Pseudomonas sp.'den karıştırmalı tank reaktöründe polihidroksialkanoatların üretim optimizasyonu, kinetik modellendirilmesi, izolasyonu,karakterizasyonu ve biyomateryal olarak kullanım olanaklarının araştırılması
Optimization of polyhydroxyalkanoate production in the stirred tank reactor by Pseudomonas sp., isolation and characterization of the polyhydroxyalkanoate and investigation of the potential usage of biopolymer as a biomaterial
Yazar: EMRE ERDEN ÇAKMAKLI
Danışman: PROF. DR. NURDAN PAZARLIOĞLU ; DOÇ. DR. SERAP EVRAN
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyokimya Bölümü / Biyokimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: Biyokimya = Biochemistry ; Biyoteknoloji = Biotechnology
Dizin: Biyopolimerler = Biopolymers ; Polihidroksialkanoatlar = Polyhydroxyalkanoates

Özet:
Polihidroksialkanoatlar (PHA) azot sınırlamalı koşullarda ve aşırı karbon kaynağı varlığında bakterilerde granüller halinde depolanan poliesterlerdir. Sahip oldukları fiziksel ve kimyasal özellikler sayesinde bu biyopolimerler, petrol-türevli polimerlere karşı iyi birer alternatif oluşturmaktadır. Biyouyumlu ve biyobozunur özellikte olmalarının yanı sıra PHA'lar doku mühendisliği ve biyomedikal alanında oldukça uygun materyallerdir. 
PHA'ların yaygın olarak kullanımında karşılaşılan sorun üretim maliyetlerinin yüksek olmasıdır. Bu sorun, daha etkin bakteriyel suşların geliştirilmesi ve daha iyi bir proses optimizasyonu ve kontrolü ile giderilebilir. Bu tez projesinde, farklı Pseudomonas suşları kullanılarak PHA'ların yıkımında görev alan phaZ geninin delesyonu ve PHA'ların üretiminde görev alan PHA sentaz genlerinin yine doğal üretici Pseudomonas suşlarına aktarımı üzerine çalışmalar yapılarak daha etkin bir bakteriyel suş geliştirildi. Geliştirilen rekombinant ve doğal üretici Pseudomonas suşu tarafından PHA üretim verimleri karşılaştırıldı ve geliştirilen rekombinant suş ile mcl-PHA üretim verimi (YXP) %4,1'den %7,6'ya arttırıldı. 
Ayrıca derin kültürlerde PHA üretiminin optimizasyonu, üretilen biyopolimerin izolasyonu ve karakterizasyonu yapılarak üretilen biyopolimerin biyomateryal olarak kullanım olanakları araştırıldı. Karakterizasyon çalışmaları için Fourier Transform Infrared spektroskopisi (FTIR), Nükleer Manyetik Rezonans spektroskopisi (NMR), Diferansiyel Taramalı Kalorimetre (DSC), Termo Gravimetrik Analiz (TGA) ve Jel Permeasyon Kromatografisi (GPC) analizlerinden yararlanıldı. FTIR, NMR ve GPC analizleri sonucunda doğal üretici P. aureofaciens'in karbon kaynağı olarak sadece sodyum oktanoat kullanıldığı koşullarda majör bileşen olarak 3-hidroksioktanoat monomerlerinden oluşan, yaklaşık 248 kDA molekül ağırlığına sahip orta zincirli PHA (mcl-PHA) ürettiği tespit edildi. DSC analizleri sonucunda üretilen mcl-PHA'nın erime noktası (Tm) "42oC", cam geçiş sıcaklığı (Tg) ise "-41oC" olarak saptandı ve Termo gravimetrik analiz sonucunda 294 oC'de kimyasal yapısının %96'sının bozunduğu tespit edildi.

Abstract:
Polyhydroxyalkanoates or PHAs are linear polyesters synthesized and stored in the cell cytoplasma as water-insoluble incusions by bacteria under the limited nitrogen and excessive carbon sources. These biopolymers are alternative to oil-derived polymers and they have different physical and chemical properties. Besides they are biocompatible and biodegradable, PHAs can be used in most of biomedical applications including tissue engineering as a tissue scaffold, controlled drug release and biomedical implants.
The most common problem encountered in PHA production is high production costs of PHA. The production costs can be reduced by developing efficient bacterial strains and optimizing the production process. Because of the these reasons, this project aims to develop recombinant Pseudomonas sp. by harboring PHA synthase genes, which are responsible in the synthesis of PHA, to wild-type Pseudomonas sp. and to develop recombinant phaZ-deficient Pseudomonas sp. 
In addition to these studies, optimization of the PHA production in the submerged culture conditions were investigated and the biopolymer produced in bacteria was isolated and characterized by Fourier Transformation Infrared (FTIR) Spectroscopy, Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy (NMR), Differential Scanning Colorimetery (DSC), Thermo Gravimetric Analysis (TGA) and Gel Permeation Chromatography (GPC). FTIR and NMR analysis results showed that wild-type P. aureofaciens produced medium chain length PHA (mcl-PHA) composed of 3-hydroxyoctanoate monomers as a major component when the sodium octanoate was used as a sole carbon source and GPC analysis results showed that the molecular weight of produced mcl-PHA was 248 kDA. DSC results showed that the melting temperature (Tm) and glass transition temparature (Tg) of mcl-PHA were "42oC" and "-41oC", respectively. The results from the TGA analysis showed that the mcl-PHA was stable until 294oC. Also, the potential usage of the biopolymer as a biomaterial was also investigated.