Fusarium oxysporum enzimlerinin inhibisyonunun in silico incelenmesi
In silico investigation of the inhibition of Fusarium oxysporum enzymes
Yazar: İPEK FATMA SALİHOĞLU
Danışman: DOÇ. DR. VİLDAN ENİSOĞLU ATALAY
Üsküdar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoenformatik Ana Bilim Dalı / Biyoinformatik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Biyokimya = Biochemistry ; Kimya = Chemistry ; Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Fusarium oxysporum, dünya genelinde birçok bitkiyi etkileyen ve bitkilerin sistemik olarak sararmasına ve ölümüne neden olan patojenik bir toprak kökenli askomiçet fungusudur. F. oxysporum suşları, domates, patates, biber, patlıcan, palmiye yağı, baklagiller, çilek, şeker kamışı, marul, karpuz ve muz gibi bitkilerin enfekte olmasına yol açar. Bu fungusun sporları toprakta 30 yıl boyunca uykuda kalabildiği için kontrol edilmesi zordur. Patojen, enfekte bitki materyali ve tohumların özellikle enfekte topraklarda kullanılan ve daha sonra sağlıklı tarlalarda kullanılan tarım araçları ve makinelerinin taşınması gibi bir dizi yol aracılığıyla bir bölgeden diğerine yayılabilir. Ayrıca, hava ve su da bu mantarın yayılmasında rol oynar. F. oxysporum ile mücadelede kullanılacak pestisit olmayan moleküller, toprak ve su kirliliğini azaltarak ekosistem dengesine daha az zarar verecek ve biyoçeşitliliği koruyacaktır. Bu durum, gıda güvenliği ve insan sağlığının korunmasına yönelik önemli bir adım olacaktır. Ayrıca, organik tarım uygulamalarına daha uygun bir alternatif sunarak tarımın uzun vadeli sürdürülebilirliğine katkıda bulunacaktır.
 F. oxysporum'un inhibisyonunda, söz konusu dört enzimin kontrol altına alınması etkili olacaktır. Dr. Duke veri tabanı aracılığıyla antifungal etkisi bulunan 400 bitki aktif molekülüne ulaşıldıktan sonra Lipinski kurallarına uygun olmayan moleküllerin elenmesi sonucunda 319 molekül ile çalışmaya devam edilmiştir. Çalışılan 319 molekül için öncelikle Spartan programı kullanılarak Moleküler Mekanik/MMFF yöntemi ile konformer taramalar yapılarak aynı program üzerinden Yarı Deneysel/PM6 yöntemi ile geometri optimizasyonları gerçekleştirmiş ve QSAR parametre değerleri hesaplanmıştır. 
Optimizasyonları tamamlanan moleküllerin Autodock Vina programı aracılığıyla kenetlenme çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Hesaplanan QSAR parametreleri ile kenetlenme skorları aracılığıyla yapılan lineer regresyon analizleri sonrasında efektör moleküller ile devam edilmiştir. BIOVIA Discovery Studio programı ile elde edilen etkileşim haritaları ile kritik aktif bölge amino asitleri belirlenmiştir. 
Yapılan tüm analizler sonucunda korelasyonu sağlayan istenen parametre aralığında olan kimyasal pestisitlere alternatif bitki etkeni olan moleküller Avenalumin, 6-Methoxygossypol, Gingerenone B, Trifolirhizin, Kuwanon H ve Thapsakinacetate A olarak belirlenmiştir.

Abstract:
Fusarium oxysporum is a pathogenic soil-borne ascomycete fungus that affects many plants worldwide, causing systemic yellowing and death of the plants. F. oxysporum strains lead to infections in plants such as tomatoes, potatoes, peppers, eggplants, palm oil, legumes, strawberries, sugarcane, lettuce, watermelon, and bananas. Since the spores of this fungus can remain dormant in the soil for up to 30 years, it is difficult to control. The pathogen can spread from one region to another through several routes, such as infected plant material and seeds, as well as agricultural tools and machinery used in infected soils and later in healthy fields. Additionally, air and water also play a role in the spread of this fungus. Non-pesticide molecules to be used in the control of F. oxysporum will reduce soil and water pollution, causing less damage to ecosystem balance and preserving biodiversity. This would be an important step in protecting food safety and human health. Furthermore, it would contribute to the long-term sustainability of agriculture by offering a more suitable alternative for organic farming practices.
In the inhibition of F. oxysporum, controlling the four enzymes in question will be effective. After accessing 400 plant active molecules with antifungal effects through the Dr. Duke database, molecules that do not comply with Lipinski's rules were excluded, and the study continued with 319 molecules. For these 319 molecules, conformer scans were first conducted using the Molecular Mechanics/MMFF method via the Spartan program, followed by geometry optimizations using the Semi-Empirical/PM6 method within the same program, and QSAR parameter values were calculated.
Docking studies of the optimized molecules were performed using the Autodock Vina program. After linear regression analysis using the calculated QSAR parameters and docking scores, effector molecules were selected for further study. Interaction maps obtained through BIOVIA Discovery Studio program were used to identify the critical active site amino acids.
As a result of all the analyses, the plant-derived molecules that correlate and fall within the desired parameter range for chemical pesticide alternatives were identified as Avenalumin, 6-Methoxygossypol, Gingerenone B, Trifolirhizin, Kuwanon H, and Thapsakinacetate A.