Halofilik funguslardan biyopolimer üretim optimizasyonu, karakterizasyonu ve biyolojik aktivitelerinin belirlenmesi
Biopolymer production optimization, characterization and determination of biological activities from halophilic fungi
Yazar: ESMA OCAK
Danışman: PROF. DR. SEMRA İLHAN
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoteknoloji ve Biyogüvenlik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology

Özet:
Ekstrem koşullara adapte olmuş fungusların ürettikleri polisakkaritler, çeşitlilikleri ve farklı moleküler yapıları nedeniyle biyoteknolojik açıdan dikkat çekmektedir. Bu çalışmada, hipersalin çevrelerden izole edilen iki fungusun ekzopolisakkarit (EPS) üretim koşullarını optimize etmek için Box-Behnken deney tasarımı kullanılmıştır. Diyaliz membran ile kısmen saflaştırılan EPS'ler için toplam karbonhidrat ve protein miktar tayini, üronik asit varlığı testleri yapılmıştır. Polisakkarit zincirlerinin sarmal yapısı kongo kırmızısı testi ile analiz edilmiştir. Yapısal ve fonksiyonel grup analizleri NMR ve FT-IR ile, monosakkarit bileşimi HPLC ile, molekül ağırlıkları GPC analizi ile, yüzey morfolojisi ve elementel bileşimi SEM-EDS analizi ile incelenmiştir. Antimikrobiyal ve antioksidan aktiviteler ile hücrelere toksik etkileri de biyolojik aktivite çalışmaları ile değerlendirilmiştir. 
İki halofilik/halotoleran izolat Rhodotorula dairenensis ve Penicillium allii ile optimize koşullarda üretilen EPS miktarları sırasıyla 2,61 g/L ve 3,00 g/L olarak belirlenmiştir. Her iki EPS içerisinde üronik asitin var olduğu ve polisakkarit zincirlerinin sarmal yapıda olduğu tespit edilmiştir. NMR ve FT-IR analizleri, EPS'lerin β-konfigürasyonunda olduğunu ve fonksiyonel gruplarını ortaya koymuştur. R. dairenensis'ten elde edilen EPS ksiloz, P. allii'den elde edilen EPS ise mannoz ve galaktoz içermektedir. En yüksek molekül ağırlıklı fraksiyonların R. dairenensis'te 2126 kDa, P. allii'de ise 218 kDa olduğu belirlenmiştir. EDS analizi ile kükürt içerdikleri tespit edilmiştir. Biyolojik aktivite çalışmalarında antimikrobiyal aktivite gözlenmemiş ancak antioksidan aktivite belirlenmiştir. EPS'lerin hücrelere toksik etkisinin olmadığı MTT yöntemi ile doğrulanmıştır.
R. dairenensis ve P. allii EPS'leri, yapılarındaki üronik asit ve kükürt gibi grupların varlığı, sarmal yapıları, antioksidan aktiviteye sahip oluşları, MTT testi ile sağlıklı hücreler üzerine toksik etki göstermemeleri gibi özellikleri ile sağlık ve kozmetik endüstrilerinde kullanım için potansiyel biyopolimer adayı olabilir. Diğer yandan hipersalin koşullarda biyoremediasyon ya da ağır metal giderimi gibi çalışmalar için de uygun olabilecekleri düşünülmektedir. Ancak konuyla ilgili detaylı araştırmalara ihtiyaç duyulmaktadır.

Abstract:
Polysaccharides produced by fungi adapted to extreme conditions are attracting significant biotechnological interest due to their diversity and distinct molecular structures. This study used the Box-Behnken design to optimize exopolysaccharide (EPS) production from two fungi isolated from hypersaline environments. Total carbohydrate and protein content, as well as the presence of uronic acid, were determined for the partially purified EPS using dialysis membrane. The helical structure of the polysaccharide chains was analyzed by the congo red test. Structural and functional group analyses were performed using NMR and FT-IR, monosaccharide composition was analyzed by HPLC, molecular weights were determined by GPC analysis, and surface morphology and elemental composition were examined using SEM-EDS analysis. Biological activity studies evaluated the antimicrobial and antioxidant activities as well as the cytotoxic effects on cells.
The amounts of EPS produced under optimized conditions with two halophilic/halotolerant isolates, Rhodotorula dairenensis and Penicillium allii, were determined 2.61 g/L and 3.00 g/L, respectively. It was found that uronic acid was present in both EPS and the polysaccharide chains had a helical structure. NMR and FT-IR analyses revealed that the EPSs were in β-configuration and identified their functional groups. The EPS from R. dairenensis contained xylose, EPS from P. allii contained mannose and galactose. The highest molecular weight fractions were determined to be 2126 kDa in R. dairenensis and 218 kDa in P. allii. EDS analysis detected sulfur. While antimicrobial activity was not observed in the biological activity studies, antioxidant activity was identified. The MTT assay confirmed that the EPSs did not exhibit cytotoxic effects on cells.
The EPSs from R. dairenensis and P. allii, with their features such as the presence of uronic acid and sulfur groups in their structure, helical conformation, antioxidant activity, and non-toxic effects on healthy cells as demonstrated by the MTT test, may be potential biopolymer candidates for use in the health and cosmetic industries. They are also thought to be suitable for applications such as bioremediation or heavy metal removal in hypersaline conditions. However, further detailed research is needed on the subject.