Mikrobiyal elektrokimyasal hücrelerde psikoaktif ilaçların elektrik ve hidrojen üretimi üzerine etkileri /
Yazar: DİLAN AKAGÜNDÜZ
Danışman: PROF. DR. TUNÇ ÇATAL
Üsküdar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı / Biyomühendislik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Biyoteknoloji = Biotechnology ; Mikrobiyoloji = Microbiology

Özet:
Bu çalışmada, mikrobiyal elektrokimyasal hücreler kullanılarak, selektif serotonin geri alım inhibitörleri (SSGİ) grubuna ait olan paroksetin ve serotonin-norepinefrin geri alım inhibitörleri (SNGİ) grubuna ait venlafaksin ve ODV (O-desmetilvenlafaksin) ilaçlarının elektrik ve hidrojen üretimi üzerine etkileri araştırıldı. İdrar içerisinde çözünmüş ve sentetik atıksu içerisinde çözünmüş ilaçlar kombine olarak mikrobiyal yakıt hücreleri (MYH)'nde voltaj üretim performansı değerlendirilmek üzere aşılandı. İlaçların uzaklaştırılma oranları MYH'ler kullanılarak araştırıldı. Saatte bir toplanan numuneler ve operasyon öncesi ve sonrası örnekler sıvı kromatografi-kütle spektrometresi (LC-MS/MS) kullanılarak analiz edildi. Mikrobiyal elektroliz hücreleri (MYH) hidrojen gazı üretim performansı için SSRI ve SNRI içeren sentetik atık su ile aşılanmıştır. Mikrobiyal elektroliz hücreleri (MEH) hidrojen gazı üretim performansı için SSRI ve SNRI içeren sentetik atık su ile aşılanmıştır. Gaz üretimi gözlendi ve gaz kromatografisi (GC) ile ölçüldü. İlaçların MEH'lerde operasyonlar sırasında giderimi LC-MS/MS cihazı ile analiz edildi. Paroksetin, venlafaksin ve ODV'nin sitotoksik etkileri, MTT tayin yöntemi kullanılarak sağlıklı hücre hattı (ECV-304) üzerinde değerlendirildi. Ek olarak, atıksu çözeltilerinin kimyasal oksijen ihtiyacı (KOİ), pH değerleri ve optik yoğunluğu spektrofotometrik olarak analiz edildi. Glukoz varlığında MYH'lerde maksimum voltaj üretimi 213 mV idi. MYH'lere 0-30-150 ng/mL SSGİ+SNGİ eklendiğinde, maksimum voltaj değerleri sırasıyla 188 mV, 145 mV, 80 mV olarak ölçüldü. Giderim analizi sonuçlarına göre paroksetin %94, venlafaksin %66, ODV %48 oranında giderilmiştir. İlaçların giderim oranları hesaplandı ve sırasıyla; paroksetin>venlafaksin>ODV (10 ng/mL/sa., 11 ng/mL/sa., 16 ng/mL/sa.) olarak bulundu. Sonuçlarımıza göre, paroksetinin biyodegradasyonu venlafaksin ve ODV'den daha hızlıydı. Hidrojen gazı, MEH'lerde SSGİ ve SNGİ ilaçlarının varlığında başarılı bir şekilde üretildi. 190 ng/mL ilaç MEH'lere aşılandığında, 12 mL hidrojen gazı ve 0.06 mL metan gazı üretimi gözlendi. Paroksetin, venlafaksin ve ODV ilaçlarının yaklaşık %99'u MEH'lerle giderildi. Sonuç olarak, mikrobiyal elektrokimyasal hücreler, psikoaktif ilaç metabolitleri ile kirlenmiş atıksular kullanılarak elektrik ve hidrojen üretmek için kullanılabilir.

Anahtar Kelimeler: idrar, mikrobiyal elektroliz hücresi, mikrobiyal yakıt hücresi, selektif serotonin geri alım inhibitörü, serotonin norepinefrin geri alım inhibitörü.

Abstract:
In this study, the effects of paroxetine belonging to selective serotonin reuptake inhibitors (SSRIs) and venlafaxine, ODV (O-desmethylvenlafaxine) drugs belonging to the serotonin-norepinephrine reuptake inhibitors (SNRIs) group were investigated using microbial electrochemical cells. The drugs dissolved in urine and dissolved in synthetic wastewater were inoculated with microbial fuel cells (MFCs) to evaluate the voltage production performance. The removal rates of the drugs were investigated using MFCs. The samples collected hourly and the influent and effluent samples were analysed using liquid chromatography coupled with tandem mass spectrometry (LC-MS/MS). Microbial electrolysis cells (MECs) were inoculated with the synthetic wastewater containing SSRI and SNRIs for hydrogen gas production performance. The gas production was observed and measured by gas chromatography (GC). The removal of the drugs during MEC operations was analyzed by LC-MS/MS instrument. The cytotoxic effects of paroxetine, venlafaxine and ODV were evaluated on the healthy cell line (ECV-304) using the MTT assay method. In addition, the chemical oxygen demand (COD), pH values and optical density of the effluent solutions were analyzed, spectrophotometrically. The maximum voltage production was 213 mV in the presence of glucose in the MFCs. When 0-30-150 ng/mL SSRI+SNRI was added to MFCs, the maximum voltage values were measured as follows; 188 mV, 145 mV, 80 mV, respectively. The removal percentages of paroxetine, venlafaxine and ODV were found as follows; 94%, 66%, 48%, respectively. The rates of the drug removal in MFCs were calculated as follows; paroxetine>venlafaxine>ODV (10 ng/mL/h, 11 ng/mL/h, 16 ng/mL/h). According to our results, the biodegradation of paroxetine was faster than those of venlafaxine and ODV. Hydrogen gas was succesfully produced in the presence of SSRI and SNRI drugs in MECs. When 190 ng/mL drug was inoculated into MECs, 12 mL hydrogen gas, and 0.06 mL methane gas production was observed. Around 99% of paroxetine, venlafaxine, and ODV drugs were removed during MEC operations. In conclusion, that microbial electrochemical cells could be used to generate electricity and hydrogen using wastewaters contaminated with psychoactive drugs metabolites. 

Keywords: microbial electrolysis cell, microbial fuel cell, selective serotonin reuptake inhibitör, serotonin norepinephrine reuptake inhibitor, synthetic wastewater.