Rumen mikrobiyal genomlarında bulunan hidrolitik enzim genlerinin in siliko analizi
In silico analysis of hydrolytic enzyme genes in rumen microbial genomes
Yazar: GÜLŞAH KEKLİK
Danışman: PROF. DR. BAHRİ DEVRİM ÖZCAN ; DR. ÖĞR. ÜYESİ ÖZGÜR CEM ERKİN
Çukurova Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Zootekni Ana Bilim Dalı / Biyometri ve Genetik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Genetik = Genetics ; Ziraat = Agriculture
Dizin: Biyoinformatik = Bioinformatics ; Biyoteknoloji = Biotechnology ; Mikrobiyal enzimler = Microbial enzymes ; Rumen mikroorganizmaları = Rumen microorganisms ; Tarımsal istatistik = Agricultural statistics ; Veri yorumlama-istatistiksel = Data interpretation-statistical

Özet:
Ruminantlar, binlerce yıldır çeşitli verim özellikleri ile dünyanın hemen her coğrafyasında insanlara hizmet etmektedir. Ruminant hayvanların sindirim sisteminde simbiyotik bir ilişki içerisinde bulunan rumen mikroorganizmaları diğer canlıların sindiremediği selüloz içeriği yüksek kaba yem kaynaklarının sindirimi ve ruminant hayvanlar tarafından kullanımı hususunda büyük bir fayda sağlamaktadır. Bu sebeple gerek rumen mikroorganizmalarının gerekse bu organizmalarca üretilen enzimlerin, vitaminlerin, metabolitlerin ve benzeri ürünlerin çok iyi araştırılması ruminant hayvanlardan maksimum seviyede faydalanılması açısından büyük önem arz etmektedir. Moleküler genetik çağını yaşadığımız günümüzde bu mikroorganizmaların ve ürettikleri enzimlerin moleküler düzeyde tanımlanmasına yönelik çalışmalar hız kazanmıştır. Bu çalışmalardan elde edilen verilerin biyoinformatik araçlar ile analiz edilerek aralarındaki ilişkilerin detaylı bir şekilde modellenmesi, yapılan moleküler genetik çalışmalara ilave katkılar sağlamaktadır. 
Bu tez çalışması kapsamında, rumen mikroorganizmaları ile bu mikroorganizmalar tarafından üretilen selülaz ve ksilanaz gibi hidrolitik enzimlerin in siliko analizlerinin gerçekleştirilmesi hedeflenmiştir. Nükleotit ve amino asit sekanslarına ait biyoinformatik analizler için Nucleotide, NCBI-BLAST, CDD, COBALT, UniProt, AlphaFold, STRING, Expasy, ProtParam ve ProtScale veri tabanları kullanılmıştır. BLAST ile çoklu dizi hizalamaları ve filogenetik ağaç yapıları oluşturularak mevcut ana ve dış gruplar belirlenmiştir. BLASTn, BLASTp ve BLASTx analizleri ile farklı erişim numaraları ve farklı bakteri adlarına sahip olduğu halde birbirlerinin aynı olan birçok mikroorganizma tespit edilmiştir. Mikroorganizmaların, genel olarak çok düşük tahmini hizalama hatasına sahip olduğu ve fizikokimyasal özelliklerine göre birçoğunun kararlı yapıda ve tamamına yakınının negatif GRAVY değerlerine sahip olduğu gözlenmiştir. Selülaz enzimlerinde yüksek, ksilanaz enzimlerinde ise düşük düzeyde termostabilite gözlenmiştir. Ayrıca, protein-protein etkileşimlerinin fonksiyonel karakterizasyonu ile protein yapılarının tahmini elde edilmiştir.

Abstract:
Ruminants have been serving humans in almost every geography of the world with their various productivity characteristics for thousands of years. Rumen microorganisms, which are in a symbiotic relationship in the digestive system of ruminant animals, provide a great benefit in the digestion and utilization of roughage sources with high cellulose content by ruminant animals. For this reason, it is of great importance to investigate both rumen microorganisms and enzymes, vitamins, metabolites, and similar products produced by these organisms in order to benefit ruminant animals at a maximum level. In today's era of molecular genetics, studies on the identification of these microorganisms and the enzymes they produce at the molecular level have gained momentum. Analyzing the data obtained from these studies with bioinformatics tools and modelling the relationships between them in detail provides additional contributions to molecular genetic studies. 
In this thesis, in silico analyses of rumen microorganisms and hydrolytic enzymes such as cellulase and xylanase produced by these microorganisms were carried out. Nucleotide, NCBI-BLAST, CDD, COBALT, UniProt, AlphaFold, STRING, Expasy, ProtParam, and ProtScale databases were used for bioinformatic analyses of nucleotide and amino acid sequences. With BLAST, multiple sequence alignments and phylogenetic tree structures were generated and the existing main and outgroups were determined. BLASTn, BLASTp, and BLASTx analyses identified many identical microorganisms with different accession numbers and different bacterial names. It was observed that the microorganisms generally had very low estimated alignment errors and according to their physicochemical properties, most of them were stable and almost all of them had negative GRAVY values. High thermostability was observed for cellulase enzymes and low thermostability for xylanase enzymes. In addition, functional characterization of protein-protein interactions and prediction of protein structures were obtained.