Gıda güvenliğini tehdit eden bakterilerin tespiti için yöntem geliştirilmesi
Developing a method for the detection of bacteria that threaten food safety
Yazar: RÜVEYDA KORKMAZ
Danışman: PROF. DR. GÖKÇE MEREY
Marmara Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Temel Sağlık Bilimleri Ana Bilim Dalı / Biyogüvenlik ve Biyoemniyet Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Beslenme ve Diyetetik = Nutrition and Dietetics ; Kimya = Chemistry ; Mikrobiyoloji = Microbiology
Dizin: Temel gıda ürünleri = Basic food products

Özet:
Gıda kaynaklı hastalıklar, tüm dünyada hastalık yükünün önemli bir kısmını oluşturmaktadır. Gıdalardaki patojen mikroorganizmaların analizi için kullanılmakta olan yöntemler (kültür, PCR, ELISA vb.) zaman alıcı ve maliyetli olabilmekte, bu nedenle alternatif olarak hızlı ve hassas bir şekilde tanı yapabilecek biyosensörlere ihtiyaç duyulmaktadır.
Gerçekleştirilen çalışmada, başta gıda güvenliğini tehdit eden bakteriler olmak üzere genel olarak pek çok bakterinin tespitine yönelik yöntem geliştirilmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla, bakterilere özgü ve seçiciliği sağlayacak bir analit-biyoreseptör ilişkisinin kurulması hedeflenmiştir. Bu ilişkiyi kurmak için bakterilere özgü bir nükleotid olan siklik-dimerik guanozin monofosfat (c-di-GMP) üzerinde çalışılmıştır. c-di-GMP, pek çok bakteride enzimatik aktiviteye sahip proteinlere bağlanarak virulans, biyofilm oluşumu, motilite, polisakkarit sentezi ve selüloz sentezi gibi bir çok aktiviteyi kontrol etmektedir. Bakterilerde bulunan c-di-GMP'nin bloke edilmesi ile bu fonksiyonlar da sonlandırılabilir. Bununla birlikte, sadece bakterilere özgü bir nükleotid olan c-di-GMP'nin varlığını ve miktarını belirleyebilecek bir yöntem bakterilerin de varlığını ve miktarını belirlemeyi sağlayacaktır.
Literatür verileri incelendiğinde c-di-GMP ile etkileşen moleküllerin, akridin türevleri gibi çoklu ve konjuge aromatik moleküller olduğu görülmektedir. Bu tür etkileşimler c-di-GMP'nin G-quadruplex yapı oluşturmasını ve fonksiyonlarını sona erdirmesini sağlar. Aynı zamanda c-di-GMP'nin UV spektroskopisinde 254 ve 302 nm'de ölçülen absorbansı bu etkileşim sonucunda değişir. Buradan hareketle etkileşime giren moleküller UV absorbansını değiştirerek bir ortamdaki c-di-GMP miktarının hesaplanmasına, c-di-GMP miktarına bağlı olarak da bakteri miktarının hesaplanmasına olanak sağlar. Bu moleküllerin çözünmeyen bir silika jel destek üzerinde olması biyosensör amaçlı kullanılma potansiyeli oluşturur. Gıda güvenliğini tehdit eden bakterilerin başında gelen Campylobacter jejuni ve Escherichia coli, ikincil haberci olarak c-di-GMP bulunduran bakterilerdir ve c-di-GMP'nin bir ortamda tespitini sağlayacak bir yöntem bu bakterilerin ortamda bulunup bulunmadığını veya hangi miktarda bulunduğunu anlamayı sağlayacaktır. 
Bu amaçla yapılan çalışmada, ikisi silika jel desteğe bağlı olmak üzere çoklu aromatik grup içeren dört adet bileşik sentezlenmiştir. Sentezlenen yapıların farklı konstantrasyonlarda ve aktifleyici olarak potasyum katyonu (K+) varlığında ve katyonsuz c-di-GMP çözeltileri ile etkileşimleri UV spektroskopisinde incelenmiştir. Elde edilen sonuçlar incelendiğinde c-di-GMP'nin konsantrasyonunda anlamlı bir düşüş gözlenmiştir. Bu durum, sentezlenen yapıların c-di-GMP ile etkileştiğini ve bakteri tespiti için biyosensör tasarımında kullanılma potansiyelleri olduğunu göstermektedir.

Abstract:
Foodborne diseases constitute an important part of the disease burden all over the world. The methods used for the analysis of pathogenic microorganisms in foods (culture, PCR, ELISA, etc.) can be time-consuming and costly, therefore, biosensors that can diagnose quickly and sensitively are needed as an alternative.
In this study, it was aimed to develop a method for the detection of several bacteria, especially those that threaten food safety. For this purpose, it is aimed to establish an analyte-bioreceptor interaction that is specific to bacteria and will provide selectivity. To establish this interaction, cyclic-dimeric guanosine monophosphate (c-di-GMP), a bacteria-specific nucleotide, was studied. c-di-GMP controls activities such as virulence, biofilm formation, motility, polysaccharide synthesis and cellulose synthesis by binding to proteins with enzymatic activity in many bacteria. These functions can also be terminated by blocking the c-di-GMP found in bacteria. However, a method that can determine the presence and amount of c-di-GMP, which is a bacteria-specific nucleotide, will also enable to determine the presence and amount of bacteria.
When the literature data is examined, it is seen that the molecules interacting with c-di-GMP are multiple and conjugated aromatic molecules such as acridine derivatives. Such interactions allow c-di-GMP to form G-quadruplex and terminate its functions. Meanwhile, the absorbance of c-di-GMP measured at 254 and 302 nm in UV spectroscopy changes as a result of this interaction. From this point of view, the interacting molecules change the UV absorbance, allowing the amount of c-di-GMP to be calculated in an environment, and the amount of bacteria to be calculated based on the amount of c-di-GMP. Having these molecules on an insoluble silica gel support will give potential to use for biosensor purposes. Campylobacter jejuni and Escherichia coli, which are the leading bacteria that threaten food safety, are bacteria that contain c-di-GMP as a secondary messenger, and a method that will detect c-di-GMP in an environment will allow to understand whether these bacteria are present in the environment or in what amount.
In this study, four compounds containing multiple aromatic groups were synthesized, two of which were attached to silica gel support. The interactions of the synthesized structures with different concentrations and in the presence of potassium ion (K+) as an activating cation and cation-free c-di-GMP solutions were investigated via UV spectroscopy. When the obtained results were examined, a significant decrease was observed in the concentration of c-di-GMP. This indicates that the synthesized structures interact with c-di-GMP and have the potential to be used in biosensor design for bacteria detection.