Karışık mikrobiyal kültür ile petrol biyoyıkımının araştırılması
Investigation of petroleum biodegradation by mixed microbial culture
Yazar: CANSU KÖTEN
Danışman: PROF. DR. IŞIL SEYİS BİLKAY
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı / Biyoteknoloji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Mikrobiyoloji = Microbiology

Özet:
Bu çalışmada, Hacettepe Üniversitesi Çevre Biyoteknolojisi Laboratuvarı Kültür Koleksiyonu'nda bulunan ve petrol sahasından izole edildiği bilinen Bacillus cereus ATCC 14579, Bacillus subtilis ATCC 6633, Bacillus tequilensis NR104919, Bacillus axarquiensis NR115929, Klebsiella oxytoca ATCC 13182, Klebsiella pneumoniae ATCC 13883, Proteus mirabilis ATCC 29906 ve Pannonibacter phragmitetus NR_028009.1 suşları ile petrol biyoyıkımının araştırılması amaçlandı. Pannonibacter phragmitetus NR_028009.1 için %85, Bacillus axarquiensis NR115929 için %81, Klebsiella pneumoniae ATCC 13883 için %80 ve Bacillus tequilensis NR104919 için %65 petrol yıkımı belirlendi. Söz konusu suşlar çalışmanın devamında kullanılmak üzere seçildi. Petrol biyoyıkımının arttırılması amacıyla bu potent suşlar ikili ve üçlü gruplar halinde bir araya getirilerek on farklı konsorsiyum grubu oluşturuldu. Söz konusu konsorsiyumlardan beş farklı konsorsiyumun %75'in üzerinde petrol biyoyıkımı yaptığı saptandı. Klebsiella pneumoniae ATCC 13883, Bacillus axarquiensis NR115929, Pannonibacter phragmitetus NR_028009.1 suşlarının bir araya geldiği konsorsiyumun en yüksek petrol biyoyıkımı (%88) belirlendi. Potent konsorsiyum ile petrol biyoyıkımında optimal fizyolojik koşulların belirlenmesi amacıyla, farklı pH, inkübasyon koşulları, sıcaklık ve inkübasyon süresi parametreleri araştırıldı ve pH 7.0, 150 rpm çalkalama hızı, 25°C sıcaklık ve 7 gün inkübasyon optimize koşullarda maksimum petrol biyoyıkımı elde edildi. Ayrıca, 4,0-8,0 pH aralığında ve 25-35°C sıcaklık aralığında %78'in üzerinde petrol biyoyıkımı yapıldığı gözlendi. 
Çalışmamızın devamında, Buna ek olarak, Klebsiella pneumoniae ATCC 13883, Bacillus axarquiensis NR115929, Pannonibacter phragmitetus NR_028009.1 konsorsiyumu belirlenen optimal koşullarda inkübasyona bırakılması ardından elde edilen kültür süpernatanı ile daha kısa sürede ve yüksek petrol biyoyıkımı amaçlandı. Bu amaçla, farklı süpernatan konsantrasyonlarında ve inkübasyon sürelerinde petrol biyoyıkımları araştırıldı. Elde edilen sonuçlar değerlendirildiğinde, kültür süpernatanı konsantrasyonunun artması ile petrol biyoyıkımında önemli artışı olmadığı gözlendi. Bu bağlamda, %20 süpernatan konsantrasyonunda dahi etkili petrol biyoyıkımı gözlendi. Klebsiella pneumoniae ATCC 13883, Bacillus axarquiensis NR115929, Pannonibacter phragmitetus NR_028009.1 konsorsiyumunun petrol biyoyıkımı ile farklı konsantrasyondaki kültür süpernatanı petrol biyoyıkımları karşılaştırıldı. Bu bağlamda, söz konusu konsorsiyum ile 7 gün sonunda elde edilen petrol biyoyıkımının, %30 süpernatan konsantrasyonu ile 60 saat sonunda elde edilen petrol biyoyıkımına benzer olduğu belirlendi. 
Çalışmanın son aşamasında, maksimum petrol biyoyıkımı görülen Klebsiella pneumoniae ATCC 13883, Bacillus axarquiensis NR115929, Pannonibacter phragmitetus NR_028009.1 konsorsiyumu ve kültür süpernatanlarına ait petrol biyoyıkımları GC analizi ile belirlendi. Elde edilen sonuçlar incelendiğinde, potent konsorsiyum ile 7 gün sonunda %87, %50 süpernatan konsantrasyonu ile 84 saat sonunda %84 ve %30 süpernatan konsantrasyonu ile 60 saat sonunda %75 petrol biyoyıkımı gözlendi.

Abstract:
This study aimed petroleum biodegradation with Bacillus cereus ATCC 14579, Bacillus subtilis ATCC 6633, Bacillus tequilensis NR104919, Bacillus axarquiensis NR115929, Klebsiella oxytoca ATCC 13182, Klebsiella pneumoniae ATCC 13883, Proteus mirabilis ATCC 29906 and Pannonibacter phragmitetus NR_028009.1 strains from Hacettepe University Environmental Biotechnology Laboratory Culture Collection, which were isolated from an oil field. Petroleum biodegradation rates were determined to be 85% for Pannonibacter phragmitetus NR_028009.1, 81% for Bacillus axarquiensis NR115929, 80% for Klebsiella pneumoniae ATCC 13883 and 65% for Bacillus tequilensis NR104919. The mentioned strains were selected for the continuation of the study. In order to increase petroleum biodegradation, these strains were brought together in double and triple groups to form ten different consortium groups. It was determined that five of these consortia had petroleum biodegradation rate above 75%. The consortium of Klebsiella pneumoniae ATCC 13883, Bacillus axarquiensis NR115929, Pannonibacter phragmitetus NR_028009.1 had the highest petroleum biodegradation rate (88%). In order to determine the optimal physiological conditions for petroleum biodegradation for the potential consortium, effect of different pH, incubation conditions, temperature and incubation time were investigated and it was determined that maximum petroleum biodegradation was obtained with pH 7.0, 150 rpm shaking speed, 25°C temperature and 7 days of incubation. Furthermore, above 78% petroleum biodegradation rate was observed in the pH range of 4.0-8.0 and the temperature range of 25-35°C. 
In the continuation of the study, higher petroleum biodegradation rate in a shorter time was aimed with the culture supernatant obtained using determined optimal conditions from Klebsiella pneumoniae ATCC 13883, Bacillus axarquiensis NR115929, Pannonibacter phragmitetus NR_028009.1 consortium. For this purpose, petroleum biodegradation was investigated at different supernatant concentrations and incubation times. It was observed that there was no significant increase in petroleum biodegradation with an increase in the concentration of culture supernatant. In this regard, effective petroleum biodegradation was observed even at 20% supernatant concentration. Petroleum biodegradation rates of Klebsiella pneumoniae ATCC 13883, Bacillus axarquiensis NR115929, Pannonibacter phragmitetus NR_028009.1 consortium and culture supernatant in different concentrations were compared. In this respect, it was determined that the petroleum biodegradation obtained with this consortium after 7 days was comparable to the petroleum biodegradation obtained with 30% supernatant concentration after 60 hours.
In the last stage of the study, the maximum petroleum biodegradation of Klebsiella pneumoniae ATCC 13883, Bacillus axarquiensis NR115929, Pannonibacter phragmitetus NR_028009.1 consortium and culture supernatants were determined by GC analysis. When the results obtained were evaluated, 87% petroleum biodegradation after 7 days with the potential consortium, 84% after 84 hours with 50% supernatant concentration and 75% after 60 hours with 30% supernatant concentration was observed.