'e indiği görüldü. MBD cihazı daha sonra ferulik asit esteraz üretimi için kullanıldı. Rekombinant E. coli'nin 3,5 saatlik klasik ve mikrobaloncuk fermentasyonları sonucunda klasik fermentasyonda; kuru hücre ağırlığı, protein miktarı, hücre yoğunluğu 1,2 g/L, 244,48 µg/mL, 3,8 iken mikrobaloncuk fermentasyonda; kuru hücre ağırlığı, protein miktarı, hücre yoğunluğu sırasıyla 1,5 g/L, 278 µg/mL ve 4,5 olarak bulundu. Bu tez kapsamında bakteriyal yeni bir ferulik asit esteraz geni literatüre kazandırıldı. Türkiye'de ilk defa kullanılan MBD cihazının fermentör besiyerinde oksijen kütle transferini, E. coli büyümesini ve ürün oluşumunu arttırdığı tespit edildi.

Abstract:
In this study, a recombinant E. coli strain was used to produce polyhydroxybutyrate (PHB) to compare conventional and MBD aerobic fermentation conditions at Utah Science Technology and Research (USTAR), USA. In conventional fermentation operating at 350 rpm and 0.8 vvm air flow rate, an OD600 of 6.21 and PHB yield of 23% (dry cell basis) was achieved. MBD fermentation with similar bioreactor operating parameters produced an OD600 of 8.17 and PHB yield of 43%. The ferulic acid esterase gene from Geobacillus thermoglucosidasius DSM 2542T was cloned into pET28a(+) expression vector and characterized. The enzyme had an optimum temperature of 50°C and optimum pH of 8.5. The enzyme has been found to retain 64% of its activity after two days incubation at 50°C. MBD generating device also was used for the production of ferulic acid esterase. After 3.5 hours of conventional and MBD fermentations of E. coli, it was observed that with conventional fermentation, dry cell weight, protein concentration, cell density were found to be 1.2 g/L, 244.48 µg/mL, 3.8 while with MBD fermentation, dry cell weight, protein concentration, cell density were found to be 1.5 g/L, 278 µg/mL, 4.5, respectively. A new bacterial ferulic acid esterase gene was added to the literature within the content of thesis. This study demonstrated a MBD generator application which was used for the first time in Turkey, the method can increase oxygen mass transfer, E. coli growth and bioproduct generation.