Ağır metallerin değişik termofilik bakterilerdeki akümülasyonu, biyosorbsiyonu ve çevre biyoteknolojisinde kullanımı üzerine çalışmalar
The studies on the accumulation, biosorption of heavy metals in different thermophilic bacteria and their use in environmental biotechnology
Yazar: SADİN ÖZDEMİR
Danışman: PROF. DR. KEMAL GÜVEN
Dicle Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2008
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology
Dizin: Ağır metaller = Heavy metals ; Biyobirikim = Bioaccumulation ; Biyosorpsiyon = Biosorption ; Termofilik bakteriler = Thermophilic bacteria ; İmmobilizasyon = Immobilization

Özet:
Bu çalışmada Nicolaus B. ve arkadaşları tarafından izole edilen ve tanımlanan termofilik karakterdeki Geobacillus toebii sub sp. decanicus, Bacillus thermantarcticus, Anoxybacillus amylolyticus, ve Geobacillus thermoleovorans sub.sp. stromboliensis bakterilerin farklı metallere (Cd, Co, Cu, Mn, Zn ve Ni) karşı toleranslarını için minimum inhibisyon konsantrasyonları (MIC) katı besiyerinde tespit edildi.Ayrıca, farklı metal (Cd, Co, Cu, Mn, Zn ve Ni) konsantrasyonlarının Geobacillus toebii sub.sp. decanicus, Bacillus thermantarcticus, Anoxybacillus amylolyticus, ve Geobacillus thermoleovorans sub.sp. stromboliensis üremesine etkisi ve bu metallerin akümülasyonu sıvı besiyerinde incelendi. Bu bakterilerin sıvı besiyerinde katı besiyerine göre daha duyarlı oldukları tespit edildi. Çalışılan dört farklı termofilik varyeteleri farklı biyoakümülasyon kapasiteleri göstermiştir ve en yüksek Cd, Cu ve Zn biyoakümülasyon kapasitelerinin sırasıyla; 7196,2; 6862,1ve 36496 ?g/g kuru bakteri ağırlığı olarak Geobacillus toebii sub.sp. decanicus ile elde edildiği, en yüksek Co biyoakümülasyon kapasitesinin 620,1 ?g/g kuru bakteri ağırlığı olarak Bacillus thermoantarcticus ile elde edildiği, en yüksek Ni biyoakümülasyon kapasitesinin 977,2 ?g/g kuru bakteri ağırlığı olarak Geobacillus thermoleovorans sub.sp. stromboliensis ile ve en yüksek Mn biyoakümülasyon kapasitesinin ise 28566 ?g/g kuru bakteri ağırlığı olarak Anoxybacillus amylolyticus ile gerçekleştirildiği tespit edildi.Kurutulmuş ölü Bacillus thermantarcticus ve Anoxybacillus amylolyticus tarafından Cd, Co, Cu ve Mn Geobacillus thermoleovorans sub.sp. stromboliensis ve Geobacillus toebii sub.sp. decanicus tarafından Cd, Cu, Mn, Zn ve Ni biyosorpsiyonu üzerine pH (2,0-10,0), sıcaklık (30-80 ?C) , başlangıç metal konsantrasyonu (10, 25, 50, 100, 200 and 300 mg/l), biyokütle miktarı (0,25, 0,5, 1,25, 2,5, 5 and 10 g/l), zaman (15, 30, 45, 60, 90, 120 min.) ve çalkalamanın biyosorpsiyon üzerine etkisi çalışıldı. Termofilik bakterilerde tüm metaller için optimum pH değerleri 4,0-6,0 arasında tespit edildi. Termofilik bakterilerde metal uzaklaştırılması için optimum sıcaklık bakterilerin kendi üreme sıcaklıklarına yakın değerde olduğu tespit edildi.Farklı Cd konsantrasyonlarına maruz kalan canlı ve kurutulmuş ölü Geobacillus toebii sub.sp. decanicus'un hücre membranında metal biyosorpsiyonu belirlendi.Ayrıca, Amberlit XAD-4 üzerine tutturulmuş ölü (Kurutulmuş) Geobacillus thermoleovorans sub.sp. stromboliensis'in ağır metal prekonsantrasyonu ve uzaklaştırılması için kullanılmıştır. Cd, Cu, Ni, Mn ve Zn için prekonsantrasyon faktörü 125 olarak tespit edildi. Cd, Cu, Mn ve Zn metalleri için geri kazanım yüzdeleri % 100 olarak, Ni için ise % 97,5 olarak tespit edildi.

Abstract:
In this study, minimum inhibitory concentrations (MIC) of different heavy metals (Cd, Co, Cu, Mn, Zn and Ni) in order to investigate the metal tolerance in thermophilic bacteria Geobacillus toebii sub.sp. decanicus, Bacillus thermantarcticus, Anoxybacillus amylolyticus and Geobacillus thermoleovorans sub.sp. stromboliensis which were isolated and identified by Nicolaus et al. were determined in the solid media.Furthermore, the effect of different metal concentrations (Cd, Co, Cu, Mn, Zn and Ni) on the growth of bacteria and bioaccumulation on Geobacillus toebii sub. sp. decanicus, Bacillus thermantarcticus, Anoxybacillus amylolyticus, and Geobacillus thermoleovorans sub.sp. stromboliensis were investigated in the liquid media. In this study, it was found that the bacteria in liquid media were more sensitive than in the solid media. The different thermophilic bacteria strains tested presented distinct uptake capacities, and maximum Cd, Cu, and Zn bioaccumulation results were obtained with Geobacillus toebii sub.sp. decanicus (7196,2; 6862,1 and 36496 ?g/g dry weight respectively), maximum Co bioaccumulation result was obtained with Bacillus thermoantarcticus (620,1 ?g/g dry weight), maximum Ni bioaccumulation result was obtained with Geobacillus thermoleovorans sub.sp. stromboliensis (977,2 ?g/g dry weight) and maximum Mn bioaccumulation result was obtained with Anoxybacillus amylolyticus (28566 ?g/g dry weight).Effects of pH (2,0-10,0), temperature (30-80 ?C), initial metal ion concentration (10, 25, 50, 100, 200 and 300 mg/l), effect of dried powdered cell concentration (0,25, 0,5, 1,25, 2,5, 5 and 10 g/l), contact time (15, 30, 45, 60, 90, 120 min.) and agitation on biosorption of Cd, Co, Cu and Mn by dried powdered bacteria Bacillus thermantarcticus ve Anoxybacillus amylolyticus and on the biosorption of Cd, Cu, Mn, Zn and Ni by dried powdered bacteria Geobacillus thermoleovorans sub.sp. stromboliensis and Geobacillus toebii sub sp. decanicus were tested. The optimum pH values were found to be at the range of 4,0-6,0. The optimum temperature for metal removal by thermophilic bacteria studied was found to be near their optimum growth temperature.Metal biosorption capacity of the cell membrane of wet and dried powdered cells of Geobacillus toebii sub.sp. decanicus exposed to different Cd concentration was determined.Besides, dried powdered cells of Geobacillus thermoleovorans sub.sp. stromboliensis immobilized onto Amberlite XAD-4 were used for heavy metal preconcentration and removal. Preconcentration factor for Cd, Cu, Ni, Mn, and Zn was determined as 125. The recoveries of Cd, Cu, Mn, and Zn were found to be 100 % and for Ni was found to be 97,5 %.