Bakteriyel kalsiyum karbonat mineralizasyonunda üreolitik bakteri-kil etkileşimi: Paenibacillus favisporus U3
Ureaolitic bacterium-clay interaction on bacterial calcium carbonate mineralization: Paenibacillus favisporus U3
Yazar: NAİME NUR BOZBEYOĞLU KART
Danışman: PROF. DR. NAZİME MERCAN DOĞAN
Pamukkale Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Biyoloji = Biology ; Mikrobiyoloji = Microbiology

Özet:
Bu çalışmada yerel izolat Paenibacillus favisporus U3 ile kontrol suşu Sporosarcina pasteurii ATCC 6453 bakterilerinin CaCO3 çökelimini en iyi yaptıkları ortam şartları belirlenmiş ve mineralojik analizlerle (XRD, PED-XRF, CRS, SEMEDX) bakteriyal kalsiyum karbonatın yapısı aydınlatılmıştır. Üreaz ve karbonik anhidraz enzim aktiviteleri ve üreaz protein seviyesi belirlenerek bakteriyel CaCO3 çökelim sürecindeki rolleri araştırılmıştır. Ayrıca, kil-bakteri arasındaki etkileşim de
araştırılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre, yerel izolat U3 en yüksek CaCO3 çökeliminin pH 6,5, 100 mM üre, 37˚C, 1000 mM CaCl2, %10 inokülasyon ve 14. günde (24,02 g/L) gerçekleştirmiştir. ATCC 6453 suşu ise pH 6,5, 333 mM üre, 30˚C, 1000 mM CaCl2, %20 inokülasyon ve 14. günde (37,19 g/L) maksimum
CaCO3 miktarına ulaşmıştır. Mineralojik analizlerle yerel izolatın kalsiyum karbonatın hem kalsit hem de vaterit formlarını üretiği, S. pasteurii ATCC 6453'ün ise sadece kalsit ürettiği tespit edilmiştir. Bununla birlikte yüksek tuz konsantrasyonunu U3 izolatının hem tolere ettiği hem de CaCO3 çökelimi yaptığı mineralojik ve enzim çalışmalarıyla da doğrulanmıştır. Enzim çalışmalarına göre, P. favisporus U3, yüksek üreaz aktivitesi gösterirken (KMO 0,95 µmol/dk/mg; KMO opt. 77,47 µmol/dk/mg; LB-üre 0,25 µmol/dk/mg; LB-üre opt. 20,70 µmol/dk/mg), S. pasteurii ATCC 6453 karbonik anhidraz (LB-üre 61,90 nmol/dk/mg; KMO 112,90 nmol/dk/mg) yönünde yüksek enzim aktivitesine sahiptir ve her iki türde de üreaz enzim varlığı Western blot çalışmaları ile ilk kez gösterilmiştir. Elde edilen bu veriler doğrultusunda, CaCO3 çökeliminde farklı rolleri olan üreaz ve karbonik anhidraz
enzim aktivitelerinin türe spesifik olduğu düşünülmüş olup en iyi CaCO3 çökelim şartları türe göre değişkenlik göstereceğinden her iki enzimin aktivite şartlarının daha detaylı incelenmesi gerektiğine karar verilmiştir. Diğer yandan, P. favisporus U3'ün bakteri-kil etkileşimi tespit edilememiştir. Sonuç olarak, yüksek tuz konsantrasyonlarında CaCO3 çökelimi yeteneğine sahip olan U3'ün farklı topraklarda iyileştirme çalışmalarının yapılarak, dışa bağımlılığının azaltılması için
mühendisliğin farklı alanlarında kullanım potansiyelinin aydınlatılması gerektiği düşünülmüştür.

Abstract:
In this study, it was determined the conditions in which the best calcium carbonate precipitation was done by the local isolate Paenibacillus favisporus U3 and the control strain Sporosarcina pasteurii ATCC 6453 were performed, and the structure of bacterial CaCO3 was elucidated by mineralogical analysis (XRD, PEDXRF, CRS, SEM-EDX). Urease and carbonic anhydrase enzyme activities and urease protein levels were determined and their roles in the bacterial CaCO3 mineralization process were investigated. In addition, the interaction between claybacteria have also been investigated. According to the obtained results, the local isolate U3 achieved the highest CaCO3 mineralization at pH 6.5, 100 mM urea, 37˚C, 1000 mM CaCl2, 10% inoculation, and on the 14th day (24.02 g/L). ATCC 6453 strain reached maximum CaCO3 amount pH 6.5, 333 mM urea, 30˚C, 1000 mM
CaCl2, 20% inoculation and on day 14 (37.19 g/L). Mineralogical analysis revealed that the local isolate produced both calcite and vaterite forms of CaCO3, whereas S. pasteurii ATCC 6453 only produced calcite. Moreover, it has been confirmed by mineralogical and enzyme studies that U3 isolate both tolerates high salt concentration and precipitates CaCO3. According to enzyme studies, P. favisporus U3 shows high urease activity (KMO 0.95 µmol/min/mg; KMO opt. 77.47 µmol/min/mg; LB-urea 0.25 µmol/min/mg; LB urea opt. 20.70 µmol/min/mg), S. pasteurii ATCC 6453 carbonic anhydrase has high enzyme activity towards (LBurea 61.90 nmol/min/mg; KMO 112.90 nmol/min/mg), and the presence of urease enzyme in both species has been demonstrated for the first time by Western blot
studies. According to these data, it was thought that urease and carbonic anhydrase enzyme activities, which have different roles in CaCO3 precipitation, were speciesspecific, and it was decided that the activity conditions of both enzymes should be examined in more detail since the best calcium carbonate precipitation conditions will vary according to the species. P. favisporus U3 -clay interaction could not be detected. As a result, U3, which can precipitate CaCO3 at high salt concentrations, should be improved in different soils. It is thought that the potential of use in
different fields of engineering should be clarified to reduce foreign dependency.