Üreolitik bakterilerin araştırılması ve biyobeton
Research of ureolytic bacteria and bio-concrete
Yazar: AYBERK ÇETİNKAYA
Danışman: PROF. DR. KIYMET GÜVEN
Eskişehir Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Mikrobiyoloji = Microbiology

Özet:
Bilim insanları mikroorganizmaların yıllardır doğal olarak yaptıkları kalsiyum karbonat üretimini, beton içeriğine adapte etmişler bu ürüne "Biyo-Beton" adını vermişlerdir. Kendini yenileyen biyo-beton sayesinde beton arasında oluşan çatlaklar giderilerek beton ömrü uzayacak ve beton üretimi dolaylı yoldan azalacaktır.
Üre hidrolizi ile indüklenen kalsiyum karbonat oluşumu, mikrobiyal kaynaklı biyomineralizasyonun ana yollarından biri olarak kabul edilmektedir. Üreolitik bakteriler tarafından indüklenen karbonatların çökelmesinin, üre hidrolizini katalizlemekten sorumlu enzim olan üreazın aktivitesiyle güçlü bir şekilde bağlantılı olduğu ortaya çıkmıştır. Bir bakterinin üreaz aktivitesi ne kadar yüksek ise o bakteri o kadar yüksek bir şekilde üre hidrolizi meydana getirecektir. Üre hidrolizinin sonucunda yan ürün olarak kalsiyum karbonat hücre dışında birikim sağlayacaktır.
Bu çalışmada, Ankara-Eskişehir yolu ve Salda Gölü'nden üreaz enzimi üretme yeteneğinde olan üreolitik bakterilerin izolasyonu için toprak ve çamur örnekleri toplanmıştır. Modifiye toprak zenginleştirme besiyeri ile toprak kolonları oluşturularak üreolitik bakterilerin çoğalması sağlanmış ve daha sonra modifiye üre agar üzerine yayma ekim yapılmıştır. Bu besiyerinde sarıdan pembe-mor renge dönüşüm üreaz aktivitesi göstergesi kabul edilerek tek koloni izolasyonu gerçekleştirilmiştir. Bakteri identifikasyonu için 16S rDNA dizi analizi ve yağ asidi metil esterleri (FAME) analizi kullanılmıştır.
Koloni morfolojileri farklılık gösteren yirmi üç izolat 16S rDNA dizi analizine göre %99 üzerinde benzerlik oranlarında Enterobacter, Pseudomonas, Bacillus, Exiguobacterium, Cellulosimicrobium, Lysinibacillus ve Marinilactibacillus olarak saptanmıştır.
Sonuç olarak, bu çalışmada izole edilen ve tanımlanan izolatlar üreaz enzimi üretme yeteneğinde olup biyo-beton araştırmalarında kullanım potansiyeline sahiptir..

Anahtar Sözcükler: Kendini yenilen beton, Biyo-beton, Üreolitik bakteri, Kalsiyum karbonat, mikrobiyal indüklenme, üreaz, üre hidrolizi

Abstract:
Scientists have adapted the calcium carbonate production that microorganisms have made naturally for years to the concrete content and named this product Bio-Concrete. Thanks to the self-renewing bio-concrete, the cracks between concrete will be removed, the life of the concrete will be extended and the concrete production will be reduced indirectly.
Calcium carbonate formation induced by urea hydrolysis is considered one of the main pathways of microbial-induced biomineralization. It has been revealed that the precipitation of carbonates induced by ureolytic bacteria is strongly associated with the activity of urease, the enzyme responsible for catalyzing urea hydrolysis. The higher the urease activity of a bacterium, the higher that bacteria will produce urea hydrolysis. As a by-product of urea hydrolysis, calcium carbonate will accumulate extracellularly.
In this study, soil and sludge samples were collected from Ankara-Eskişehir high way and Salda Lake for the isolation of ureolytic bacteria capable of producing urease enzyme. By forming soil columns with the modified soil enrichment medium, ureolytic bacteria were allowed to grow, and then spread planting was made on modified urea agar from these enriched samples. Single colony isolation and purification was performed, considering the transformation from yellow to pink-purple color as an indicator of urease activity. 16S rDNA sequence analysis and fatty acid methyl esters (FAME) analysis were used for bacterial identification.
Twenty three isolates with differing colony morphologies were determined as Enterobacter, Pseudomonas, Bacillus, Exiguobacterium, Cellulosimicrobium, Lysinibacillus and Marinilactibacillus, which are more than 99% similar, according to 16S rDNA sequence analysis.
In conclusion, the isolates isolated and identified in this study are capable of producing urease enzyme and have the potential to be used in bio-concrete research.

Keywords: Self-healing concrete, Bio-concrete, Ureolytic bacteria, Calcium carbonate, microbial induction, urease, urea hydrolysis