Demir biyogiderimi için etkin mikroorganizmaların izolasyonu ve biyogiderim kapasitelerinin incelenmesi
Isolation of effective microorganisms for iron bioremoval and determination of their bioremoval capacity
Yazar: ESRA KARLIK
Danışman: DOÇ. DR. MELEK ÖZKAN
Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü / Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Bilimleri Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2010
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Demir = Iron ; Mikroorganizmalar = Microorganisms

Özet:
Günümüzde hızlı sanayileşmenin doğal bir sonucu olarak ağır metal içerikli atıklar çevrede olumsuz etkilere yol açmaktadır. Ağır metal içerikli atıklar doğada uzun süreli kalabilme özelliklerine bağlı olarak besin zincirine kolayca girebilmekte ve canlıların sağlığını tehdit etmektedir. Ağır metallerin gideriminde son yıllarda mekanik ve kimyasal yöntemlere göre daha ekonomik olan biyoteknolojik methodlar geliştirilmektedir.Bu tez çalışmasında, ağır metal sınıfına giren ancak bir geçiş metali olan demirin arıtımında kullanılabilecek etkin mikroorganizmaların izolasyonu yapılmıştır. Yüksek konsantrasyonda demir ihtiva eden suların hem evsel hem endüstriyel alanda kullanımı uygun değildir. Çevre Koruma Ajansı (US Environmental Protection Agency (EPA)) tarafından belirlenen değerlere ve ülkemizde uygulanan Su Kirliliği Kontrolü Yönetmeliğine göre 0,3 mg/L'den daha fazla demir içeren sularda demir miktarının giderilmesi gerekmektedir. Kocaeli'nin Darıca ilçesi sınırları içerisinde sanayileşmenin yoğun olduğu ve ağır metal içeriğinin yüksek olduğu düşünülen beş farklı noktadan alınan toprak numunesinden demir gideriminde kullanılabilecek mikroorganizmalar izole edilmiştir. Topraktan izole edilen karışık kültürlerin demir giderim kapasiteleri analiz edilmiş ve en yüksek demir giderimi sağlayan dört izolat (N-1a, N-3a, N-4c, N-5b) sonraki çalışmalar için seçilmiştir. Seçilen dört izolat ile üç farklı sıcaklık değeri (25 °C - 30 °C - 37 °C), üç farklı pH değeri (pH 6,0 - pH 4,5 - pH 2,8), iki farklı demir konsantrasyonu (20 ppm, 50 ppm), anaerobik koşulların etkisi ve çalkalanarak üreme etkisi incelenmiştir. Kültürlerle yapılan deneylerde demir giderimi atomik absorpsiyon spektrofotometre cihazı kullanılarak tayin edilmiştir.Her dört izolat da 50 ppm demir konsantrasyonuna sahip besiyerinde daha yüksek demir giderimi gerçekleştirmiştir. pH 2,8 de hücrelerin iyi üreme sağlayamamalarından dolayı demir giderim verimleri düşük bulunmuştur. Benzer şekilde inkübasyon sıcaklığı 25 °C'ye düşürüldüğünde izolatların demir (II) giderim verimleri düşmüştür. İzolatlar çalkalanarak üretildiklerinde demir giderim verimlerinde genel olarak bir artış görülmüştür. İzolatların anaerobik ortamda da ürediği ve demir giderimi yaptığı ancak aerobik koşullara kıyasla giderim veriminin düşük olduğu tespit edilmiştir. Çalkalanarak üremesi sağlanan N-1a ve N-4c izolatları için en yüksek demir giderim verimi gösterdikleri optimum koşullar sırasıyla, 30 °C'de pH 4,5'te inkübasyonun 24. saatinde % 100 olarak ve 30 °C'de pH 6,0'da inkübasyonun 144. saatinde % 100 olarak ölçülmüştür. N-3a izolatı için en yüksek demir giderimi 30 °C ve pH 4,5'te inkübasyonun 72. saatinde % 97,27 olarak belirlenirken, N-5b 30 °C'de ve pH 4,5'te inkübasyonun 96. saatinde % 100 verimle demir (II) giderimi gerçekleştirmiştir.Mikroskobik incelemeler ve koloni morfolojisine bakılarak yapılan incelemeler sonucunda izolatların kısa veya uzun çubuksu yapıya sahip bakteriler olduğu saptanmıştır. N-5b ve N-4c hücrelerinin inkübasyonun ileri saatlerinde uzadıkları, N-1a hücrelerinin ise kalın ve segmentli filamentler oluşturduğu gözlemlenmiştir. Bu bakterilerin üreme profilleri incelendiğinde N-1a'nın pH 4,5'te diğer izolatlara kıyasla daha düşük bir hızda ürediği görülmüştür. N-1a izolatının filament görüntüleri literatürde varolan bazı filamentli bakterilerin görüntüleri ile kıyaslanmış ve farklı bir yapıya sahip olduğu tespit edilmiştir. Bu izolatların yeni bir bakteri türü olup olmadıkları ileride gerçekleştirilecek olan moleküler karakterizasyon çalışmaları sonucunda belirlenebilecektir.

Abstract:
As a possible result of the rapid industrialization, nowadays, we experience harmful effects of heavy metal contamination on the environment. Depending on its feature of hard decomposition in the nature, heavy metals may participate into the food chain easily and threat our health. For the treatment of the heavy metal contamination, biotechnological methods are being developed in recent years, which are more economical in comparison with the mechanical and chemical ones.In this study, effective microorganisms were isolated in order to remove iron which is transition metal in heavy metal class. Waters containing high concentrations of iron are not to be used in domestic and industrial fields. According to Environmental Protection Agency criteria and Water Pollution Control Regulations are applied in Turkey, it is required to remove excess iron from the waters with more than 0,3 mg/L iron. Soil samples were collected from the five different areas within the district of Kocaeli, Darıca, exposed intensive industralization and considered to be contaminated by heavy metals. Microorganisms which are resistant to iron and having high iron removing capacity were isolated from collected soil samples. Iron removing capacities of the mixed cultures isolated from the soil were analyzed and the four isolates with the highest iron removing capacities (N-1a, N-3a, N-4c, N-5b) were selected for further analysis. Those four isolates were studied in terms of the effects of three different temperatures (25 C° - 30 C° - 37 C°), three different pH values (pH 6,0 - pH 4,5 - pH 2,8), two different iron concentrations (20 ppm, 50 ppm), anaerobic conditions and proliferation effect of shaking on iron removal capacity. Change in iron concentration in the cultures, were monitored by means of the atomic absorption spectrophotometer instrument.Four of the izolates showed highest iron removing efficiency in 50 ppm iron (II) containing cultures. Because of unhealthy growth of the isolated microorganisms at pH 2,8, the bioremoving capacity of the izolates was found to be very low at that pH value. Similarly, when the incubation temperature was droped to 25 ? C iron (II) removing capacity of the isolates decreased. Shaking the cultures caused an improvement in iron (II) removal. The isolates were shown to grow in anaerobic conditions, however, their iron removing capacity was lower as compared to their capacities obtained at aerobic conditions. The highest efficiency of iron removing for isolates named as N-1a and N-4c was obtained in their shaking cultures at 30 ? C. N-1a removed iron(II) with 100 % efficiency at 24th hour of the incubation at pH 4,5. 100 % efficiency was reached fort he N-4c at the 144th hour of incubation at pH 6,0. N-3a showed its highest iron removing efficiency of 97,27 % at 72th hour of the incubation at 30 ? C and at pH 4,5 in shaking conditions. For N-5b 100 % efficiency was obtained at non-shaking conditions at pH 4,5, at 30 ? C.Microscobic examinations and colony morphologies of the isolates showed that they are short or long rod shaped bacteria. At the late hours of incubation, elongation of N-5b and N-4c cells was observed under the microscope. N-1a cells also elongated at late hours but they also form thick and segmented filaments. When the filaments? structure was compared with that of other filamented bacteria it was thought that the structure of N-1a filaments had some differences. Further molecular characterization is neccessary for finding out whether those isolates are a novel bacterial species or not.