Doğu Karadeniz Bölgesi kıyısal alanında kültür edilebilir heterotrofik bakteri çeşitliliğinin araştırılması
Investigation of diversity of cultivable heterotrophic bacteria in the coastal areas of Eastern Black Sea
Yazar: SAMET KALKAN
Danışman: PROF. DR. GÜLŞEN ALTUĞ
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Deniz ve İçsu Kaynakları Yönetimi Ana Bilim Dalı / Deniz Biyolojisi Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Deniz Bilimleri = Marine Science ; Mikrobiyoloji = Microbiology ; Su Ürünleri = Aquatic Products
Dizin: Bakteri izolasyonu = Bacterial isolation ; Bakteriler = Bacteria ; Bakteriyolojik analiz = Bacteriological analysis ; Bakteriyolojik kirlilik = Bacteriological pollution ; Biyoindikatör = Bioindicator ; Doğu Karadeniz bölgesi = Eastern Black Sea region ; Karadeniz = Black Sea ; Karadeniz kıyıları = Black Sea coasts ; Patojenler = Pathogens ; Çeşitlilik = Diversity

Özet:
Doğu Karadeniz Bölgesi sahip olduğu çevresel faktörler nedeni ile çeşitli kirlilik kaynaklarının etkisi altında olan, aynı zamanda ülke ekonomisinde öneme sahip bir alandır. Bölgenin kıyısal alanında kirlilik baskısının bakteriyolojik tanımını yapan indikatör bakteri düzeyi ve kültür edilebilir heterotrofik aerobik bakteri çeşitliliğine yönelik kısıtlı çalışmalar özellikle bahar ve yaz aylarında su ve sedimentte bakteri sayısında artış olduğuna yönelik veriler sağlamıştır. Ancak bölgede detaylı bakteriyolojik veriler sunan bir çalışmaya rastlanmamıştır. Bu çalışmada, Doğu Karadeniz Bölgesi kıyısal alanında kültür edilebilir heterotrofik aerobik bakteri çeşitliliğini ve bakteriyolojik kirlilik düzeylerini belirlemek, bakteri kompozisyonlarını tanımlayarak bölgeye ait detaylı bakteriyolojik verileri ortaya koymak amaçlanmıştır.
Bölgenin noktasal kirlilik kaynaklarına göre seçilen 20 örnekleme istasyonundan Mayıs 2017-Şubat 2018 tarihleri arasında yaz ve ilkbahar mevsimlerinde aylık, kış ve sonbahar mevsimlerinde ise mevsimlik olmak üzere deniz suyu örneklemeleri gerçekleştirilmiştir. Kıyısal alandan 0-30 cm derinlikten aseptik koşullarda alınan yüzey suyu örneklerinde membran filtrasyon yöntemi kullanılarak indikatör bakteri analizleri yapılmıştır. Değişken çevresel parametreler multiparametre cihazı (YSI® 556) ile yerinde ölçülmüştür. Marine Agar kullanılarak yayma plak yöntemi ile kültür edilebilir heterotrofik aerobik bakteriler belirlenmiş, saflaştırılan kolonilerin metabolik özellikleri VITEK® 2 Compact 30 mikro tanımlama cihazı ile belirlenerek tanımlamaları yapılmıştır.
Örnekleme süresince mevsimlere göre indikatör bakteri düzeyleri incelendiğinde bütün istasyonlarda en yüksek değerler yaz aylarında tespit edilmiştir. Sıcaklık artışı ile bakteri düzeyleri arasında pozitif ilişki tespit edilmiştir. İndikatör bakteri düzeyleri ilkbahar ve yaz örneklemelerinde, sonbahar ve kış örneklemelerine göre çok daha yüksek bulunmuştur.
Örnekleme süresince istasyonlara göre indikatör bakteri düzeyleri incelendiğinde özellikle Bulancak Sahili, Batlama Çayı, Aksu Çayı, Görele Deresi, Fol Deresi, Söğütlü Deresi, Trabzon Limanı-Değirmendere, Rize Limanı, Hemşin Deresi ve Hopa Çayı gibi insan aktivitesinin diğer istasyonlara göre daha yoğun olduğu bölgelerdeki istasyonlarda bakteriyel yükün yüksek düzeyde olduğu ve yıl boyunca sürekli bir bakteriyel kirliliğin görüldüğü tespit edilmiştir.
En düşük toplam koliform bakteri düzeyi 1.0x10^3 kob/100 ml olarak şubat ayında Fırtına Deresi istasyonunda, en yüksek toplam koliform bakteri düzeyi 3.14x1038 kob/100 ml olarak ağustos ayında Bulancak Sahili istasyonunda tespit edilmiştir. 2004 yılında yayınlanan Su Kirliliği Kontrolü Yönetmeliği'nde belirtilen kıta içi su kaynaklarının sağlaması gereken kriterlere göre bölgede indikatör bakteri düzeyleri bakımından su kalitesinin yıl boyunca II. sınıf ile IV. sınıf kalite su arasında değiştiği tespit edilmiştir. 2006 yılında yayınlanan Yüzme Suyu Kalitesi Yönetmeliği'nde belirtilen yüzme ve rekreasyon amacıyla kullanılan suların sağlaması gereken kalite kriterlerine göre neredeyse tüm istasyonlarda kılavuzda belirtilen uyulması gereken kılavuz ve zorunlu değerlerin üzerinde indikatör bakteri tespit edilmiştir. 
Tüm istasyonlardan izole edilen bakterilerin tür dağılımları bölgede karasal kaynaklı kirlilik girdileri olduğunu gösteren indikatör bakteri verilerini desteklemiştir. Çalışma süresince izole edilen bakterilerin %88'i Gram-negatif patojen bakterilerin de yer aldığı Gammaproteobacteria sınıfına ait bulunurken bunu sırasıyla, Alphaproteobacteria (%6), Bacilli (%3) ve Betaproteobacteria (%2) sınıfları izlemiştir. İzole edilen türlerin %68'i ise Enterobacteriaceae familyasına ait olarak bulunmuştur. İzole edilen türlerin rastlanma sıklıkları, patojeniteleri ve biyoteknolojik özellikleri birbirinden önemli farklılıklar göstermektedir. Çalışma sonucunda 25 tür Doğu Karadeniz Bölgesi için, 4 tür ise Türkiye denizleri için ilk kayıt olarak tespit edilmiştir.
İzolatların test edildikleri substratlara verdikleri cevap frekansları değerlendirilerek bölgenin maruz kaldığı çevresel faktörlere karşı ortamın bakteriyel reaksiyon yapısı tanımlanmıştır. Karbonhidrat ve protein metabolizması ile ilgili enzimleri üretme yeteneğinde olan bakterilerin varlığı, ortamdaki çözünmüş karbonhidrat ve organik madde varlığı ile ilişkilendirilmiştir.
Sonuç olarak Doğu Karadeniz Bölgesi kıyısal alanında örnekleme süresince tespit edilen bakteriyolojik veriler bölge için temel bakteriyolojik verileri sağlarken, yüksek indikatör bakteri düzeyi ve doğal ortam bakterilerinden daha çok Gammaproteobacteria üyesi patojen bakterilerin varlığı, bölgede halk sağlığı ve ekosistem sağlığı açısından bakteriyolojik risk bulunduğunu göstermiştir. Elde edilen izolatların tespit edilen bazı metabolik özellikleri biyoteknolojik kullanım potansiyellerinin olduğunu ve bakteri izolatlarının bölgede bakteriyolojik riskler yanında fırsatlar sunduğunu da göstermiştir. Bölgede var olan bakteriyolojik kirlilik riskinin kaldırılması için uzun süreli izleme çalışmalarının yapılması, karasal kirlilik kaynaklarının kontrol altına alınacağı arıtım sistemlerinin kurulması ve kontrollerin sürekliliğinin sağlanması gerekmektedir.

Abstract:
The Eastern Black Sea Region is under the influences of various pollution sources due to the environmental factors as well as it has importance in the national economy. In the coastal area of the region, limited studies about the bacterial levels of indicator bacteria and cultivable heterotrophic aerobic bacterial diversity which define the bacteriological definition of the pollution pressure were provided information indicating an increase of the numbers of bacteria in water and sediment, especially in spring and summer. However, there is no study encountered which provides detailed bacteriological data in the region. In this study, it is aimed to determine the bacteriological pollution levels and the bacterial diversity of cultivable heterotrophic aerobic bacteria in the coastal area of the Eastern Black Sea Region and to reveal the detailed bacteriological data of the region by defining bacterial compositions.
The seawater samples were collected from 20 different sampling stations which were chosen according to point sources pollution of the region monthly during spring and summer period and seasonally during autumn and winter in the period between May 2017 and February 2018. Indicator bacteria analyzes of water samples, which were taken from the surface (0-30cm depth) in aseptic conditions from the coastal area were performed by the membrane filtration method. Variable environmental parameters were measured in-situ by a multiparameter device (YSI® 556). Bacterial identification and the metabolic properties of purified colonies were determined by VITEK® 2 Compact 30 automated micro identification device.
After the assessment of indicator bacteria levels regarding seasons during the sampling period, the highest values for all stations were determined in the summer months. A positive correlation was detected between temperature increase and bacterial levels. Indicator bacteria levels were higher in spring and summer samples than in autumn and winter samples.
When the bacterial levels were examined based on the stations during the sampling period, it was determined that the bacterial load was higher in Bulancak Coast, Batlama Creek, Aksu Stream, Görele Creek, Fol Stream, Söğütlü Creek, Trabzon Port-Değirmendere, Rize Harbor, Hemşin Creek and Hopa Stream stations where human activities were higher than the other stations and continuous bacterial contamination was observed throughout the year.
The lowest total coliform bacteria level was 1.0x10^3 cfu/100 ml on Fırtına Creek station in February 2018 and the highest total coliform bacteria level was 3.14x10^8 cfu/100 ml on Bulancak Coast Station in August 2017. The water quality classes in the region in terms of indicator bacteria levels were detected that they varied between class II with class IV according to the criteria required by the ″National Regulations of Water Pollution Control-Water Resources Usage-2004″. Almost in all stations, high indicator bacteria levels were detected which were higher than on the guidelines and mandatory values in the manual according to the criteria required by the ″National Regulations of Swimming Water Quality-2006″.
The data related to the distribution of bacteria species obtained from all stations supported reported indicator bacteria levels which showed terrestrial sourced pollution inputs in the region. It was revealed that 88% of the bacteria isolated during the study belonged to the class of Gammaproteobacteria including Gram-negative pathogenic bacteria, it was followed by Alphaproteobacteria (6%), Bacilli (3%) and Betaproteobacteria (2%). It was found out that 68% of the isolated species belonged to Enterobacteriaceae family. The prevalence, pathogenicity and biotechnological characteristics of the isolated species have been found to differ. Twenty-five species for the Eastern Black Sea region and 4 species for the Turkish marine seas have been identified as the first records.
The bacterial reaction structure of the environment was defined against the environmental factors of the region according to evaluation of the response frequencies of the isolates against to the tested substrates. The presence of bacteria which are capable of producing enzymes related to carbohydrate and protein metabolism has been associated with the presence of dissolved carbohydrates and organic matter in the environment.
As a result, the bacteriological data obtained during the sampling in the coastal areas of the Eastern Black Sea Region yielded basic bacteriological data for the region. The high levels of indicator bacteria and the presence of Gammaproteobacteria member pathogenic bacteria more than local bacteria were indicated a serious bacteriological risk in terms of public health and ecosystem health. Some of the metabolic properties of the obtained isolates showed that they have potential for biotechnological use and they offer opportunities as well as bacteriological risks in the region. In order to remove the risk of bacteriological pollution in the region, it is necessary to conduct long-term monitoring studies, to establish the treatment systems where land pollution sources will be controlled and to ensure the continuity of the controls.