Marmara Dnizi musilajı ile deniz suyu metagenomunun karşılaştırmalı olarak incelenmesi
Comparative investigation of seawater and mucilage metagenomes in the Marmara Sea
Yazar: GİZEM KARIŞ
Danışman: PROF. DR. AYCAN GÜNDOĞDU
Erciyes Üniversitesi / Gevher Nesibe Genom ve Kök Hücre Enstitüsü  / Moleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Deniz Bilimleri = Marine Science

Özet:
Bu tez kapsamında Marmara Denizi'ndeki farklı istasyonlardan toplanan temiz su ve müsilaj örnekleri için yeni nesil dizileme ve biyoinformatik analizler kullanılarak metagenom boyutunda bir tanımlama yapılmıştır. Tezde kullanılan örnekler için taksonomik ve fonksiyonel bir tarama yapılarak müsilaj yayılımının akuatik mikrobiyomdaki homeostatik dengenin bozulmasıyla ilişkili olduğu hipotezi irdelenmiştir. 
Bu amaçlar doğrultusunda; çalışmanın ilk kısmında gerçekleştirilen saha çalışmalarında, 5 istasyondan (3 istasyondan yüzey, orta ve dip olmak üzere) 11 temiz su örneği ve 11 farklı istasyondan 11 müsilaj örneği toplamıştır. Çalışmanın ikinci kısmında, Marmara Denizi'nde müsilaj oluşumu yönünde bir farklılaşma olup olmadığının tespit edilmesi amacıyla 2 farklı istasyondan üç farklı dönemde 6 temiz su örneği toplanmıştır. Toplanan örneklerden ticari kitler ile total DNA izolasyonları yapılmış ve izole edilen dsDNA örnekleri için kalite/kantite ölçümleri tamamlanmıştır. Uygun kalite ve miktardaki dsDNA örnekleri için Illumina yeni nesil dizileme platformunda shotgun metagenom dizileme gerçekleştirilmiştir. Üretilen yeni nesil dizileme verileri için çalışma amaçları doğrultusunda biyoinformatik analizler yürütülmüştür. Çalışma sonucunda, temiz deniz suyu mikrobiyomunun müsilaj mikrobiyomundan farklılık gösterdiği ve taksonomik olarak sınıflandırılamayan okumaların (karanlık madde) müsilaj metagenomunun %58'ini oluşturduğu tespit edilmiştir. Gerçekleştirilen taksonomik analizlere göre müsilaj örneklerinde Chlamydiae ve Fusobacteria anlamlı oranda fazla bulunurken, temiz deniz suyu örnekleri Euryarchaeota, Proteobacteria ve Rhodothermaeota filumlarıyla karakterize edilmiştir. Müsilaj tahmini için gerçekleştirilen ikinci analizlerde, erken deniz mikrobiyomunun müsilaj oluşumu yönünde sinyal verecek imzayı taşımadığı öngörüsü ortaya çıkmıştır. Örneklemeyi takip eden yaz aylarında herhangi bir müsilaj oluşumunun gözlenmemesi bu öngörüyü desteklemiştir. Ayrıca, petrol türevleri gibi yağ kontaminasyonuna neden olan maddelerin, müsilaj oluşumunu tetikleyici bir etkiye sahip olabileceği ortaya konulmuştur. Çalışma kapsamında tespit edilen karanlık madde, müsilaj gibi özelleşmiş metagenomlar için kapsamlı haritalama yapacak yeterli veri bulunmadığını ancak mevcut verilerle deniz suyunun düzenli olarak incelenmesi ile müsilaj oluşumunun önceden öngörülebileceği sonucuna ulaşılmıştır. 

Anahtar Kelimeler: Müsilaj, Marmara denizi, mikrobiyom, metagenom, biyoinformatik

Abstract:
Within the scope of this thesis, a metagenome-scale identification was performed using next generation sequencing and bioinformatic analyses for clean water and mucilage samples collected from different stations in the Marmara Sea. A taxonomic and functional screening was carried out for the samples used in the thesis and the hypothesis that mucilage spread is related to the disruption of the homeostatic balance in the aquatic microbiome was examined. 
In accordance with these objectives; in the fieldworks conducted during the first part of the study, 11 clean water samples were collected from 5 stations (surface, middle and bottom from 3 stations) and 11 mucilage samples were collected from 11 different stations. In the second part of the study, 6 clean water samples were collected from 2 different stations in three different periods in order to determine whether there is a differentiation in the direction of mucilage formation in the Marmara Sea. Total DNA was isolated from the collected samples with commercial kits and quality/quantity measurements were completed for the isolated dsDNA samples. Shotgun metagenome sequencing was performed on Illumina next generation sequencing platform for dsDNA samples of appropriate quality and quantity. Bioinformatic analyses were carried out for the next generation sequencing data produced in line with the study objectives. As a result of the study, it was determined that the clean seawater microbiome differed from the mucilage microbiome and taxonomically unclassifiable reads (dark matter) constituted 58% of the mucilage metagenome. According to the taxonomic analyses, Chlamydiae and Fusobacteria were significantly more abundant in the mucilage samples, while the clean seawater samples were characterised by the phyla Euryarchaeota, Proteobacteria and Rhodothermaeota. A second analysis for mucilage estimation, it has been predicted that the early marine microbiome does not carry a signature indicative of mucilage formation. The absence of any observed mucilage formation during the summer months following the sampling supported this prediction. Additionally, it has been demonstrated that substances causing oil contamination, such as petroleum derivatives, may have a triggering effect on mucilage formation. The dark matter identified within the study revealed that there is insufficient data for comprehensive mapping of specialized metagenomes, such as mucilage. However, it was concluded that regular monitoring of seawater with the available data could allow for the prediction of mucilage formation in advance.

Keywords: Mucilage, Marmara sea, microbiome, metagenome, bioinformatics