Denizel türevli filamentöz fungus suşlarından fitaz üretimi, fitaz enziminin moleküler ve biyokimyasal karakterizasyonu
Phytase production from marine-derived filamentous fungal strains and molecular and biochemical characterization of the phytase enzyme
Yazar: ŞABAN ORÇUN KALKAN
Danışman: PROF. DR. ATAÇ UZEL ; DOÇ. DR. İKBAL AGAH İNCE
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: Biyoloji = Biology ; Biyoteknoloji = Biotechnology ; Mikrobiyoloji = Microbiology
Dizin: Mezofilik fungus = Mesophilic fungi ; Mikrofunguslar = Microfungus

Özet:
Fitazlar, fitatın daha az fosforillenmiş miyo-inositol fosfatlara hidrolizini katalizlerler ve bir molekül inositol ile altı molekül inorganik fosfat oluştururlar. Fitazlar insan ve hayvan beslenmesinde, kültür balıkçılığında, toprak veriminin arttırılmasında ve klinik amaçlar için düşük miyo-inositol fosfatların hazırlanmasında kullanılırlar. Bu uygulamaların bazıları, özellikle de yem sanayisi dayanıklı enzimlere ihtiyaç duyar. Fitazlar, mikroorganizmalar, bitkiler ve hayvanlar gibi birçok kaynaktan tanımlanmıştır. Bu kaynaklar içinde mikroorganizmalar özellikle de küfler tercih edilen ticari fitaz üreticileridir. Bu bağlamda yapılan çalışmada, daha önce Türkiye kıyılarındaki sediment ve sünger örneklerinden izole edilmiş olan 110 adet denizel türevli fungus suşu fitaz aktiviteleri bakımından değerlendirilmiştir. İlk taramadan sonra 45 izolatın (%41) aktif fitaz üreticisi olduğu belirlenmiştir. Bunların içinden tarama ortamındaki göreceli fitaz aktivitelerine göre altı izolat seçilmiş ve fungal tanımlamaları yapılmıştır. Tanımlama ve aktivite sonuçlarına göre iki izolat; Aspergillus niger MF28 ve Penicillium polonicum MF82 ileri çalışmalar için seçilmiştir.
Fitaz enzimleri fermentasyon ile üretilmiş ve kısmen saflaştırılarak karakterize edilmiştir. Enzimlerin optimum sıcaklıkları ve pH'ları, ısıl ve pH kararlılıkları, çeşitli inhibitörlerin, ağır metallerin, denatürantların, deterjanların, etkileri, proteaz kararlılıkları, çeşitli organik çözgenlerin etkisi ve substrat özgüllükleri belirlenmiştir. Bu karakterizasyon çalışmaları, Penicillium polonicum MF82 fitazının endüstriyel uygulamalar için birçok üstün özelliğe sahip olduğunu ortaya koymuştur: geniş bir sıcaklık ve pH aralığında aktif olması, yüksek optimum sıcaklık, yüksek ısıl ve pH kararlılığı, enzim inhibitörlerine, birçok ağır metale, denatürantlara, deterjanlara, proteazlara ve organik çözgenlere karşı yüksek direnç. Sonuç olarak, belirtilen özellikleri nedeniyle Penicillium polonicum MF82 fitazının ticari uygulamalar için iyi bir aday olduğu görülmektedir. Aynı zamanda bu doktora tez çalışması ile Türkiye'de ve Dünya'da ilk defa denizel kökenli filamentöz suşlarından fitaz aktivitesi belirlenmiştir.

Abstract:
Phytases catalyse the hydrolysis of phytate to less phosphorylated myo-inositol phosphates, yielding one molecule of inositol and six molecules of inorganic phosphate. Phytases are used in human and animal nutrition, aquaculture, soil amendment, and in the production of lower myo-inositol phosphates for clinical purposes. Some of these applications especially feed industry require robust enzymes. Phytases are identified from a number of sources including microorganisms, plants and animals. Among these sources microorganisms especially molds are the preferred commercial producers of phytases. With this regard, we evaluated the phytase activity of 110 marine derived filamentous fungi strains previously isolated from sponge and sediment samples of the Turkey coasts for the first time in this study. After primary screening, 45 isolates (41%) were found active phytase producers. Six isolates were selected according to their relative phytase production on screening medium and subjected to identification. Based on identification and quantitative activity two isolates namely Aspergillus niger MF28 and Penicillium polonicum MF82 were selected for further studies. Phytase enzymes produced by fermentation and partially purified enzymes are characterised. Optimum temperature and pH, thermal and pH stability, effects of various inhibitors, heavy metals, denaturants, detergents, protease stability, effects of organic solvents and substrate specifity of the enzymes were determined. These characterisation studies revealed that P. polonicum MF82 phytase has many superior properties for industrial uses: wide pH and temperature range for activity, high optimum temperature, high thermal and pH stability, high resistance to enzyme inhibitors, many heavy metals, denaturants, detergents, proteases and organic solvents. Therefore we can conclude that phytase of P. polonicum MF82 strain presents a good candidate for commercial applications. At the same time, with this doctoral thesis, determined  phytase activity of marine derived filamentous fungus, for first time in Turkey and the world.