Bacterıorhodopsın'in üretim proseslerinin optimizasyonu ve nanobiyomateryal kullanımında farklı alttaşlara immobilizasyonu
Optimization of bacteriorhodopsin production procedures and utilization as a nanobiomaterial by immobilization onto different substrates
Yazar: NESLİHAN HIDIROĞLU İSPİRLİ
Danışman: PROF. DR. MEDİNE GÜLLÜCE ; DOÇ. DR. KÜBRA ÇINAR DEMİR
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Biyoloji = Biology ; Biyomühendislik = Bioengineering ; Biyoteknoloji = Biotechnology
Dizin: Bakteriorodopsin = Bacteriorhodopsin ; Halobacterium salinarium = Halobacterium salinarium ; Membranlar = Membranes ; Protein immobilizasyonu = Protein immobilization ; Protein saflaştırma = Protein purification ; Proton pompası inhibitörleri = Proton pump inhibitors ; İki fazlı sistemler = Two phase systems

Özet:
Amaç: Bu çalışmanın temel amacı; Tuz Gölü'nden alınan halofilik Arke türlerince sentezlenen ve ekonomik olarak oldukça değerli bir materyal olan bacteriorhodopsinin teknolojik çalışmalarda kullanım verimini arttırarak bir katma değer haline getirmek hedeflenmektedir. Yöntem: Bu çalışma bacteriorhodopsin (bR) sentezleyici halofilik Arke türlerinin Tuz Gölü'nden alınan karışık kültür örneklerinden izolasyonu ve kültür şartlarının optimize edilmesine dayalıdır. İki aşamadan oluşan çalışmanın ilk adımı; bacteriorhodopsinin üretim süreçlerinin optimizasyonu, ikinci adım ise; saflaştırılmış bR'nin farklı alttaşlara immobilizasyonundan oluşmaktadır. 
Bulgular: Halofilik Arke örneklerinden kültürlerin izolasyonu sağlanarak 11 adet bR sentezleyebilen saf izolat elde edilmiştir. Kültür ve bR üretim optimizasyon işlemleri Halobacterium salinarum olduğu saptanan NES5 suşu üzerinden gerçekleştirilmiştir. Kültürlerden saflaştırılan bR örnekleri, elektroforetik sedimantasyon ve damlatma-kurutma
teknikleriyle alttaşlar üzerine immobilize edilmiştir. Immobilizasyon sonucunda yapılan karakterizasyon işlemleri ile ince filmlerin yapısı incelenmiştir.
Sonuç: Yapısal dayanıklılık, eşsiz fotokromizm ve stabilitesi sayesinde teknolojik çalışmalarda kullanılabilecek biyomateryaller arasında oldukça önemli bir yere sahip olan bR'nin biyolojik sentez ve izolasyon sürecindeki zorluklar dolayısıyla üretim optimizasyonu büyük önem taşımaktadır. Bu açıdan çalışmamızda gerçekleştirilen optimizasyon, immobilizasyon ve karakterizasyon işlemleri ile bR'nin teknolojik araçlarda kullanılabilir ürün haline getirilmesinde önemli bir gelişme kaydedilmiştir.

Anahtar Kelimeler: Halobacterium salinarum, Bacteriorhodopsin, mor membran, proton pompası, protein saflaştırma, sıvı iki fazlı sistem, protein immobilizasyonu, elektroforetik sedimantasyon, drop-casting, SDS-Page, UV-Vis, XRD, XPS, SEM, TEM, Profilometre, Dönüşümlü voltametri

Abstract:
Purpose: The essential aim within the context of this study is to render the commercial benefit from a very valuable biomaterial which is synhesized by halophilic archaeas of Tuz Lake and contribute to our country in the scope of the technical and economical advancement in this field. 
Method: This study is based on isolation of bacteriorhodopsin-synthesizer haloarchaea species, and optimization of culture conditions. Optimizing the production processes of bR constitutes the first phase of this study. The next step is an investigation of the utilization of isolated bR in technical advances, through immobilization within different types of deposition techniques onto various substrates.
Findings: 11 different bR-producing haloarchaeal species were isolated from samples. Optimization of culture conditions, and bR production processes were carried out over NES5 isolate which is determined as Halobacterium salinarum. bR films were deposed via electrophoretic sedimantation and drop-casting techniques and characterized.
Results: Bacteriorhodopsin is one of the most important biomaterials that has a great capability of technical utilization thanks to its durable conformation, stability, and peerless photochromic properties. Optimization is crucial for rendering the utilization more practical, because some crucial drawbacks limit the usage; the exhausting isolation procedures, compelling biosynthesis. Utilization of bR as a biomaterial in technical research has been advanced in this research through optimization, immobilization, characterization experiments.

Keywords: Halobacterium salinarum, bacteriorhodopsin, purple membrane, proton pump, protein isolation, aqueous two-phase system (ATPS), protein immobilization, electrophoretic sedimantation, drop-casting, SDS-Page, UV-Vis, XRD, XPS, SEM, TEM, Raman, profilometry, Cyclic Voltametry (CV)