Escherichia coli akuporin-Z içeren nanofiltrasyon membran üretiminin ve filtrasyon parametrelerin optimizasyonu
Optimizing production of Escherichia coli akuaporin-Z containing nanofiltration membrane and filtration parameters
Yazar: AYŞENUR ÖZTÜRK
Danışman: PROF. DR. MELEK ÖZKAN
Gebze Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında Escherichia coli (E. coli) akuaporin Z proteini kullanılarak
biyomimetik bir desalinasyon membranı üretilmiştir. E. coli akuaporinZ geni daha
önceki çalışmalarda pGEX-4T-2 saflaştırma vektörüne klonlanmıştır, bu tez
çalışmasında akuaporin (GST-ECAqpZ) BL21 hücrelerinden Glutathione sepharose 4B
(GE Healthcare) boncukları kullanılarak saflaştırılmıştır. Akuaporinler DOPC
lipozomalrı içine film rehidrasyon yöntemiyle yerleştirilmiş ve durdurulmuş akışlı ışık
saçılım spektrometresinde su geçirgenlikleri ölçülmüştür. Işık saçılım değerleri
saflaştırılan akuaporinlerin fonksiyonel olduğunu göstermektedir. Ayrıca
lipozomların içindeki akuaporin miktarı artırıldıkça su geçirgenliğinin arttığı
görülmüştür. Lipozom içine yerleştirilen akuaporinler polisülfon membran yüzeyine
ince film tabaka (TFC) yöntemi ile yerleştirilmiştir. Hazırlanan TFC konposit
membranların su geçirme ve tuz reddetme kapasiteleri ölü uçlu filtrasyon hücresi
kullanılarak ölçülmüştür. Akuaporin içeren biyomimetik membranların tuz reddetme
kapasiteleri farklı akuaporin miktarı (0.5, 1 ve 2 mg/ml), farklı tuz konsatrasyonları
(10, 100 ve 800 mM) ve iki farklı basınçta (5-10 bar) test edilmiştir. Tuz
konsantrasyonu arttıkça membranların reddetme (% R) kapasitesi düşmesine karşın,
akuaporin içeren membranların tuz reddetme hızlarının (saatte itilen tuz miktarı)
kontrol membranına kıyasla oldukça yüksek olduğu görülmüştür. Akuporinlerin
membranların su akısını artırdığı tespit edilmiştir. Deniz suyuna eşdeğer (800 mM)
tuzlu su filtre edildiğinde E. coli AqpZ içeren membranın en yüksek tuz reddetme
değeri 5 bar basınç için 1 mg/mL proteolipozom içeren membranla 47.2±19.5, 2
mg/mL proteolipozom içeren membranda ise 60.07±22.1 g/m2
.sa olarak
ölçülmüştür. Ayrıca, akuaporin içeren membranların glikoz, gliserol ve üreyi filtre
etme kapasiteleri belirlenmiştir. Akuaporin içeren membranın glikoz reddetme
kapasitesi kontrole kıyasla yüksek bulunmuştur, ancak üre ve gliserol filtrasyonu için
uygun olmadığı görülmüştür.

Abstract:
In this thesis, biomimetric membranes were produced by using aquaporin
proteins obtained from Escherichia coli (E. coli) bacteria. E.coli AquaporinZ gene was
previously cloned in pGEX-4T-2 purification vector. In this study, these recombinant
aquaporins were purified from E. coli BL21 cells using Glutathione sepharose 4B (GE
Healthcare) beads. Purified aquaporins were embedded in DOPC liposomes by film
rehydration method and their water permeation capacities were measured using
stop-flow light scattering spectrometry. According to the measurement results, it
was observed that the light scattering increased as the aquaporin concentration
increased in the liposomes. Aquaporins placed in liposomes were placed on
polysulfone membrane surface by thin film layer (TFC) method. Water permeability
and salt rejection capacity of prepared membranes were measured using a deadend filtration cell. The salt rejection capacities of the aquaporin-containing
membranes were tested with different aquaporin amounts (0,5, 1 and 2 mg/mL),
different salt concentrations (10, 100 and 800 mM) and under two different
pressures (5 and 10 bar). Results showed that as salt concentration increased,
rejection (% R) capacities of membranes decreased, however, salt rejection rates
increased. The highest salt rejection rate of E. coli AqpZ-containing membrane with
1 mg/mL and 2 mg/mL proteoliposome concentration was measured as 47,2±19,5
and 60,07±22,1 g/m2
.h, respectively, at 5 bar pressure with 800 mM saline. In
addition, the capacity of aquaporin containing membranes to filter glucose, glycerol
and urea was determined. While incorporation of GST tagged E. coli aquaporinZ to
the membrane structure increased glucose rejection, it was not usable for urea and
glycerol rejection.