Zeaksantin öncül maddesini kullanarak safran apokarotenoidlerinin heterolog mikrobiyal biyosentezi
Heterologous microbial biocynthesis of saffron apocarotenoids using zeaxanthin previous substance
Yazar: ESRA ÖZ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ VENHAR ÇELİK ÖZGEN
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı / Biyomühendislik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering

Özet:
Bitki sekonder metabolitleri; çiçeklerin rengi, yemeğin tadı, zararlılara ve hastalıklara karşı direnç gibi özellikler için çok önemlidir. Dahası, ilaçlar, boyalar ve kokular gibi birçok değerli kimyasal maddenin kaynağıdır. Bu nedenle, bitkilerde sekonder metabolit üretimi, daha iyi bir kimyasal üretmek, daha az toksik bir bileşik üretmek veya yeni bileşikler üretmek için mühendisliğini yapabilmek oldukça ilgi çekmiştir. Bitki sekonder metabolitleri ile ilgili yapılan çalışmalar son yıllarda giderek artmıştır. Sekonder metabolitlerin üretiminin geliştirilmesi ile ilgili yeni alanlar ortaya çıkmaya başlamıştır. Rekombinant Dna teknolojisi gibi yeni gelişen alanlar, sekonder metabolit yolaklarının üzerinde çalışmalar yaparak sekonder metabolit üretimini geliştirmeyi amaçlamışlardır. Fakat bu yolaklar üzerinde bazı sıkıntıların aşılması başarılamamıştır. Bu eksikliklerin giderilebilmesi için metabolik mühendisliği ve sentetik biyoloji gibi yeni gelişen ve çözüm odaklı çalışmalar başarıyı beraberinde getirmiştir. Bakteriler, mayalar gibi mikroorganizmaları kullanılarak bitkide üretimi olan metabolitlerin yolak yapısını bakteriye entegre edilerek metabolit üretimi arttrılmaya çalışılmıştır. Bu çalışmada bitkiye ihtiyaç duyulmadan yolak genleri bakteriye aktarılarak bitki sekonder metabolitleri üretim aşamaları geliştirilmiştir. Safran bitkisinde (Crocus sativus L.) bulunan sekonder metabolitleri olan krosin, safranal ve pikrokrosin sentez aşamaları incelenmiştir. Metabolit biyosentezinin geçekleşebilmesi için CCD2 ve UGT genlerinin plazmid inşaları yapılmıştır. Plazmid inşaları yapılan genlerin ekspresyonu için E. coli NEB 10-beta ve E. coli MG1655 soyları kullanılmıştır. Safran metabolitlerinin biyosentezi HPLC cihazı kullanılarak incelenmiştir. Yapılan çalışmalar sonucunda HPLC analizlerine dayanarak pikrokrosin üretiminin gözlendiği fakat safranal ve krosin biyosentezinin gerçekleşmediği görülmektedir. Birçok alanda oldukça ekonomik değere sahip olan safran bitkisinin bitki-bağımsız üretilebilmesi için alternatif ve ilgi çekici çalışmalar yapılmıştır. 

Anahtar kelimeler: Sekonder metabolit, sentetik biyoloji, metabolik mühendisliği, safran, krosin, pikrokrosin, safranal, Crocus sativus L.

Abstract:
Plant secondary metabolites; color of flowers, taste of food, resistance to pests and diseases is very important for such features. Moreover, medicines are the source of many valuable chemicals such as dyes and odors. Therefore, the production of secondary metabolites in plants, producing a better chemical, producing a less toxic compound or being able to engineer to produce new compounds has attracted considerable interest. Studies on plant secondary metabolites have increased in recent years. New areas of development of the production of secondary metabolites have begun to emerge. Emerging areas, such as recombinant DNA technology, have aimed to improve secondary metabolite production by studying secondary metabolite pathways. However, some problems on these pathways have not been overcome. In order to overcome these shortcomings, new and solution oriented studies such as metabolic engineering and synthetic biology have brought success. By using microorganisms such as bacteria and yeasts, it was tried to increase the metabolite production by integrating the pathway structure of the metabolites produced in plants. In this study, pathway genes were transferred to bacteria without the need for plant and plant secondary metabolites production stages were developed. Secondary metabolites found in saffron (Crocus sativus L.), crocin, safranal and picrocrocin synthesis stages were investigated. Plasmid constructs of CCD2 and UGT genes were performed for metabolite biosynthesis. E. coli NEB 10-beta and E. coli MG1655 strains were used for expression of the plasmid constructs. Biosynthesis of saffron metabolites was investigated using HPLC. As a result of the studies, it was observed that picrocrocin production was observed on the basis of HPLC analysis but safranal and crocin biosynthesis was not realized. Alternative and interesting studies have been conducted in order to produce plant-independent saffron plant which has economic value in many fields.

Key words: Secondary metabolite, synthetic biology, metabolic engineering, saffron, crocin, picrocrocin, saffranal, Crocus sativus L.