Farklı Klebsiella türleri ile siyanür biyoyıkımının araştırılması
Investigation of cyanide biodegradation by different Klebsiella strains
Yazar: NERMİN HANDE AVCIOĞLU
Danışman: DOÇ. DR. IŞIL SEYİS BİLKAY
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Mikrobiyoloji = Microbiology
Dizin: Mikroorganizmalar = Microorganisms

Özet:
Bu çalışmada, farklı Klebsiella türleri (K. ornithinolytica, K. pneumoniae, K. oxytoca, K. rhinoscleromatis ve K. terrigena) ile siyanür biyoyıkımı amaçlandı. Bu bağlamda öncellikle 5 farklı Klebsiella türüne ait çeşitli suşların siyanür biyoyıkım oranları karşılaştırıldı ve bu türlerin en verimli siyanür biyoyıkımını gerçekleştiren suşları belirlendi. K. ornithinolytica, K. pneumoniae, K. oxytoca, K. rhinoscleromatis ve K. terrigena türleri arasında en yüksek siyanür biyoyıkım oranlarının sırasıyla %74,83, %95,28, %98,27, %73,01 ve %68,88 olduğu bulundu. %90'ın üzerinde siyanür biyoyıkımı yapan türler olan K. pneumoniae ve K. oxytoca çalışmanın devamında kullanılmak üzere seçildi. Her iki Klebsiella türünün de siyanür içeren ortamda ilk 24 saat sonunda %70'in üzerinde siyanür biyoyıkımı yaptıkları saptandı. Siyanür biyoyıkımı için uygun fizyolojik koşullar K. pneumoniae türü için 0,5 mM potasyum siyanür konsantrasyonunda, pH 7'de, 25°C'de, 150 rpm çalkalama hızında, 3 gün, K. oxytoca türü için ise, 0,5 mM potasyum siyanür konsantrasyonunda, pH 7'de, 30°C'de, 100 rpm çalkalama hızında, 5 gün olarak belirlendi. K. pneumoniae ve K. oxytoca türleri ile potasyum hekzasiyanoferrat (II) trihidratın ve sodyum ferrosiyanür dekahidratın biyoyıkıma uğratıldığı ve söz konusu siyanür biyoyıkım oranlarının K. pneumoniae için sırasıyla %84, %87,5 ve K. oxytoca için ise %87,5 ve %78,5 olduğu bulundu.  Çalışmada incelenen diğer bir siyanür kaynağı olan potasyum tetrasiyanonikelat (II) hidratın ise K. pneumoniae türü ile biyoyıkıma uğratılamadığı, K. oxytoca türü ile ise %27 oranında biyoyıkıma uğratıldığı belirlendi. Siyanür ile kirlenmiş alanlarda bulunabilecek değişen konsantrasyonlardaki (0,1 mM, 0,25 mM ve 0,5 mM) farklı iyonların (magnezyum, nikel, kobalt, demir, kalsiyum, krom, arsenik, bakır ve çinko) siyanür biyoyıkımına etkisi incelendiğinde, K. oxytoca türünün iyonların tüm konsantrasyonlarında, K. pneumoniae türünün ise 0,5 mM bakır konsantrasyonu dışında diğer iyonların tüm konsantrasyonlarında siyanür biyoyıkımı yaptıkları belirlendi. K. oxytoca ve K. pneumoniae'nın karışık kültürünün siyanür biyoyıkımını %86 oranında gerçekleştirdiği gözlendi. Siyanür biyoyıkım ortamına tekrar siyanür kaynağı ilavesi sonucunda her iki Klebsiella türünün de siyanür ilavesinden sonraki 24 saatte %50'nin üzerinde biyoyıkım yaptıkları, K. pneumoniae ile 6. günde, K. oxytoca ile ise 7. günde %100 siyanür biyoyıkımının gerçekleştirildiği belirlendi. Klebsiella kültür süpernatanlarının siyanür biyoyıkımına etkisi araştırıldığında ise K. pneumoniae kültür süpernatanının 3 günde, K. oxytoca kültür süpernatanının ise 2 günde siyanürü %80'in üzerinde biyoyıkıma uğrattıkları gözlendi. K. pneumoniae ve K. oxytoca kültür süpernatanları ile %100 siyanür biyoyıkımının ise sırasıyla 5. ve 4. günde gerçekleştirebildiği belirlendi. Çalışmanın son aşamasında, Klebsiella türlerinin atık su ve toprak örneklerindeki siyanürü biyoyıkım oranları incelendi. Elektro-kaplama atık suyunda bulunan siyanürü K. pneumoniae kültürü ve kültür süpernatanının sırasıyla %99 ve %98 oranında biyoyıkıma uğrattığı, K. oxytoca kültürü ve kültür süpernatanının ise sırasıyla %100 ve %99 oranında biyoyıkıma uğrattığı belirlendi. Metal kaplama suyundaki siyanürün ise K. pneumoniae ve K. oxytoca kültürleri ile sırasıyla %95 ve %69 oranında biyoyıkıma uğratıldığı saptandı. Son olarak, 6 mg/kg siyanür içeren topraktaki siyanürün K. pneumoniae'nın kültürü ile %72 oranında biyoyıkıma uğratıldığı belirlendi.

Anahtar Kelimeler: K. pneumoniae, K. oxytoca, atık su, toprak, siyanür biyoyıkımı.

Abstract:
In this study, cyanide biodegradation with different Klebsiella species (K. ornithinolytica, K. pneumoniae, K. oxytoca, K. rhinoscleromatis and K. terrigena)  was aimed. In this respect, initially, cyanide biodegradation ratios of some strains belonging different Klebsiella species were compared and the most efficient cyanide degrading strains were determined. Among K. ornithinolytica, K. pneumoniae, K. oxytoca, K. rhinoscleromatis and K. terrigena species, the highest cyanide biodegradation ratios were found as 74.83%, 95.28%, 98.27%, 73.01% and 68.88%, respectively. K. pneumoniae and K. oxytoca species, which degraded cyanide above 90%, were selected to be studied in the rest of this study. It is determined that both of these Klebsiella species degraded cyanide above 70% after 24 hours. The optimal physiological conditions for cyanide biodegradation were determined as 0.5 mM of potassium cyanide concentration, pH 7, 25°C, 150 rpm rotation speed, 3 days for K. pneumoniae species and 0.5 mM potassium cyanide concentration, pH 7, 30°C, 100 rpm rotation speed, 5 days for K. oxytoca species. It was detected that, potassium hexacyanoferrate (II) trihydrate and sodium ferrocyanide dehydrate were degraded by K. pneumoniae and also K. oxytoca and the biodegradation ratios for these cyanide sources were 84%, 87,5% for K. pneumoniae, 87.5% and 78.5% for K. oxytoca, respectively. Potassium tetracyanonickelate (II) hydrate, which is another cyanide source studied in this study, was found not to be degraded by K. pneumoniae species and was found to be degraded by K. oxytoca species with a ratio of 27%. When the effect of variable concentrations (0.1 mM, 0.25 mM and 0.5 mM) of different ions (magnesium, nickel, cobalt, iron, calcium, chrome, arsenic, copper and zinc), which may be observed in polluted areas, are investigated it is determined that K. oxytoca degrades cyanide in all concentrations of ions and as for K. pneumoniae it degrades all concentrations of ions except 0.5 mM concentration of copper. It is observed that, mixed culture of K. oxytoca and K. pneumoniae degrade cyanide with a ratio of 86%. As a result of additional cyanide source supplement into the cyanide biodegradation medium, it is determined that, 24 hours after the addition of cyanide, both Klebsiella species degrade cyanide above 50% and 100%, cyanide biodegradation is achieved on the 6th day with K. pneumoniae and on the 7th day with K. oxytoca. When the effects of culture supernatants of Klebsiella species on cyanide biodegradation is investigated, it is observed that the culture supernatant of K. pneumoniae biodegraded cyanide in 3 days and the culture supernatant of K. oxytoca biodegraded cyanide in 2 days above 80%. It is determined that 100% cyanide biodegradation with the culture supernatants of K. pneumoniae and K. oxytoca occurred on the 5th and 4th days, respectively. In the last part of this study, biodegradation ratios of Klebsiella species on cyanide containing waste water and soil samples were investigated. It is found that, in electroplating waste water K. pneumoniae culture and its culture supernatant biodegraded cyanide with ratios of 99% and 98%, respectively, as for K. oxytoca culture and its culture supernatant degraded the same sample with ratios of 100% and 99%, respectively. It is determined that cyanide in metal plating waste water was biodegraded by K. pneumoniae and K. oxytoca cultures with ratios of 95% and 69%, respectively. Lastly, it is determined that cyanide, in 6 mg/kg cyanide-containing soil was degraded by K. pneumoniae culture with a ratio of 72%.

Keywords: K. pneumoniae, K. oxytoca, waste water, soil, cyanide biodegradation.