Kitozan nanopartikülleri uygulanmış Bacopa monnieri (L.) pennel bitkisinin fizyolojik ve biyokimyasal parametrelerinin belirlenmesi ve bu bitkinin antioksidan, antikanser ve antimikrobiyal aktivitelerinin değerlendirilmesi
Determination of physiological and biochemical parameters of Bacopa monnieri (L.) pennel with applied chitosan nanoparticles and evaluation antioxidant, anticancer and antimicrobial activities of this plant
Yazar: ŞEYMA BULUT
Danışman: PROF. DR. HAKAN AŞKIN
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Moleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology
Dizin: Antikanser = Anticancer ; Antimikrobiyal aktivite = Antimicrobial activity ; Antioksidan aktivite = Antioxidant activity ; Nanopartiküller = Nanoparticles

Özet:
Amaç: Bu çalışmada, kitozan nanopartiküllerini (KNP) içeren besin ortamında in vitro olarak Bacopa monnieri (BM) bitkisinin büyütülmesi sonrasında bitkinin fizyolojik, biyokimyasal parametrelerinin ve antioksidan, antikanser ve antimikrobiyal aktivitelerinin araştırılması amaçlanmıştır.
Yöntem: In vitro temel besin ortamına eklenen KNP'nin farklı konsantrasyonları ile BM bitkisi doku kültüründe yetiştirilmiştir. Bitkilerin taze ve kuru ağırlıkları belirlendikten sonra biyokimyasal (fotosentetik pigment, protein, toplam fenolik, lipit peroksidasyon) parametreler analiz edilmiştir. Kuru bitkilerden 3 farklı (etanol, metanol, su) ekstraksiyon işlemi yapılmış ve sonrasında bitkinin antioksidan aktivitesi DPPH ve TAK yöntemleri ile; antioksidan enzim aktiviteleri ise CAT, SOD ve H2O2 yöntemleri ile incelenmiştir. Sitotoksik aktivite değerlendirmesi HeLa kanser hücre hattı üzerinde XTT yöntemi ile yapılmıştır. Antimikrobiyal özellik ise Escherichia coli ATCC 25922, Listeria monocytogenes ATCC 13932, Salmonella Typhimurium ATCC 14028 ve Bacillus cereus ATCC 6633 organizmaları üzerinde kuyu difüzyon yöntemi kullanılarak test edilmiştir.
Bulgular: Çalışmadan elde edilen sonuçlara göre KNP'nin bitkide klorofil-a, klorofil-b, toplam karotenoid ve protein içeriklerini artırdığı saptanmıştır. Diğer yandan toplam fenolik içeriğinde ve MDA içeriğinde azalmaya sebep olmuştur. KNP uygulamasının, DPPH aktivitesini genel olarak doza bağlı olarak artırırken toplam antioksidan kapasiteyi artan dozla birlikte azalttığı görülmüştür. SOD aktivitesi, KNP uygulanmış bitkilerde artmıştır ve KNP uygulanan bitki ekstraktları arasında en yüksek SOD aktivitesinin metanol ekstraktına ait olduğu saptanmıştır. CAT aktivitesinin KNP uygulanmış bitkinin metanol ekstraktında en yüksek seviyede olduğu belirlenmiştir. Sitotoksisite deneyinde metanol ve su ekstraktları için KNP uygulanmış bitkilerde kontrol grubuna kıyasla daha yüksek oran belirlenirken etanol ekstraktında kontrol grubu bitkilerin KNP uygulanmış bitkilere kıyasla daha yüksek sitotoksik aktivite gösterdiği belirlenmiştir. Hem kontrol hem de KNP uygulanmış bitkilerin su ekstraktlarının test edilen bakteriler üzerinde antimikrobiyal aktivite göstermedikleri; etanol ve metanol ekstraktlarının ise test edilen bakteriler arasında S. Typhimurium'a karşı daha etkili olduğu belirlenmiştir. 
Sonuç: Genel olarak KNP'lerin biyouyarıcı olarak uygulanmasının BM bitkisinin özelliklerini iyileştirmede olumlu bir etkiye sahip olduğu düşünülmektedir. Bununla birlikte, yüksek konsantrasyonlarda nanopartikül uygulamasının, normal koşullar altında hücresel süreçler ve bitki metabolizması üzerinde toksik etkileri vardır. Bu sebeple daha yüksek konsantrasyonlardaki KNP'lerin bitkilerin büyümesi ve fizyolojik özellikleri üzerinde toksisitesi ve olumsuz etkileri ile ilgili ek çalışmalara ihtiyaç bulunmaktadır.

Anahtar Kelimeler: Antioksidan, Bacopa monnieri, kitozan, nanopartikül, sitotoksisite, antimikrobiyal

Abstract:
Purpose: In this study, it was aimed to investigate the physiological, biochemical parameters and antioxidant, anticancer and antimicrobial activities of the plant after growing the Bacopa monnieri in a nutrient medium containing chitosan nanoparticles (CNPs) in vitro.
Method: B. monnieri was grown in tissue culture with different concentrations of CNP added to the basic nutrient medium in vitro. After determining the fresh and dry weights of the plants, biochemical (photosynthetic pigment, protein, total phenolic, lipid peroxidation) parameters were analyzed. Three different (ethanol, methanol, water) extraction processes were performed from dry plants and then the antioxidant activity of the plant was determined by DPPH and TAK methods; antioxidant enzyme activities were investigated by CAT, SOD and H2O2 methods. Cytotoxic activity evaluation was performed on HeLa cancer cell line by XTT method. Antimicrobial property was tested on Escherichia coli ATCC 25922, Listeria monocytogenes ATCC 13932, Salmonella Typhimurium ATCC 14028 and Bacillus cereus ATCC 6633 organisms using the well diffusion method.
Findings: According to the results obtained from the study, it was determined that CNP increased the chlorophyll-a, chlorophyll-b, total carotenoid and protein contents in the plant. But it caused a decrease in total phenolic content and MDA content. It was observed that CNP treatment increased the DPPH activity in a dose-dependent manner, while it decreased the total antioxidant capacity with increasing dose. SOD activity increased in CNP-treated plants and it was determined that the highest SOD activity among CNP-treated plant extracts belonged to the methanol extract. It was determined that the CAT activity was at the highest level in the methanol extract of the plant treated with CNP. In the cytotoxicity experiment, a higher rate was determined for methanol and water extracts in the plants treated with CNP compared to the control group, while it was determined that the plants in the control group showed higher cytotoxic activity compared to the plants treated with CNP for ethanol extract. Water extracts of both control and CNP-treated plants did not show antimicrobial activity on the tested bacteria; ethanol and methanol extracts were determined to be more effective against S. Typhimurium among the tested bacteria.
Results: In general, the application of CNPs as a biostimulant is thought to have a positive effect on improving the properties of the BM plant. However, the application of nanoparticles at high concentrations has toxic effects on cellular processes and plant metabolism under normal conditions. For this reason, there is a need for additional studies on the toxicity and adverse effects of higher concentrations of CNPs on the growth and physiological properties of plants.

Keywords: Antioxidant, Bacopa monnieri, chitosan, nanoparticle, cytotoxicity, antimicrobial