Kombucha'daki (çay mantarı) mikrobiyal kompozisyonun biyoinformatik analizi
Bioinformatic analysis of the microbial composition in Kombucha (tea fungus)
Yazar: MUZAFFER ARIKAN
Danışman: PROF. DR. AYŞE FİLİZ GÜREL
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Moleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı / Moleküler Biyoloji ve Genetik  Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Genetik = Genetics ; Mikrobiyoloji = Microbiology
Dizin: Mikrobiyal fermentasyon = Microbial fermentation

Özet:
Bakteri ve mayaların simbiyotik kültüründen oluşan fermente bir çay olan Kombucha, insan sağlığı üzerindeki potansiyel faydaları nedeniyle, son yıllarda, dünya çapında popülarite kazanmıştır. Dolayısıyla bu içeceğin biyokimyasal ve mikrobiyal kompozisyonu ile ilgili çok sayıda çalışma yapılmıştır. Kombucha mikrobiyomu üzerine bugüne kadar yapılan çalışmalar, kültür temelli metotlara ya da amplikon temelli dizilemelere dayanmaktadır. Bu yaklaşımlar, işlevsel analizlere imkan tanımamakta ve taksonomik analizlerde ise kısıtlı çözünürlükte sonuçlar vermektedir. Bu tez çalışmasında, hem tüm metagenom hem de amplikon (16S rRNA geni ve Internal Transcribed Spacers 1 (ITS1)) dizileme yöntemleri kullanılarak Kombucha'nın bakteriyel ve fungal çeşitliliği incelenmiştir. Fermentasyonun üç farklı gününde (3, 10, 15) taksonomik ve işlevsel profiller belirlenerek, sıvı ve pelikül fazları arasındaki benzerlik ve farklılıklar araştırılmıştır. Çalışmanın sonucunda, Kombucha'da fermentasyon süresi boyunca ve her iki fazda da baskın bakteriyel cinsin Komagataeibacter (>%90) ve baskın fungal cinsin Zygosaccharomyces (>%95) olduğu belirlenmiştir. Tüm metagenom analizleri ile Komagataeibacter cinsine üye üç genom ve Zygosaccharomyces bailii türüne ait bir genom geri kazanılarak işlevsel açıdan incelenmiştir. Bu sayede, Kombucha'ya ait selüloz üretimi, B vitamini içeriği, metal biyosorpsiyonu ve antimikrobiyal üretimi gibi önemli özelliklerin genomik düzeydeki belirleyicileri gösterilmiştir. Ayrıca baskın türler arasındaki muhtemel metabolik etkileşimler incelenerek, fermentasyon sürecinin daha iyi anlaşılabilmesine katkı sunulmuştur. Bu proje ile Kombucha mikrobiyomunun taksonomik profili ve işlevsel özellikleri, ilk defa hem shotgun hem de amplikon dizileme ile kapsamlı olarak ortaya konulmuştur.

Abstract:
Kombucha, a fermented tea composed of symbiotic culture of yeasts and bacteria, has gained popularity worldwide in recent years due to its potential beneficial effects on human health. Thus, many studies have been made on its biochemical properties and microbial composition. To date, culture-dependent methods and amplicon based sequencing have been used to study Kombucha microbiome. However, these methods have limited resolution for taxonomic analysis and do not allow functional profiling of microbial communities. Here, we applied whole metagenome and amplicon (16S rRNA and Internal Transcribed Spacers 1 (ITS1)) sequencing to investigate both bacterial and fungal community of Kombucha. We determined taxonomic and functional profiles at three time points of fermentation and investigated differences between biofilm and liquid phase. Taxonomic analysis indicated that Komagataeibacter becomes the baskın bacterial genus (>90%) in all samples while yeast community is dominated by Zygosaccharomyces (>95%) genus. Three genomes belonging to Komagataeibacter genus and one Zygosaccharomyces bailii genome were recovered by metagenome assembly analysis. Functional analysis of these dominant genomes revealed genomic level determinants of the characteristics of Kombucha such as vitamin production, metal biosorption, cellulose synthesis and antimicrobial production. Furthermore, the study revealed the metabolic interactions between dominant bacterial and yeast thus improved understanding of fermentation dynamics of Kombucha. Our results provide a comprehensive picture of functional and taxonomic characteristics of Kombucha microbiome throughout fermentation process.