Üreolitik bakteri bacıllus amylolıquefacıens U17 ile kalsiyum karbonat çökelimi ve betonun fiziksel özelliklerine etkisi
Calcium carbonate precipitation by ureolytic bacteria bacillus amyloliquefaciens U17 and its effect on the physical properties of the concrete
Yazar: MERVE TEPE
Danışman: PROF. NAZİME MERCAN DOĞAN
Pamukkale Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Biyoloji = Biology ; Mikrobiyoloji = Microbiology

Özet:
Bu çalışmada kalsiyumca zengin topraklardan (İsrafil Deresi, Denizli) izole edilen Bacillus amyloliquefaciens U17 suşunun kalsiyum karbonat çökelimi ile üreaz ve karbonik anhidraz enzim aktivitesi araştırılmıştır. B. amyloliquefaciens U17, % 10 inokulasyon oranında inkübasyonun 5. gününde 25 mM üre, 25 mM CaCl2 ve 25 mM NaHCO3 içeren ortamda 2248 ± 74 mg/L CaCO3 çökelimi yapmıştır. En iyi çökelim yaptığı sıcaklık 37℃ ve başlangıç pH'sı da 6.50'dir. KMO besiyerinde üreaz enzim aktivitesi 0,615±0,092 µmol/dk/mg ve karbonik anhidraz aktivitesi 1,315±0,021 nmol/dk/mg iken, LB-üre besiyerinde üreaz aktivitesi 36,03±5.48 µmol/dk/mg ve karbonik anhidraz aktivitesi 28,82±3,31 nmol/dk/mg'dır. Üreaz B protein ekspresyon seviyesi western blot ile ilk kez bu çalışmada gösterildi. Mineralojik analizlerle doğrulanan bakteriyel CaCO3'ın vaterit ve kalsit kristal varlığı XRD, SEM, CRS ve EPMA ile gösterildi. Çalışmamızda farklı kalsiyum kaynaklarının (Ca-klorür, C-laktat, Ca-nitrat ve Ca-asetat) çökelime etkisi de test edildi ve en etkili kalsiyum kaynağının Ca-nitrat (25 mM Ca-nitrat, 3282±10,0 mg/L CaCO3) olduğu bulundu. Şahit beton örnekleri ve 5 günlük hücre kültürünün eklenmesi ile hazırlanan beton örnekleri 28, 60 ve 90. günlerde basınç dayanımı ve 28. günde kılcal su emme testlerine tabi tutuldu. İnce kesiti alınan beton örneklerinin mineralojik analizleri SEM, CRS ve EPMA aracılığıyla gerçekleştirildi. U17'nin beton basınç dayanımı ve kılcal su emme kapasitesine herhangi bir etkisi bulunmamakla birlikte bakteriyel beton örneklerinde biyojenik vaterit ve kalsit kristallerinin varlığı gösterildi. Yerel izolatımızın CaCO3 çökelim potansiyelinin iyileştirilmeye değer olduğuna karar verildi.

Abstract:
In this research, calcium carbonate precipitation with urease and carbonic anhydrase enzyme activity of Bacillus amyloliquefaciens U17 isolated from calcium-rich soil (İsrafil Stream, Denizli) were investigated. B. amyloliquefaciens U17 precipitated 2248 ± 74 mg/L CaCO3 on the 5th day of the incubation at the rate of 10% inoculation in a medium comprising 25 mM urea, 25 mM CaCl2 and 25 mM NaHCO3. Topnotch precipitation temperature is 37℃ and initial pH is 6.50. As urease enzyme activity is 0,615±0,092 µmol/min/mg and carbonic anhydrase activity is 1,315±0,021 nmol/min/mg in CPM medium, urease enzyme activity is 36,03±5.48 µmol/min/mg and carbonic anhydrase activity is 28,82±3,31 nmol/min/mg in LB-urea medium. Urease B protein expression level was shown with western blot for the first time in this research. Existences of vaterite and calcite crystals of the bacterial CaCO3 verified by mineralogical analyses were shown by XRD, SEM, CRS and EPMA. Effects of different calcium sources (Ca-chloride, C-lactate, Ca-nitrate, and Ca-acetate) on precipitation were also tested in this research and the most effective calcium source was found as Ca-nitrate (25 mM Ca-nitrate, 3282±10,0 mg/L CaCO3). Reference concrete samples and the concrete samples prepared by the addition of 5-days cell culture were subjected to compressive strength tests at 28th, 60th and 90th days and capillary water absorption test at 28th day. Mineralogical analyzes of thin-sectioned concrete samples were carried out by SEM, CRS and EPMA. While there is no effect of U17 on compressive strength and capillary absorption of the concrete, presence of biogenic vaterite and calcite in bacterial concrete samples were shown. It was decided that the CaCO3 precipitation potential of our local isolate was worth to be improved.