Gen teknolojisiyle üretilen yeni biyosorbentler kullanılarak su ve atıksulardan krom ve kurşunun biyogiderimi
Bioremoval of chromium and lead from water and wastewater using new biosorbents produced by the gene technology
Yazar: ŞEYMA AKKURT
Danışman: PROF. DR. MERVE OĞUZ ; DOÇ. DR. AYSEL ALKAN UÇKUN
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Biyolojik arıtma = Biological treatment ; Biyosorpsiyon = Biosorption ; Genetiği değiştirilmiş organizmalar = Genetically modified organisms ; Metallotiyonin = Metallothionein

Özet:
Genetik mühendisliği teknolojileri kullanılarak tehlikeli metallerin sudan arıtımına yönelik çalışmaların sayısı artmaktadır. Metallotiyoninler, birçok organizmada bulunan yüksek metal bağlama affinitesine sahip proteinlerdir. Bu çalışmada, insan MT2A ve MT3 genleri, sulu çözeltilerden kromu (Cr) ve kurşunu (Pb) gidermek için Escherichia coli Jm109 (E. coli) bakterisine klonlanmıştır. En yüksek Cr giderimi %89'luk bir verimle MT2A suşunda, Cr indirgenmesi %76'lık bir verimle yine MT2A suşunda; Pb giderimi ise %54'lük bir oranla MT3 suşunda gözlenmiştir. Krom kaplama atıksuyundan Cr'yi en yüksek oranda MT2A'nın (%65) etkili, Pb'yi ise en yüksek oranda MT3 (%70) suşunun giderdiği tespit edilmiştir. Bu sonuçlar dikkate alınarak, MT2A ve MT3'ün asit uygulanmış ölü biyosorbentleri kullanılarak Cr ve Pb'nin sulu çözeltilerden biyosorpsiyonu gerçekleştirilmiştir. İzoterm, kinetik ve termodinamik çalışmaları sonunda Cr ve Pb biyosorpsiyonlarının Langmuir izoterm modeline, yalancı birinci dereceden kinetiğe uyduğu ve biyosorpsiyonların ekzotermik olduğu görülmüştür. Cr ve Pb uygulanan hücrelerin yüzeyindeki morfolojik değişiklikler taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile hücre içindeki birikimleri ise taramalı transmisyon elektron mikroskobu (STEM) ile görüntülenmiştir. Ayrıca dönüşümlü kızılötesi spektrofotometresi (FTIR) sonuçlarından Cr ve Pb bağlanmasında etkili olan fonksiyonel grupların amino (amid I, amid II), fosforil, karbonil, amin, alkan ve sülfoksit olduğu belirlenmiştir. Sonuç olarak, Cr ve Pb giderimi için sırasıyla, MT2A ve MT3'ün biyoteknolojik araçlar olarak kullanılabileceği gösterilmiştir.

Abstract:
The number of studies on the removal of hazardous metals from water using genetic engineering technologies has been growing. Metallothioneins are proteins with high metal binding affinity that exist in many organisms. In this study, human MT2A and MT3 genes were cloned into Escherichia coli (E. coli) Jm109 bacteria to remove chromium (Cr) and lead (Pb) from aqueous solutions. In the study, bioremoval experiments of Cr and Pb were performed using live recombinant MT2A, MT3 and wild E. coli Jm109 bacteria. The highest Cr removal was in the MT2A strain with a yield of 89%, and the Cr reduction was again in the MT2A strain with a yield of 76%; Pb removal was observed with a rate of 54% in the MT3 strain. It was determined that MT2A (65%) removed the Cr at the highest rate from the chrome plating wastewater, and the MT3 (70%) strain removed the Pb at the highest rate. Considering these results, biosorption of Cr and Pb from aqueous solutions was carried out using acid treated dead biosorbents of MT2A and MT3. As a result of isotherm, kinetic and thermodynamic studies, it was determined that Cr and Pb biosorptions comply with the Langmuir isotherm model, pseudo first order kinetics and biosorptions were found exothermic. Morphological changes on the surface of the cells treated with Cr and Pb were visualized by scanning electron microscopy (SEM), and their accumulation in the cell was visualized by scanning transmission electron microscopy (STEM). In addition, the functional groups that are effective in Cr and Pb binding were determined from the results of the cyclic infrared spectrophotometer (FTIR) to be amino (amide I-II), phosphoryl, carbonyl, amine, alkane and sulfoxide. In conclusion, it has been shown that MT2A and MT3 can be used as biotechnological tools for Cr and Pb removal, respectively.