Mikrobiyal yakıt hücreleri kullanılarak SARS-CoV-2 yüzey antijeninin sentetik atık sudan giderimi ve eş zamanlı elektrik üretimi
Investigation of bioremediation of SARS-CoV-2 contaminated wastewaters using microbial fuel cells
Yazar: SILA ARSLAN
Danışman: PROF. DR. TUNÇ ÇATAL
Üsküdar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı / Biyoteknoloji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Mikrobiyoloji = Microbiology

Özet:
Zaman geçtikçe dünyadaki insan sayısı giderek artmaktadır. Zamanla artan nüfustan doğan ihtiyaçla birlikte insanoğlu sanayileşmeye, endüstriyelleşme ve dijitalleşmeye doğru gitmektedir. Bu da çok fazla enerji ihtiyacı doğurmaktadır. Aynı zamanda sanayileşme ve endüstrileşme, atık suların giderek artmasına sebep olmaktadır ve atık suların arıtımının yapılarak doğaya tekrar kazandırılmasını gerektirmektedir. Bunun yanı sıra içinde bulunduğumuz bu yıl dahil olmak üzere dünya, tarih boyunca birçok hastalığa sahne olmuştur. Bu son görülen COVID-19 pandemisi dünyadaki her bir ülkeyi gerek ekonomik gerek sosyal gerek kültürel bir şekilde derinden sarsmıştır. COVID-19'a neden olan SARS-CoV-2 ölümcül biyolojik ajanı MERS ve SARS virüsleri gibi koronavirüs ailesine ait bir patojendir. Bugüne kadar SARS-CoV-2 ile enfekte olmuş insanların sayısı 550 milyonu geçmiş ve neredeyse 6.5 milyon insan hayatı sona ermiştir. Bulaşıcılığı oldukça fazla olan SARS-CoV-2 virüsü, enfekte bireylerin dışkı ve idrar örneklerinde de yaşamını sürdürmektedir. Bu virüslü sindirim ve boşaltım sistemi son ürünleri, kanalizasyon atık sularına karışmaktadır. Atık su arıtma tesisleri dahil hastane atık suları ve kanalizasyonlarda yapılan çalışmalarda COVID-19 hastalığına neden olan bu virüs saptanmıştır. Bu noktada virüsün yayılımını sınırlandırmak ve daha fazla insanın enfekte olmasını engellemek adına atık sudan SARS-CoV-2 arıtımı ihtiyacı doğmuştur. Mevcut giderim metotları Mikrobiyal yakıt hücreleri (MYH'leri), atık su arıtımını ve eş zamanlı elektrik üretimini mümkün kılan biyoelektrokimyasal sistemlerdir. Bu çalışmada SARS-CoV-2 ile kirlenmiş atık suların MYH'leri kullanılarak biyoremediasyonu araştırılmıştır. Literatürde daha önce yapılan emsal bir çalışmaya rastlanmamıştır. Çalışmamızda S1 antijen proteini ile SARS-CoV-2 ile kontamine olmuş atık suların bir modellemesi yapılmıştır. Modellenen atık su, iki farklı sıcaklık ortamında (oda sıcaklığı ve sıcaklık kontrollü kabin ortamı (30±2°C)) bulunan biyotik ve abiyotik MYH'lerine verilmiştir ve elektrik üretim verileri takip edilmiştir. Uygun koşullarda operasyon gerçekleştirerek virüsün giderim konsantrasyonu Enzim İlintili İmmün Testi (ELISA) ile tespit edilmiştir. Bulgular, özellikle oda sıcaklığındaki kapalı sistem MYH'nin SARS-CoV-2 virüs konsantrasyonunu kademeli, sistematik ve kararlı bir şekilde düşürdüğünü göstermiştir. Sonuç olarak, SARS-CoV-2 ile kirlenmiş atık suların biyoremediasyonunun MYH'leriyle elektrik üretimi gerçekleştirirken yapılabileceği kanısına varılmıştır. Ayrıca, geliştirilen yöntemin yeni bir biyosensör olabileceği önerilmektedir.

Abstract:
The number of people on our planet has been growing over time. Humans are heading toward industrialization, urbanization, and digitalization as a result of the expanding population. This requires a lot of energy. Simultaneously, industrialization and urbanization generate a progressive rise in the effluent, necessitating wastewater treatment and recycling to nature. Furthermore, several diseases have taken hold of the world throughout history, including this year. Every country in the globe has been badly impacted by the newest COVID-19 epidemic, both economically, socially, and culturally. The pathogen SARS-CoV-2, which causes COVID-19, is a member of the coronavirus family, which also includes the MERS and SARS viruses. To date, almost 550 million individuals have been infected with SARS-CoV-2, with nearly 6.5 million deaths. The extremely dangerous SARS-CoV-2 virus may also be found in infected people's feces and urine. These contaminated digestive and excretory system wastes are combined with sewer effluent. This virus, which causes COVID-19, has been found in hospital wastewater and sewers, as well as wastewater treatment facilities. At this moment, the necessity for SARS-CoV-2 wastewater treatment arose in order to limit the virus's transmission and prevent more individuals from becoming sick. Microbial fuel cells (MFCs) are bioelectrochemical devices that may clean wastewater while also producing power. The bioremediation of SARS-CoV-2 polluted wastewater utilizing MFCs was examined in this work. There is no prior research in the literature. In our investigation, we created a model of wastewater polluted with S1 antigen protein and SARS-CoV-2. The modeled wastewater was fed to biotic and abiotic MFCs in two temperature conditions (ambient temperature and controlled temperature (30±2°C)), and data on energy generation were collected. Enzyme-Linked ImmunoSorbent Assay (ELISA) was used to assess the viral removal concentration by executing the operation under proper circumstances. The results demonstrated that the closed system MFC, particularly at ambient temperature, progressively, systematically, and continuously reduced the SARS-CoV-2 viral concentration. As a result, it was concluded that the bioremediation of SARS-CoV-2 contaminated wastewater can be done while generating electricity with MFCs. In addition, it is suggested that the developed method may be a new biosensor.