Bazı PCB'lerin (poliklorlu bifeniller) enzimatik yıkımı veya dehalogenasyonuna bağlı detoksifikasyonu üzerine bir araştırma
An investigation on the detoxification of some PCBs (polychlorinated biphenyl) by enzymatic degradation or dehalogenation processes
Yazar: MESUT ŞAM
Danışman: PROF. DR. NAZİF KOLANKAYA
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2006
Konu: Biyoloji = Biology ; Biyoteknoloji = Biotechnology ; Mikrobiyoloji = Microbiology

Özet:
BAZI PCB'LERİN (POLİKLORLU BİFENİLLER) ENZİMATİK YIKIMI VEYADEHALOGENASYONUNA BAĞLI DETOKSİFİKASYONU ÜZERİNE BİRARAŞTIRMAMesut ŞAMÖZBu çalışmada beyaz çürükçül funguslardan elde edilen lakkaz, tirozinaz, manganperoksidaz ve lignin peroksidaz enzimleri ile poliklorlu bifenillerden (PCB: Aroclor1242 ve Aroclor 1254) serbest klor uzaklaştırılmasına bağlı detoksifikasyon süreçleriaraştırıldı. Çalışmalarda kullanılan fenoloksidaz grubu enzimlerden lakkaz, tirozinazTramates versicolor'dan, peroksidaz grubu enzimler (Mn-peroksidaz ve Lignin-peroksidaz) ise Phanerochaete chrysosporium'dan elde edildi.Çalışmada deney koşulları altında PCB'lerden lakkaz ile klor giderimi verimininAroclor 1242 için % 72, Aroclor 1254 için ise % 68 oranında olabileceği gözlendi.Aynı amaçlı verimin Aroclor 1242 için % 64, Aroclor 1254 için ise % 60 oranındaolduğu gözlendi. Ancak, söz konusu klor giderim verimliliğinin Mn-peroksidaz enzimkaynağı, substrat olarak Aroclor 1242 kullanıldığında % 37, Aroclor 1254kullanıldığında ise % 31 olabileceği saptandı. Lignin peroksidaz enzimi ile yapılançalışmalarda ise, deney koşulları altında klor gideriminin Aroclor 1242 için % 26;Aroclor 1254 için ise % 24 klor miktarlarında olabileceği gözlendi.Kitle-Gaz spektrofotometrik analizlerde (GC-MS) klor-uzaklaştırılması sırasındakullanılan substratların yapısal yıkıma uğradığı gözlendi. Lakkaz enzimi ile sözkonusu yıkımın kullanılan substrata bağlı olarak % 45-41 arasında, tirozinaz enzimiile % 33, Mn-peroksidaz ile %95, lignin peroksidazla ise % 89-91 oranındagerçekleştiği saptandı.Denenen PCB'lerin enzimatik klor giderimine bağlı detoksifikasyon etkinliklerimikrotoksisite testi ile saptandı. Bakteriyel kaynaklı Î²-galaktosidaz enzim aktivitesinintoksik maddelerle inaktivasyonu temeline dayanan mikrotoksisite testi ile yapılan4ölçümlerde, Aroclor 1242'nin MnP, LiP, Lakkaz ve Tirozinaz enzimleri ile muamelesisonucunda toksisitesinde sırasıyla % 47, % 36, % 7 ve % 17 oranlarında azalmaolduğu saptandı. Aroclor 1254 ile yapılan toksisite testi sonucunda ise yine MnP, LiP,Lakkaz ve Tirozinaz muamele sonucunda substratın toksisitesinde sırasıyla % 50, %39, % 11 ve % 22'lik azalma gözlenmiştir.Serbest lakkaz enzimi kullanılarak özel olarak geliştirilmiş bioreaktördegerçekleştirilen optimizasyon çalışmalarında hem Aroclor 1242 için hem de 1254 içinoptimum PCB konsantrasyonu 40 ppm, sıcaklık 40 0C, optimum inkübasyon süresi 9saat, pH 4 ve enzim miktarı 5 U/ml olarak saptandı. Lakkaz enzimi ile 1 saatlikinkübasyon sonrasında degradasyon ve deklorinizasyona bağlı olarak Aroclor1242'nin %16, Aroclor 1254 `ün % 14 oranında detoksifiye olduğu fungal kaynaklı Î² -galaktosidaz enziminin kullanıldığı mikrotoksite testi ile saptanmıştır.Na-alginat boncuklarına tutuklanmış lakkaz enziminin kullanıldığı reaktördekiçalışmalarda kullanılan PCB substratlarından sürekli olarak klor gideriminin ve bunabağlı olarak da detoksifikasyonun mümkün olabileceği görülmüştür.Anahtar Kelimeler: Detoksifikasyon, Deklorinasyon, Lakkaz, PCB, Aroclor 1242,Aroclor 1254.Danışman: Prof.Dr. Nazif KOLANKAYA, Hacettepe Üniversitesi, Fen Fakültesi,Biyoloji Bölümü, Biyoteknoloji Anabilim Dalı5

Abstract:
AN INVESTIGATION ON THE DETOXIFICATION OF SOME PCBs(POLYCHLORINATED BIPHENYL) BY ENZYMATIC DEGRADATION ORDEHALOGENATION PROCESSESMesut ŞamABSTRACTIn this study, detoxification of PCBs (Aroclor 1242, and Aroclor 1254) being due totheir degradation/dechlorination with laccase, tyrosinase, Mn-peroxidase and ligninperoxidase enzymes obtained from white-rot fungal sources was investigated.Phenoleoxidases (laccase and tyrosinase) and Peroxidases (Mn-peroxidase andLignin-peroxidase) used in experiments were obtained from Trametes versicolor andPhanerochaete chrysosporium respectivelyUnder the experimental conditions, maximum yield of chlorine removal from Aroclor1242 with laccase was found as 72 % whereas it was 68 % for Aroclor 1254. Themaximum yields of dechlorination with tyrosinase were found as 64 % and 60 % forAroclor 1242 and Aroclor 1254 respectively. In the experiment where Mn-peroxidasewas used as enzyme source, yields of dechlorination for Aroclor 1242 and Aroclor1254 were determined as 37 % and 31 % respectively. Similarly, dechlorination yieldsfor Aroclor 1242 and Aroclor 1254 were determined as 26 % and 24 % respectively.Gc_Ms analyses of samples taken from dechlorination medium have shown that thesubstrates used in experiments were subjected to enzymatic degradation. Beingdependent on substrate used in experiment, the percentages of degradation withlaccase, tyrocynase Mn-peroxidase and lignin peroxidase were determined as 41-45%, 33 %, 95 % and 89-91 % respectively.Effeciencies of enzymatic dechlorination on the detoxification of PCBs were evaluatedby using microtoxicity test. Results obtained by microtoxicity test system, which wasbased on the inhibition of Î²-glacatosidase, which was obtained from a bacterial6source, by toxic substances, have shown that treatment of PCBs has causedreduction in their toxicity at varying ratio. Percentages of reduction in the toxicity ofAroclor 1242 due to the treatment with MnP, LiP, lakkaz ve tirozinaz were determinedas 47 %, 36 %, 7 % and 17 % respectively. Whereas it was found as 50 %, 39 %, 11% and 22 % when Aroclor 1254 were treated with MnP, LiP, lakkaz ve tirozinazrespectively.Continous dechlorinative detoxification of PCBs by using laccase enzymeimmobilized on Na-alginate beads in specialy bioreactor were shown to beexperimentaly possible as well.Keywords: Detoxification, Dechlorination, Laccase, PCB, Aroclor 1242, Aroclor1254.Advisor: Prof.Dr. Nazif KOLANKAYA, Hacettepe University, Science Faculty,Department of Biology, Division of Biotechnology7