Van Gölü'nden izole edilen bacillus pumilus VLC7 ile selülaz üretimi, üretim koşullarının optimizasyonu, selülazın saflaştırılması, karakterizasyonu ve biyoteknolojik uygulamaları
Cellulase production with bacillus pumilus VLC7 isolated from Lake Van, optimization of production conditions, purification, characterization and biotechnological applications of cellulase
Yazar: AYSUN AYŞE YILMAZ
Danışman: DOÇ. DR. SÜMEYRA GÜRKÖK
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı / Moleküler Biyoloji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Biyoloji = Biology ; Biyoteknoloji = Biotechnology ; Mikrobiyoloji = Microbiology
Dizin: Bacillus = Bacillus ; Deterjan endüstrisi = Detergent industry ; Enzim kinetiği = Enzyme kinetics ; Enzim saflaştırması = Enzyme purification ; Enzim üretimi = Enzyme production ; Enzimatik hidroliz = Enzymatic hydrolysis ; Enzimler = Enzymes ; Kağıt endüstrisi = Paper industry ; Protein saflaştırma = Protein purification ; Selülaz = Cellulase

Özet:
Amaç: Bu tezin amacı öncelikle Van Gölü'nden alkali pH ortamına adapte olmuş ve yüksek selülaz üretim potansiyeline sahip bir bakterinin izole edilmesi ve bu izolatın tanımlanmasıdır. Daha sonra bu izolattan selülazın saflaştırılması, karakterizasyonu ve biyoteknolojik uygulama alanlarının araştırılması amaçlanmıştır.
Yöntem: Van Gölü'nden izole edilen alkalifilik bakteriler arasından, karboksimetil selüloz substratı kullanılarak selülaz aktivitesi en yüksek olan bakteri belirlenmiştir. Bu izolat, klasik ve moleküler tanı yöntemleriyle karakterize edilmiştir. Selülaz üretimi için en uygun koşullar belirlenmiş, ardından selülaz amonyum sülfat çöktürmesi, ultrafiltrasyon ve iyon değişim kromatografisi ile saflaştırılmıştır. Saflaştırılan enzim karakterize edilmiş ve enzimin kumaş boyalarını parçalama, kağıdı parçalama ve kumaş yüzeyindeki tüylenmenin uzaklaştırılması gibi biyoteknolojik kullanım alanları incelenmiştir.
Bulgular: İzolatlar arasından en iyi selülaz üretici izolat Bacillus pumilus VLC7 (GenBank Acc No: OR415888.1) olarak tanılanmıştır. Bu bakterinin maksimum selülaz üretimi, pH 7,0 ve 30 °C sıcaklıkta karboksimetil selüloz ve maya özütü varlığında, 96 saatlik inkübasyon süresinde elde edilmiştir. Enzimin optimum aktivitesinin gözlendiği pH değeri 9,0 ve sıcaklık ise 40 °C olarak belirlenmiştir. Ayrıca, enzimin sıcaklık ve pH stabiliteleri belirlenmiştir. Enzimin çeşitli reaktifler, metal iyonları, organik çözücüler ve deterjanlar varlığında kararlı olduğu tespit edilmiştir. B. pumilus VLC7 alkali selülazının kumaş yüzeyindeki tüylenmeyi uzaklaştırmada (biyoparlatma), kağıdı ve kumaş boyalarını parçalamada etkili olduğu tespit edilmiştir.
Sonuç: Bu tez çalışmasında, B. pumilus VLC7 bakterisinden selülaz enzimi saflaştırılarak karakterize edilmiştir. Alkali selülazın kumaş biyoparlatmada, kağıt ve kumaş boyalarını parçalamada kullanılabileceği saptanmıştır. Bu bulgular, B. pumilus VLC7'nin endüstriyel biyoteknoloji uygulamalarında potansiyel bir biyo-ürün kaynağı olabileceğini göstermektedir.

Abstract:
Purpose: The aim of this thesis is to isolate a bacterium from Lake Van, which is adapted to alkaline pH environment and has a high cellulase production potential and to identify this isolate. Then, it was aimed to purify and characterize cellulase from this isolate and to investigate its biotechnological applications.
Method: Among the alkaliphilic bacteria isolated from Lake Van, the bacterium with the highest cellulase activity was identified using carboxymethyl cellulose substrate. This isolate was characterized by classical and molecular identification methods. The optimum conditions for cellulase production were determined and the cellulase was purified by ammonium sulfate precipitation, ultrafiltration, and ion exchange chromatography. The purified enzyme was characterized and its biotechnological applications such as degradation of fabric dyes, degradation of paper and removal of pilling on fabric surface were investigated.
Results: Among the isolates, the best cellulase producer was identified as Bacillus pumilus VLC7 (GenBank Acc No: OR415888.1). The maximum cellulase production of this bacterium was achieved at pH 7.0 and 30 °C, in the presence of carboxymethyl cellulose and yeast extract, during a 96-hour incubation period. The optimum temperature for activity was determined as 40 °C and pH 9.0. Furthermore, the temperature and pH stabilities of the enzyme were characterized. The enzyme was found to be stable in the presence of various reagents, metal ions, organic solvents, and detergents. B. pumilus VLC7 alkaline cellulase was found to be effective in shredding paper, degrading fabric dyes, and removing pilling from the fabric surface.
Conclusion: In this thesis, cellulase enzyme from B. pumilus VLC7 was purified and characterized. It was found that alkaline cellulase can be used in fabric biopolishing and degradation of paper and fabric dyes. These findings suggest that B. pumilus VLC7 may be a potential source of bioproducts for industrial biotechnology applications.