Biyodegradasyon ve pestisit etkinliği üzerine sinerjistik etki yaratabilen mikroorganizmaların tespiti ve moleküler karakterizasyonu
Detection and molecular characterization of microorganisms that are able to create synergistic effect on biodegradation and enhance the pesticide activity
Yazar: GÜLPERİ KAYRAN
Danışman: PROF. DR. ÖMÜR BAYSAL
Muğla Sıtkı Koçman Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Moleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Mikrobiyoloji = Microbiology
Dizin: Biyoremediasyon = Bioremediation ; Moleküler kenetleme = Molecular docking ; Serratia marcescens = Serratia marcescens

Özet:
Günümüzde giderek büyüyen sanayi sektörü ve artan nüfus ile birlikte doğada çok çeşitli kimyasallar birikmiştir. Doğaya salınan bileşikler arasında pestisitler, hem modern tarımda hem de gıda işleme, depolama, nakliye ve pazarlamada yaygın olarak kullanılmaktadır. Biyoremediasyon teknolojisinde oldukça tercih edilen mikroorganizmalar pestisitleri de içeren çeşitli çevresel kirleticileri parçalamak veya detoksifikasyona uğratmak için ilgili reaksiyonları aktive edecek şekilde genetik olarak evrilmişlerdir. Bakteriyel biyoremediasyon odaklı bu çalışmada, pestisitleri metabolize ettiği tespit edilen ve GBS19 olarak adlandırılan suşun, 16 S rRNA analizi ile S. marcescens' in bir straini olduğu tespit edilmiştir. S.  marcescens GBS19 suşunun tüm genom sekans analizi bilgisi ile KEGG veri tabanında bulunan birçok degradasyon yolağıyla ilişkilendirilmiştir. LC-MS kromatografik analizleri ile 25 pestisit etken maddesi üzerinde yapılan çalışmalar; Serratia marcescens GBS19 suşunun bazı etken maddeler üzerinde % 67' ye varan oranlarda biyobozunma sağladığını, bazı etken maddeler üzerinde ise sinerjistik etki sağlayarak, % 29' a varan oranlarda derişimi artırır şekilde etki ettiği tespit edilmiştir. Sonrasında, bakterinin herbisiti parçalamasını doğrulamak için S. marcescens GBS19 suşunun genomunda AtzF geninin kodladığı allophanate hydrolase gen bölgesinin üzerinden protein modellemesi yapılmıştır. Bu modellemeden alınan ligand (atrazin), protein-ligand interaksiyonu bakımından incelenmiş ve "kör yerleştirme" yapılarak 7 ayrı alt üniteden oluşan hydrolase enzimi üzerinde Atrazinin en fazla Hydrolase A alt ünitesine bağlanabildiği koordinatları ile tespit edilmiştir. Bağlanma afinite değerleri kcal/mol ölçekli protein üzerinde nerelere bağlanabileceği ligand dönme olasılıklarına göre yerleştirme programlarıyla tespit edilmiştir. Daha sonra elde edilen sonuçlar bu amaç için kullanılan açık erişimli server sonuçları ile bir kez daha uluslararası ölçekli karşılaştırılarak teyit edilmiştir. 
Mevcut çalışmalarımızın bakteriyel biyoremediasyon süreçlerinin ve mekanizmalarının gen ve protein düzeyinde etkileşim boyutunda, ileriye dönük bilimsel bulgular taşıdığına inanmaktayız.

Anahtar kelimeler: Serratia marcescens, Serratia marcescens GBS19, Mikrobiyal biyoremediasyon, Moleküler yerleştirme, LC-MC, KEGG

Abstract:
Nowadays, with the growing industrial sector and increasing population, a wide variety of chemicals have accumulated in nature. Among the compounds released into nature, pesticides are widely used both in modern agriculture and in food processing, storage, transportation, and marketing. Microorganisms, which are highly preferred in bioremediation technology, have been genetically evolved to activate related reactions to decompose or detoxify various environmental pollutants, including pesticides. In this study, we focused on bacterial bioremediation; the strain named GBS19, which was found to metabolize pesticides that were determined to be a strain of S. marcescens by 16 S rRNA analysis. The whole-genome sequence analysis of S. marcescens GBS19 has been associated with many degradation pathways in the KEGG database. Studies on 25 pesticide active ingredients by LC-MS chromatographic analysis; it has been determined that Serratia marcescens GBS19 strain biologically decomposes some active substances up to 67 %, and it acts on some active substances by providing a synergistic effect, increasing the concentration up to 29 %. Afterward, protein modeling was performed over the allophanate hydrolase gene region encoded by the AtzF gene in the genome of S. marcescens GBS19 to confirm the herbicide degradation of the bacterium. The ligand (atrazine) taken from this modeling was examined in terms of protein-ligand interaction. It was determined with the coordinates that Atrazine can bind to the most Hydrolase A subunit on the hydrolase enzyme comprising 7 separate subunits by "blind placement". Binding affinity values were determined by docking programs according to ligand rotation probabilities, where it could bind on the kcal/mol scaled protein. Then, the results obtained were confirmed by comparing the results of the open-access server used for this purpose on an international scale once again.
We believe that our current studies carry important scientific importance at the molecular level of interaction related to bacterial bioremediation processes and its mechanisms at the gene and protein level.

Keywords: Serratia marcescens, Serratia marcescens GBS19, Microbial bioremediation, Molecular docking, LC-MS, KEGG database