Morca Mağarası'ndan izole edilen bakterilerin ürettikleri karotenoid pigmentlerinin karakterizasyonu
Characterization of carotenoid pigments produced by bacteria isolated from Morca Cave
Yazar: BATU ÇOLAK
Danışman: PROF. DR. NİHAL DOĞRUÖZ GÜNGÖR
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı / Temel ve Endüstriyel Mikrobiyoloji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Biyoloji = Biology ; Biyoteknoloji = Biotechnology ; Mikrobiyoloji = Microbiology
Dizin: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Endüstri = Industry ; Karotenoidler = Carotenoids ; Mağaralar = Caves ; Mikrobiyal = Mikrobial

Özet:
Şehir hayatından biraz uzaklaştığımızda bile dikkatimizi çeken ilk şeyler canlılığın göz kamaştırıcı renkleri ve organizmaların çevreleriyle bir uyum içerisinde yaşadıklarıdır. Tüm bunlar birer tesadüf gibi görünse de evrim ve adaptasyon süreci sonucu ortaya çıkan özelliklerin neredeyse hepsi bir fonksiyona hizmet etmektedir. Örneğin canlıların sahip olduğu renkler görsel bir iletişim aracı olarak görev alabilir. Ayrıca renkleri oluşturan organik pigmentler çeşitli biyolojik sistemlerde görev alarak canlının hayatta kalabilmesinde doğrudan rol de oynayabilir.
Mağaralar insanlar tarafından keşfedilebilecek büyüklükte olan doğal yeraltı oluşumlarıdır. Yüzey ile minimum temasta olan mağaralar çevre koşullarından oldukça izole haldedir. Mağaralar, girişleri haricindeki kısımları güneş ışığından uzak, sabit ve düşük sıcaklıkta, yüksek nem koşullarına ve düşük organik madde girişine sahip olan karmaşık yeraltı sistemlerini oluşturur. Bu nedenle ekstrem ortamlar olarak kabul edilirler.
Mağaraların ekstrem ortamına uyum sağlayabilmiş canlıların ürettikleri pigmentler ve enzimler biyoteknolojide araştırma konularıdır ve çeşitli endüstrilerde ürün olarak kullanılabilir. Karotenoidler gıda ve ilaç sanayinde sıkça kullanılan bir pigmentlerdir. Üretimi çoğunlukla bitki kaynaklı olmasına rağmen mikrobiyal kaynaklı üretimi de mümkündür. Bu tez çalışmasında Anamur bölgesinde bulunan Morca Mağarası'ndan izole edilen bakterilerin ürettikleri karotenoid pigmentlerinin tanımlanması ve bu pigmentlerin antimikrobiyal aktivitelerinin belirlenmesi amaçlanmıştır. 
Bu amaçla Morca Mağarası'nın 400m, 620m, 680m derinliklerinden alınmış toprak ve yüzey örneklerinden izole edilmiş bakterilerin karotenoid pigmenti üretimine bakılmıştır. Pigmentlerin karakterizasyonu yapılmış ve antimikrobiyal özellikleri test edilmiştir. İzole edilen toplam 254 bakterinin %74'ü Gram (+) %26'i Gram (-) özellik göstermiştir. Koloni renklerine göre seçilen 40 bakteriden izole edilen pigmentlerin karakterizasyonu İnce Tabaka Kromotografisi (TLC), Yüksek Performanslı Sıvı Kromotografisi (HPLC) ve spektrofotometrik analizlerle yapılmıştır.  Sonuçlar karşılaştırıldığında 25 izolatta beta karoten, 36 izolatta lutein (β,ε-karoten-3,3′-diol) olduğu ortaya çıkmıştır. Pigment üretimi gösteren bakterilerin %61.9'inin Actinobacteria, %33.4'inin Proteobacteria ve %4.7'inin Firmicutes filumlarına ait olduğu görülmüştür. Elde edilen mikrobiyal pigmentlerin antimikrobiyal aktivitesi disk difüzyon yöntemi ile test edilmiş ancak herhangi bir  etki saptanamamıştır.
Çalışmamız sonucunda, ekstrem ortamlar olarak kabul edilen mağaraların zengin bir mikrobiyal çeşitliliğe sahip olduğu, bu bakterilerin arasından seçilen izolatların endüstiyel alanlarda kullanılabilecek karotenoid pigmentleri ürettiği ortaya çıkmıştır. Bu nedenle mağaralar pigment üreten mikroorganizmaların keşfedilmesi için potansiyel bir kaynak oluşturur.

Abstract:
The resplendent nature of life and the harmony of organisms with their surroundings are one of the first things we notice when we leave the vicinity of the urban environment. Although they may seem like a matter of chance, almost all of these properties have resulted from the processes of evolution and adaptation, and serve a function. For example, the colors of living organisms can serve as a visual communication tool. Additionally, the organic pigments that display color can play a direct role in the survival of an organism by being part of its various biological systems.
Caves are natural underground formations that are large enough for human exploration. Having minimum contact with the surface, caves are rather isolated from the conditions of the environment. Except for their entrance, caves form complex underground systems devoid of sunlight, with constant but low temperature, high humidity, and a low influx of organic matter.
The pigments and enzymes of the organisms that have been able to adapt to the extreme conditions of caves can be utilized in several industries and as research areas in biotechnology. Carotenoid pigments are widely used in the food and pharmaceutical industries. Although carotenoid production is mainly plant-sourced and synthetic, microbial organisms can also be used for pigment production. In this thesis, it was aimed to identify the carotenoid pigments produced by the bacteria isolated from the Morca Cave in the Anamur region and to determine the antimicrobial activities of these pigments. 
The focus of this research is the carotenoid production of the bacteria that have been isolated from the soil and surface samples taken from the -400 m, -620 m, and -680 m levels of the Morca Cave. The pigments have been identified and tested for their antimicrobial effects. Of the 254 isolated bacteria, 74% were Gram (+) and 26% were Gram (-). 40 isolates are chosen for their colony colors and pigment identification carried with Thin Layer Chromatography (TLC), High-performance liquid chromatography (HPLC) ve spectrophotometric analyses. The results have shown that 25 of the isolates produce beta carotene, and 36 of them produce lutein (β,ε-carotene-3,3′-diol). It has been observed that Actinobacteria, Proteobacteria, and Firmicutes phyla make up 61.9%, 33.4%, and 4.7% of the pigmented bacteria respectively. The antimicrobial activity of the obtained microbial pigments was tested by the disc diffusion method, but no effect was found.
As a result of our study, it has been revealed that the Caves, which are considered as extreme environments, have a rich microbial diversity, and the isolates selected from these bacteria can produce carotenoid pigments that can be used in industrial areas. Therefore, caves constitute a potential source for the discovery of pigment-producing microorganisms.