Farklı çevresel koşulların süt ürünleri endüstrisinde sorun teşkil eden geobacillus ve anoxybacillus biyofilmleri üzerine olan etkilerinin ve biyogiderim mekanizmalarının belirlenmesi
Determining of the impacts of different envirinmental conditions and removal mechhanisms on problematic geobacillus and anoxybacillus biofilms in dairy industry
Yazar: BAŞAR KARACA
Danışman: DOÇ. DR. ARZU ÇÖLERİ CİHAN
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Biyoloji = Biology

Özet:
Öncelikle 84 Anoxybacillus ve 20 Geobacillus cinsi üyesi termofilik basilin genel biyofilm üretim karateristikleri belirlenmiştir. Ayrıca, bakterilerin tam yağlı süt içeriğindeki biyofilm üretim kapasiteleri saptanmıştır. Tam yağlı sütte birçok Anoxybacillus üyesi önemli düzeyde biyofilm üretmiştir. Toplam 104 bakteriden 23'ünün (8 Geobacillus, 15 Anoxybacillus) tam yağlı süt ortamındaki 316 L tipi paslanmaz çelik yüzeyler üzerindeki biyofilm üretim miktarları belirlenmiş ve 8 bakteri (4 Geobacillus, 4 Anoxybacillus) seçilmiştir. Bu 8 bakteride temel çevresel parametrelerin biyofilm fizyolojisi üzerindeki etkileri değerlendirilmiştir. Bu etkiler, suş düzeyinde farklılık göstermiş, cins düzeyinde ise özellikle yüksek sıcaklığın (65 ºC) ve alkali pH'nın biyofilm üretimini teşvik ettiği görülmüştür. Biyofilm üretiminde sütteki organik bileşenlerin (kazein ve laktoz) belirleyici olmadığı ancak; inorganik bileşenlerden magnezyum ve kalsiyumun önemli olduğu görülmüştür. Tam yağlı sütte bakterilerin 55 ºC'de cam gibi yüksek hidrofilik karakteristikte yüzeyleri, 65 ºC'de ise görece hidrofilik paslanmaz çelik yüzeyleri biyofilm üretimi için tercih ettiği görülmektedir. Tam yağlı sütün, yarım yağlı ve yağsız süt tiplerine oranla biyofilm üretimini ve sporulasyonu daha çok tetiklediği görülmüştür. Geobacillus ve Anoxybacillus biyofilmlerdeki hücre dışı DNA'nın (eDNA) rolü ilk kez gösterilmiştir. Biyofilmlerin gideriminde, en çok proteinleri degrade eden ajanların etkin olduğu saptanmıştır. Dinamik koşullarda statik koşullara nispeten daha kompozit ve kalın olan biyofilmlerin, en etkin olarak belirlenen ajanlarla giderilebilmesi için sanitasyon müdahalesinin kritik noktalarda yapılması gerektiği anlaşılmıştır. Termofilik basillerin oluşturdukları biyofilm yapıları ve biyofilmlerin yüzeylerden giderim stratejisi sonuçları, CLSM analizleriyle de ortaya konulmuştur. Süt endüstrisinde sorun teşkil eden yeni termofilik basiller tanımlanmış ve termofilik biyofilmler ilk kez bu kadar geniş kapsamda ele alınmıştır.

Abstract:
The general biofilm forming characteristics of 84 Anoxybacillus and 20 Geobacillus were determined. Also, the biofilm producing capacities of these bacteria in whole milk were demonstrated. Most of the members of Anoxybacillus produced considerable amount of biofilm in whole milk. The biofilm producing quantities of 23 (8 Geobacillus, 15 Anoxybacillus) out of 104 bacteria were determined on type 316 L stainless steel surfaces in whole milk and 8 bacteria (4 Geobacillus, 4 Anoxybacillus) were selected. In these 8 bacteria, the effects of environmental parameters on biofilm physiology were assessed. While these effects differed on the strain level, especially higher temperatures (65 ºC) and alkaline pH were shown to promote biofilm production on genus level. While organic components (casein and lactose) of milk were not found to be determinative on biofilm formation, the inorganic components including calcium and magnesium were found to trigger the biofilm formation. In whole milk, bacteria were found to prefer high hydrophilic surfaces such as glass at 55 ºC and relatively hydrophilic surfaces such as stainless steel at 65 ºC. Compare to semi-skimmed and skimmed milk types, the whole milk was found to promote better biofilm production and sporulation. The role of extracellular DNA (eDNA) in biofilms of Geobacillus and Anoxybacillus was firstly demonstrated. In biofilm eradication, the sanitation agents degrading proteins were determined to be most effective. The biofilms of bacteria formed under dynamic conditions were more composite and thick and their eradication by using the most effective agents were found to require sanitation treatments at critical points. The structure and removal strategies of biofilms produced by thermophilic bacilli were revealed with CLSM analyses. New thermophilic bacilli that pose problems in milk industry were identified and their biofilms were addressed comprehensively for the first time.