Fruktanojenik starter kültürlerden paraprobiyotik ve postbiyotiklerin üretilmesi ve karakterizasyon çalışmaları
Production and characterization of paraprobiotics and postbiotics from fructanogenic starter cultures
Yazar: RÜYA GİRAY
Danışman: PROF. DR. EBRU TOKSOY ÖNER
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Biyoloji = Biology

Özet:
Prebiyotikler ve probiyotikler uzun yıllardır bilinen ve potansiyel olarak insan sağlığına fayda sağlayan bileşenlerdir. Günümüzde piyasada çok fazla prebiyotik ve probiyotik ya da ikisini bir arada bulunduran sinbiyotik formülasyonlar bulunmaktadır. Ancak özellikle probiyotiklerin kolona ulaşana kadar canlılıklarının azalması ya da kolona ulaştıktan sonra orada tutunmaları problem teşkil eden konular arasındadır. Probiyotiklerin canlı formları yerine ürettikleri biyoaktif bileşenlerin ya da inaktif formlarının da sağlığa faydalı olabileceği hipotezi araştırılmaya değer bir konudur. Postbiyotikler yeterli miktarda tüketildiklerinde sağlığa olumlu etkileri olan biyolojik mikro ve makromolekül kompleksleridir. Probiyotiklere ikame olabilecek cansız probiyotik mikroorganizmaların da üretilmiş bütün metabolitlerini de kapsar ve yeterli miktarda alınırlarsa canlı probiyotikler gibi fayda sağlar. (Homayouni-Rad, 2008). Paraprobiyotikler ise probiyotiklerin ısıl işlem, kimyasallar ve radyasyon gibi muameleler sonucu inaktivasyonu ile oluşan ve yeterli miktarlarda alındığında yararlı etkileri olan cansız, ayrışmamış halde veya parçalara ayrılmış olarak bulunan mikrobiyal hücreler ve/veya bu hücrelerin ham hücre özütlerini ifade eder (Taverniti ve Guglielmetti, 2011). En yaygın olan paraprobiyotik cinsleri sıcaklık ile inaktivasyon sonrası etkili olan Lactobacillus ve Bifidobacterium'dur (Abd El-Ghany, 2020). Bu tez kapsamında incelenecek laktik asit bakterileri (LAB) tarafından sentezlenen ekzopolisakkaritlerin (EPS) çoğunluğunu iki veya daha fazla galaktoz, glukoz, ramnoz ve fruktoz gibi monosakkaritlerin tekrar eden birimlerinden oluşan heteropolisakkaritler oluşturur (Sørensen ve ark., 2022). Örneğin Lactobacillus reuteri (Van Geel-Schutten vd., 1999). Bunların yanı sıra pek çok LAB sadece fruktoz ya da glukozdan oluşan homopolisakkaritler (sırasıyla fruktanlar ve glukanlar) de üretmektedir. Örneğin Lactobacillus reuteri (Van Geel-Schutten vd., 1999) ve Lactobacillus sanfranciscensis türlerinin fruktan (fruktoz polimerleri) ürettikleri (Korakli vd., 2000) uzun yıllardır bilinmektedir. Fruktanojenik canlılar, fruktan üretme ya da metabolize etme kapasitesine sahip organizmalar olarak tanımlanabilir ve bakteriler, arkeler ve ökaryotlar arasında bulunabilirler (Kırtel vd.,2019). Fruktoziltransferazlar ise sukrozu yüksek derecede polimerize olmuş fruktanlara doğrudan dönüştürebilen çok işlevli enzimlerdir ve glikozid hidrolazlar 68 (GH68) enzim ailesine mensupturlar. Enzim, inülin sentezlediğinde inülosukraz (EC 2.4.1.9) ve polimerizasyon ürünü levan olduğunda levansukraz (EC 2.4.1.10) olarak adlandırılır. Buz tez çalışması kapsamında fruktanojenik kaynaklı postbiyotik ve paraprobiyotiklerin laktik asit bakterilerinden elde edilmesi üzerine çalışılacaktır. Probiyotik kültürlerin fementasyon sonrası hücrelerinin ayrıştırılması ile elde edilen sıvı besiyeri postbiyotik formülasyonların geliştirlmesi için potansiyel bir kaynak özelliği taşımaktadır. Postbiyotik ve paraprobiyotiklerin endüstriyel öneminin büyük olduğu ve fruktanojenik kültürlerin bu biyotiklerin üretimi için iyi bir kaynak olabileceği düşünülmüştür. Fruktanojenik starter kültürlerden paraprobiyotik ve postbiyotiklerin üretilmesi ve bu -biyotiklerin karakterizasyon çalışmalarının gerçekleştirilmesi amaçlanmaktadır. Bu amaç doğrultusunda çeşitli suşlar üzerinde yapılan incelemelerle fruktanojenik özellik gösterenleri tespit edilmesi gerekmektedir. Beraberinde fruktanjojenik özellikleri tespit edilen suşların laboratuvar ölçekli paraprobiyotik ve postbiyotik üretimleri gerçekleştirilecektir. Ardından bu –biyotiklerin antibakteriyal, antioksidan, antikanserojen özelliklerinin belirlenmesi başta olmak üzere çeşitli karakterizasyon çalışmaları gerçekleştirilecektir.

Abstract:
Prebiotics and probiotics are components that have been around for a long time and have the improve human health human. There are several synbiotic formulations on the market nowadays that include both prebiotics and probiotics. However, one of the concerns that causes problems is the decrease in probiotic viability before they reach the intestinal colon, as well as their retention once they reach there. The idea that probiotics' bioactive components or inactive forms, rather than their live forms, may be beneficial to one's health is one worth investigating. When taken in sufficient quantities, postbiotics are biological micro and macromolecule complexes that have beneficial effects on health. It also covers any metabolites produced by non-living probiotic bacteria that can be used in place of probiotics and, if consumed in sufficient quantities, provide similar advantages to live probiotics. (Homayouni-Rad 2008). Paraprobiotics, on the other hand, are microbial cells and/or crude cell extracts of these cells that are formed as a result of the inactivation of probiotics as a result of treatments such as heat treatment, chemicals, and radiation and have beneficial effects when consumed in sufficient quantities (Taverniti and Guglielmetti, 2011). The most common paraprobiotic genera are Lactobacillus and Bifidobacterium, both of which are effective after temperature inactivation (Abd El-Ghany, 2020). The majority of exopolysaccharides (EPS) from lactic acid bacteria (LAB) are heteropolysaccharides composed of repeating units of two or more monosaccharides such as galactose, glucose, rhamnose, and fructose. Furthermore, many LABs produce homopolysaccharides composed entirely of fructose or glucose (fructans and glucans, respectively).. Lactobacillus reuteri (Van Geel-Schutten et al., 1999) and Lactobacillus sanfranciscensis species, for example, have been known for many years to produce fructans (Korakli et al., 2000). Fructanogenic organisms are organisms that can produce or metabolize fructan and are found in bacteria, archaea, and eukaryotes (Kirtel et al.,2019). Fructosyltransferases, on the other hand, are multifunctional enzymes that belong to the glycosyl hydrolases 68 (GH68) enzyme family and can directly convert sucrose to highly polymerized fructans. When it synthesizes inulin, the enzyme is known as inulosucrase (EC 2.4.1.9), and when the polymerization product is levan, it is known as levansucrase (EC 2.4.1.10). The extraction of fructanogenic derived postbiotics and paraprobiotics from LAB will be investigated in this thesis. After fermentation, the supernant obtained by separating the cells of probiotic cultures is a potential resource for the development of postbiotic formulations. It has been proposed that the industrial importance of postbiotics and paraprobiotics is significant, and that fructanogenic cultures can be a good source of these biotics. The aim of this thesis is to develop paraprobiotic and postbiotic formulations from fructanogenic starter cultures, as well as perform characterization research on these -biotics. It is required to examine numerous strains to discover those that display fructanogenic properties for this purpose. It will be possible to produce paraprobiotic and postbiotic strains with fructanjogenic characteristics on a laboratory scale. Following that, numerous characterization tests will be carried out, with the goal of evaluating the antibacterial, antioxidant, and anticarcinogenic capabilities of these -biotics in particular.