Farklı etki mekanizmasına sahip antimikrobiyal maddelerin Drosophila melanogaster'in antioksidan savunma sistemi üzerine etkisi
The effect of antimicrobial substances with different mechanism of action on the antioxidant defence system of Drosophila melanogaster
Yazar: UTKU CAN ATILGAN
Danışman: PROF. DR. ENDER BÜYÜKGÜZEL
Zonguldak Bülent Ecevit Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Moleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Biyokimya = Biochemistry ; Biyoloji = Biology ; Fizyoloji = Physiology

Özet:
Dünyadaki insan nüfusunun ve gıda ihtiyacının artması, pestisit kullanımını zorunlu kılmaktadır. Pestisitlerin olası zararları göz önüne alınarak yeni ve alternatif pestisitlerin geliştirilmesi önem arz etmektedir. Bu tez çalışmasında farklı etki mekanizmasına sahip antimikrobiyal maddeler belirlenmiş olan konsantrasyonlarda önemli bir model organizma olan Drosophila melanogaster'in besiyerine eklendi ve farklı gelişim evrelerinde oksidatif stres belirteçleri ve antioksidan enzim aktiviteleri araştırıldı. Kullanılan antimikrobiyal maddelerden penisilin G 100, 200, 400, 800 mg/L, flukonazol 50, 100, 400, 800, 1250 mg/L olarak belirlenmiş konsantrasyonlarda uygulandı. Bu antimikrobiyal maddelerde yetiştirilen D. melanogaster'in larva, pup ve ergin evrelerinden örnekler alınarak biyokimyasal analizler gerçekleştirildi. Sonucunda oksidatif stres belirteci olan protein karbonil (PCO) ve malondialdehit (MDA) miktarları ile antioksidan enzimler olan süperoksit dismutaz (SOD),katalaz (CAT), glutatyon s-transferaz (GST) ve glutatyon peroksidaz (GPx) aktivitelerinin nasıl değiştiği incelendi. Penisilinin etkisine bakıldığında, kontrol besinlerine göre oksidatif stres belirteci olan MDA miktarının larva evrede 100 mg/L'da, PCO miktarının larva ve ergin evrede 400mg/L'lık konsantrasyonlarında artış olduğu görüldü. Antioksidan enzimlerde ise kontrol grubu ile karşılaştırıldığında larva evresinde SOD, CAT, GPx enzimlerinin aktivitelerinde genel olarak düşüş görülürken, GST'de larva evresinde 100 mg/L konsantrasyonda aktivitede artış görülmüştür.  Pup evresinde besin alımının kesilmesi ile PCO miktarında azalma ve SOD, CAT, GPx aktivitelerinde artma görüldü. Flukonazolun etkisine baktığımızda, kontrol besinine göre oksidatif stres belirteci olan MDA'nın larva evresinde 100 mg/L, 400 mg/L, 1250 mg/L konsantrasyonlarında artış olduğu, pup evresinde 800 mg/L konsantrasyonunda azalma ve ergin evresinde 400 mg/L konsantrasyonda artma, 1250 mg/L konsantrasyonda ise azalma görüldü. PCO miktarlarını kontrol grubu ile karşılaştırıldığında larva evresinde bütün konsantrasyonlarda azalma, pup evresinde 800 mg/L ve 1250 mg/L konsantrasyonlarında azalma, ergin evresinde ise bütün konsantrasyonlarda artış olduğu tespit edildi. Larva evresinde antioksidan enzimlere bakıldığında oksidatif stresin sonucu olarak genel bir yanıt verilmiş olduğu anlaşılmaktadır. CAT'da 100 mg/L, GST, SOD ve GPx'de 400 mg/L, CAT ve GPx'de 800 mg/L konsantrasyonda kontrol grubuna kıyasla artış olduğu gözlemlendi. Pup evresinde MDA ve PCO değerlerinde azalmalar varken SOD, CAT ve GPx enzim aktivitelerinde genel bir artış, GST'de ise 100 mg/L konsantrasyonda azalma olduğu tespit edildi. Ergin evresinde tüm konsantrasyonlarda PCO miktarında artış gözlemlenirken antioksidan enzim aktivitelerinde sadece SOD'da 100 mg/L konsantrasyonunda bir artış görülmüştür. Elde edilen sonuçlara göre bu çalışmada kullanılan antimikrobiyal maddeler, penisilin   ve flukonazol insektisitlere alternatif maddeler olarak kullanılma potansiyeli taşıyabileceğini göstermiştir. Ancak bu amaçla kullanılması için daha detaylı araştırmalara ihtiyaç duyulmaktadır. Ek olarak farklı pek çok bilimsel araştırmada kullanılan model organizma böceklerinin kültüre alınması ve bu kültürlerin devamlılığının sağlanmasında yapay besinlerdeki kontaminasyonları önlemek amacıyla denenen bu antimikrobiyal maddeler önerilebilir.

Abstract:
The increase in global population and food demand necessitate the use of pesticides. Considering the potential risks of pesticides, it is crucial to develop new and alternative methods and pesticides. In this study, different concentrations of antimicrobial agents with different mechanisms of action were added to the diet of Drosophila melanogaster, a significant model organism. The study aimed to investigate oxidative stress markers and antioxidant enzyme activities at different developmental stages. The antimicrobial agents used were penicillin G at concentrations of 100, 200, 400, and 800 mg/L, and fluconazole at concentrations of 50, 100, 400, 800, and 1250 mg/L. Biochemical analyses were carried out by taking samples from the larval, pupal, and adult stages of D. melanogaster reared in these concentrations. The study examined changes in protein carbonyl (PCO) and malondialdehyde (MDA) levels, which are oxidative stress markers, as well as the activities of antioxidant enzymes including superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT), glutathione S-transferase (GST), and glutathione peroxidase (GPx). When the effect of penicillin was examined, it was observed that the level of MDA, which is an oxidative stress marker, increased at 100 mg/L in the larval stage, and the PCO level increased at 400mg/L concentrations in the larval and adult stages compared to the control diets. In antioxidant enzymes compared with control group, while the activities of SOD, CAT, GPx enzymes were generally decreased in the larval stage, an increase was observed in the activity at a concentration of 100 mg/L in the larval stage in GST. In the pupal stage, a decrease in PCO levels and an increase in SOD, CAT, and GPx activities were observed due to the cessation of feeding. When we look at the effect of fluconazole, MDA levels, an oxidative stress marker, were observed increased in concentrations of 100 mg/L, 400 mg/L, 1250 mg/L in the larval stage, decreased in the concentration of 800 mg/L in the pup stage, and 400 mg/L in the adult stage, compared to the control diet. When we compared the control group and PCO level, it was determined that there was a decrease in all concentrations in the larval stage, a decrease in 800 mg/L and 1250 mg/L concentrations in the pup stage, and an increase in all concentrations in the adult stage. When the antioxidant enzymes are examined in the larval stage, it is understood that there is a general response as a result of oxidative stress. An increase was observed at concentrations of 100 mg/L in CAT, 400 mg/L in GST, SOD and GPx, and 800 mg/L in CAT and GPx. In the pupal stage, while decreases in MDA and PCO levels were detected, there was a general increase in SOD, CAT, and GPx enzyme activities, and a decrease in GST activity was observed at a concentration of 100 mg/L. In the adult stage, an increase in PCO levels was observed at all concentrations, while only SOD activity increased at a concentration of 100 mg/L among the antioxidant enzymes. According to the results obtained, the antimicrobial agents used in this study have shown that they may have the potential to be used as alternative agents (penicillin and fluconazole) to insecticides. However, more detailed studies are needed for its use for this purpose. In addition, the antimicrobial substances tested in this study can be recommended in order to prevent contamination in artificial diets in culturing model organism insects used in many different scientific studies and in ensuring the continuity of these cultures.