Mikrobiyal olarak sentezlenmiş nanopartikül katkılı doğal biyopolimer film geliştirilmesi
Development of natural biopolymer film incorporated with microbially synthesized nanoparticle
Yazar: TUBA BAYGAR
Danışman: PROF. DR. AYSEL UĞUR
Muğla Sıtkı Koçman Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: Biyoloji = Biology ; Biyoteknoloji = Biotechnology ; Mikrobiyoloji = Microbiology

Özet:
Sahip oldukları güçlü karakteristik özellikleri nedeniyle gümüş nanopartiküllerin çeşitli uygulama alanlarında kullanım olanakları günümüzde yoğun olarak araştırılmaktadır. Gümüş nanopartiküllerin ilavesiyle geliştirilen materyaller ise kazandıkları optik, elektriksel, katalitik ve antimikrobiyal etkileri açısından eşsiz fizikokimyasal ve biyokimyasal özellikler göstermektedir. Etkin antimikrobiyal performans kazandırmak üzere, gümüş nanopartiküllerin çeşitli biyopolimerler ile oluşturdukları fonksiyonel nanokompozitlerin tasarımı üzerine ilgi giderek artmaktadır. Nanopartikül sentezi, farklı yöntemlerle gerçekleştirilen ve işlem sonucunda çoğunlukla toksik kimyasalların açığa çıktığı maliyetli bir uygulamadır. Ancak biyolojik organizmaların kullanıldığı yeni nesil yeşil sentez uygulamaları, ucuz ve çevre dostu nanopartikül sentezi için önemli ve ilgi çekici bir yöntem olarak karşımıza çıkmaktadır.
Bu tez çalışmasında; ekolojik kirlilik oluşturmadan mikrobiyal olarak sentezlenen gümüş nanopartiküller ile Leuconostoc mesenteroides NRRL B-512 kullanılarak sentezlenen dekstran polimerinin kullanıldığı antimikrobiyal kompozit film geliştirilmiştir. Tez çalışmasında Streptomyces sp. AU2 izolatı kullanılarak sentezlenen gümüş nanopartiküller Ultraviyole (UV) ve Görünür Bölge Spektroskopisi, Fourier Transform Infrared Spekstroskopisi (FT-IR),  Geçirimli Elektron Mikroskopu (TEM), Taramalı Elektron Mikroskopu (SEM) ve X-Işını Difraksiyonu (XRD) ile karakterize edilmiştir. Ayrıca Enerji Dağılımlı X-Işını Spektroskopisi (EDS) ile elemental analiz gerçekleştirilmiştir. Karakterizasyon analizleri sonucunda Streptomyces sp. AU2 izolatı kullanılarak sentezlenen nanopartiküllerin 422 nm' de karakteristik yüzey plazmon rezonansına sahip, 5-20 nm büyüklüğünde, küresel şekilli ve kristal yapıda gümüş nanopartikülleri olduğu kanıtlanmıştır. Nanopartiküllerin antioksidan aktiviteleri DPPH (2,2-difenil-1-pikrilhidrazil) serbest radikal giderim aktivitesi ile belirlenmiş, gümüş nanopartikül konsantrasyonu arttıkça antioksidan aktivitenin arttığı görülmüştür. Gümüş nanopartiküllerin antimikrobiyal aktiviteleri kuyu difüzyon, disk difüzyon ve mikrodilüsyon yöntemleri ile belirlenmiştir. Kuyu difüzyon ve disk difüzyon yöntemleri ile gümüş nanopartiküllerin Candida albicans, Bacillus subtilis, Escherichia coli, Staphylococcus aureus ve Pseudomonas aeruginosa mikroorganizmalarına karşı antimikrobiyal aktivite gösterdiği tespit edilerek inhibisyon zonları ölçülmüştür. Gümüş nanopartiküllerin mikrodilüsyon yöntemine göre minimum inhibisyon konsantrasyonları (MİK) ve minimum letal konsantrasyonları (MLK) sırasıyla C.albicans, B.subtilis ve S.aureus için 20 ve 50 μg/mL, E.coli ve P.aeruginosa için 10 ve 20 μg/mL olarak belirlenmiştir. Mikroplaka biyofilm metoduna göre belirlenen antibiyofilm aktivitesi sonuçlarına göre MİK' de S.aureus ve P.aeruginosa bakterilerine karşı inhibisyon oranları sırasıyla % 26.52 ve % 25.50 olarak belirlenmiştir. 
Mikrobiyal olarak sentezlenen gümüş nanopartiküller ile dekstran biyopolimeri, taze gökkuşağı alabalıklarının (Oncorhynchus mykiss) buzdolabında (4±2 °C) depolanması esnasında kalite ve raf ömrünü arttırma potansiyeli açısından değerlendirilmek üzere nanokompozit bir film haline getirilmiştir. Kontrol olarak kaplamasız ve sadece dekstran film ile kaplı alabalık filetoları kullanılmıştır. Buzdolabında 18 gün süre ile depolanan örneklerde duyusal, fizikokimyasal (pH, renk ve su aktivitesi), besin içeriği (ham yağ, ham kül, ham protein ve nem), kimyasal (toplam uçucu bazik azot/TVB-N, tiyobarbitürik asit /TBA,  peroksit değeri ve serbest yağ asidi/FFA) ve mikrobiyolojik (toplam aerobik mezofilik bakteri, toplam psikrofilik bakteri, maya-küf ve lipolitik bakteri sayımı) analizler yapılmıştır. Kalite kontrol analizleri sonucunda, mikrobiyal olarak sentezlenmiş gümüş nanopartikül katkılı dekstran filmlerin buzdolabında depolanan taze alabalık filetolarının raf ömrünü kontrol grubuna göre 6 ile 8 gün arasında uzattığı belirlenmiştir.

Abstract:
Because of their strong characteristic features, researches have been gaining much attention for different application facilities of the silver nanoparticles. Materials developed with silver nanoparticle incorporation have great optical, electrical, catalytic and antimicrobial properties with unique physicochemical and biochemical characteristics. There has been an increasing interest in developing functional nanocomposites with silver nanoparticles and biopolymers that exhibit an effective antimicrobial performance. Various techniques are being used to synthesize metal nanoparticles many of which are expensive and expose toxic chemical wastes. Therefore, there is a growing need to develop environmentally safe processes for nanopartcile synthesis. A novel green synthesis application using biological organisms has recently been recognized as a promising source for mining nanomaterials.
In this study, microbial-mediated biological synthesis of metallic nanoparticles were carried out ecofriendly. On the other hand, the dextran polymer were synthesized using Leuconostoc mesenteroides NRRL B-512. Dextran and microbially synthesized silver nanoparticles were used to develop an antimicrobial composite film. Silver nanoparticles were biosynthesized from Streptomyces sp. AU2 and extensively characterized by ultraviolet-visible (UV-Vis) spectroscopy, fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), transmission electron microscopy (TEM), scanning electron microscopy (SEM) and x-ray diffarction (XRD). Elemental analysis were also carried out by energy dispersive spectroscopy (EDS). The biosynthesized silver nanoparticles using Streptomyces sp. AU2 showed the characteristic absorbtion spectra in UV-Vis at 422 nm which confirmed the presence of nanoparticles. According to the characterization analysis, the biosynthesized nanoparticles were found to be spherical in shape and crystalline silver nanoparticles wtih an average size of 5-20 nm. The antioxidant activity of the biosynthesized nanoaprticles were determined by the DPPH (2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl) free radical scavenging assay. The DPPH activity of the nanoparticles were found to increase in a dose-dependent matter. The antimicrobial activity of the silver nanoparticles was determined by the well diffusion, disk diffusion and broth microdilution methods. For each microorganism, the means diameter of the zone of the inhibition were measured and the microbially biosynthesized silver nanoparticles displayed antimicrobial activity against C. albicans, B. subtilis, E. coli, S. aureus and P. aeruginosa. The minimum inhibitory concentration (MIC) and minimum lethal concentration (MLC) were determined according to the broth microdilution method. The MIC and the MLC of the nanoparticles were found to be 20 and 50 µg/mL for C.albicans, B. subtilis and S. aureus; 10 and 20 µg/mL for E.coli and P. aeruginosa, respectivley.  For determining the effect of silver nanoparticles on biofilm formation under in vitro conditions, MIC were studied on S. aureus and P. aeruginosa by using microplate biofilm method. Treatment of the silver nanoparticles resulted in a decrease in the biofilm formation of S. aureus and P. aeruginosa as 26.52% and 25.50%, respectivley. 
Microbially synthesized silver nanoparticles and dextran biopolymer were composed as a nanocomposite film to assess the potential for prolonging the quality and the shelf life of fresh rainbow trout (Oncorhynchus mykiss) fillets throughout the refrigerated storage (4±2°C). Non-coated and solely dextran film coated samples were used as control groups. For all groups, sensorial, proximate (crude protein %, crude lipid %, ash, mositure), physicochemical (pH, colour and water activity), chemical [total volatile base nitrogen) (TVB-N), thiobarbituric acid (TBA), peroxide value (PV) and free fatty acid (FFA)], microbiological (total aerobic mesophilic bacteria, total psychrophilic bacteria, yeast-mould and lipolytic bacteria counts) were monitored during the refrigerated storage period of 18 days. The results indicated that the effect of the nanocomposite film on the fish samples was enable to good quality characteristics to be retained 6 or 8 days longer and to extend the shelf life during refrigerated storage.