Stres koşullarının bazı mikroalg türlerinde lipit verimine ve triaçilgliserol (TAG) içeriğine etkisinin gen ekspresyon düzeyinde ortaya konulması ve yağ asidi profili ile ilişkili biyodizel kalitesinin araştırılması
The determination of the effect of stress conditions on lipid productivity and triacylglycerol (TAG) content in some microalgae species at the gene expression level and the investigation of biodiesel quality associated with the fatty acid profile
Yazar: ENVER ERSOY ANDEDEN
Danışman: PROF. DR. BELMA ASLIM ; PROF. DR. ŞAHLAN ÖZTÜRK
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Enerji = Energy ; Mikrobiyoloji = Microbiology

Özet:
Mikroalgler, farklı stres koşulları altında biyodizelin ana kaynağı olan triaçilgliserolleri, yüksek miktarda biriktirebilen organizmalardır. Bu çalışmada, farklı çevresel koşullardan izole edilmiş 30 mikroalg izolatı arasından yüksek triaçilgliserol üreticisi izolatların seçilerek, triaçilgliserol üretiminin yüksek olduğu ve ideal yağ asidi profilinin elde edilebileceği stres koşullarının belirlenmesi amaçlanmıştır. Aynı zamanda, belirlenen stres koşullarının triaçilgliserol biyosentez yolağıyla ilişkili bazı genlerin ekspresyonuna olan etkisinin belirlenmesi hedeflenmiştir. Çalışmada, azot yokluğu ve karbonat-bikarbonat tamponu ile oluşturulan alkali pH (pH 10) stresleri ayrı ayrı veya kombine edilerek kullanılmıştır. Sadece azot yokluğu stresine kıyasla, kombine stres altında Auxenochlorella protothecoides KP7 ve Chlorella vulgaris KP2 suşlarının; lipit veriminde, triaçilgliserol içeriğinde ve nişasta içeriğinde artış olduğu saptanmıştır. En yüksek triaçilgliserol içeriği (%16,4) ve triaçilgliserol/toplam lipit oranı (%62,0), kombine stres altında A. protothecoides KP7 suşunda belirlenmiştir. Bu suşda, azot yokluğu veya kombine stres altında ekspresyon düzeylerinde en fazla artış olan genlerin; fosfoenolpirüvat karboksilaz, pirüvat dehidrogenaz kompleksi-E2, gliserol-3-fosfat dehidrogenaz ve malik enzim genleri olduğu saptanmıştır. Kombine stres altında, A. protothecoides KP7 yağından elde edilen biyodizelin test edilen tüm koşullar arasında; en düşük iyot değerine (97,64 g I2/100 g), en yüksek oksidatif kararlılığa (7,29 saat) ve en yüksek setan sayısına (55,26) sahip olduğu belirlenmiştir. Bu çalışma sonucunda, alkali pH ve azot yokluğu kombine stresinin endüstriyel öneme sahip farklı türlerde de triaçilgliserol içeriğini ve biyodizel kalitesini arttırmak için iyi bir strateji olabileceği öngörülmektedir.

Abstract:
Microalgae can accumulate substantial amounts of triacylglycerol, the primary feedstock for biodiesel production, under different stress conditions. This study aimed to determine the high triacylglycerol-producing isolates among 30 microalgae isolates obtained from different environments and the stress conditions, which induce triacylglycerol accumulation and provide the ideal fatty acid profile. It was also purposed to determine the effect of stress conditions on the expression of some triacylglycerol biosynthesis genes. In this study, exposure to alkaline pH (pH 10) using carbonate-bicarbonate buffer, nitrogen starvation, and both were applied to induce triacylglycerol accumulation in microalgae. Our results illustrated that the combination of nitrogen starvation and alkaline pH led to significant increases in lipid productivity, triacylglycerol accumulation, and starch content of Auxenochlorella protothecoides KP7 and Chlorella vulgaris KP2 strains compared with nitrogen starvation. The highest triacylglycerol content (16.4%) and triacylglycerol/total lipid ratio (62.0%) were determined in A. protothecoides KP7 under combined stress. In this strain, under nitrogen starvation or combined stress, expression levels of phosphoenolpyruvate carboxylase, pyruvate dehydrogenase complex-E2, glycerol-3-phosphate dehydrogenase, and malic enzyme genes showed the highest level of expression. Furthermore, under the combined stress, biodiesel from A. protothecoides KP7 oil was associated with the lowest iodine value (97.64 g I2/100 g), highest oxidative stability (7.29 h), and highest cetane number (55.26) among the examined conditions. The use of the combination of nitrogen starvation and high pH stress for cultivation appears good strategy for enhancing triacylglycerol content and biodiesel quality in industrially relevant species.