Yeşil sentez metoduyla nanopartiküllerin mikrobiyal sentezi karakterizasyonu ve antimikrobiyal aktivitesinin değerlendirilmesi
Characterization and evaluation of antimicrobial activity of microbially synthesized nanoparticles using the green synthesis method
Yazar: OGÜN AYGÜN
Danışman: DOÇ. DR. EMRAH ŞEFİK ABAMOR
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering

Özet:
Nanopartiküller, büyük boyutlu malzemelere kıyasla çok farklı ve kullanışlı özelliklere sahip oldukları için literatürde birçok araştırmanın konusu olmuşlardır. Gümüş nanopartiküllerin antibakteriyel, antifungal özellikleri öne çıkmaktadır. Geleneksel kimyasal sentez yöntemlerinin çevresel etkileri ve yüksek maliyetleri, araştırmacıları alternatif sentez yöntemleri aramaya yönlendirmektedir. Gümüş nanopartiküllerinin yeşil sentezi, düşük maliyet, toksisite olmaması ve çevre dostu olması gibi birçok üstünlüğe sahiptir ve bu nedenle fiziksel ve kimyasal yöntemlere kıyasla tercih edilmektedir. Hem endüstriyel olarak satın alınan (Bacillus subtilis, Echerichia coli, Staphylococcus aureus, Candida albicans) hem de endofitik olarak bitkilerden elde edilebilen (Bacillus cereus) mikroorganizmalar ile farklı sentezler yapılmıştır. Sentezlenen nanopartiküllerin karakterizasyonları yapılmıştır. Boyut ve zeta potansiyeli analizlerine göre kullanılan mikroorganizma türüne göre farklı boyutlarda gümüş nanopartiküller sentezlenmiştir. Bacillus subtilis bakterisi ile ortalama 173,9 nm boyutunda gümüş nanopartiküller, staphylococcus aureus için ise ortalama 248 nm boyutunda sentez yapılmıştır. Escherichia coli ve Candida albicans ile yapılan sentezler incelendiğinde Escherichia coli ile 171 nm, Candida albicans ile ise 149 nm ortalama boyutlu gümüş nanopartiküller sentezlenmiştir. Bitkiden izole edilen Bacillus cereus ile yapılan sentez sonuçlarını incelediğimizde 109 nm boyutlarında daha kararlı olan gümüş nanopartiküller sentezlenmiştir. Bütün sentezlerde zeta potansiyellerinin -21,3 ve -25,9 arasında olması olması gümüş nanopartikülünün kararlı bir yapıda olduğunu göstermektedir. Sentezlenen nanopartiküllerin morfolojisi, boyutu ve dağılımı, kullanılan mikroorganizma ve xii reaksiyon koşullarına bağlı olarak değişiklik göstermiştir. UV-Vis spektrofotometre sonuçları, gümüş nanopartiküllerin en yüksek absorbsiyon pikinin 400-425 nm aralığında olduğunu göstermiştir, bu değerler mikroorganizma türüne göre değişiklik göstersede birbirleri arasında önemli bir fark ölçülmemiştir. UVvis, boyut ve zeta potansiyeli analizlerine göre en ideal nanopartikül sentezi belirlenmiştir. Elde edilen sonuçlara göre endofitik olarak bitkilerden elde edilebilen Bacillus cereus – AgNp'ler daha küçük boyutta ve kararlı yapıdadır. BacilCer-AgNp'lerin Bacillus subtilis, Staphylococcus aureus, Candida albicans, Staphylococcus epidermidis, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa ve Bacillus cereus gibi farklı tür mikroorganizmalar üzerindeki antimikrobiyal etkisi disk difüzyon yöntemi ile test edilmiştir. Bacillus cereus ile hazırlanan gümüş nanopartiküller 100, 250 ve 500 ppm konsantrasyonlarında test mikroorganizmaları üzerinde antimikrobiyal etkiye sahiptir. 100 ppm konsantrasyonda ölçülen inhibisyon alanlarına göre bacillus subtilis (12,07mm), staphylococcus aureus (12,70mm), escherichia coli (10,93mm), pseudomonas aeruginosa (10,88mm) ve bacillus cereus (11,70mm) olarak gözle görülebilir şekilde tespit edilmiş iken staphylococcus epidermidis (10,25mm) ve candida albicans (9,61mm) için inhibisyon alanı daha düşük tespit edilmiştir. Kullanılan nanopartikül konsantrasyonu arttıkça oluşan inhibisyon alanları candida albicans hariç diğer tüm mikroorganizmalarda etkin olarak artmıştır. Candida albicans mikroorganizması için 250 ve 500 ppm konsantrasyonları arasında etkin bir inhibisyon alanı farkı gözlenmemiştir. Sonuç olarak, endüstriyel olarak satın alınan mikroorganizmalar ile doğal kaynaklardan elde edilen endofitik bakterilerin gümüş nanopartiküllerin yeşil sentezindeki uygulanabilirliğini ve sentezlenen nanopartiküllerin karakteristik özellikleri ve antimikrobiyal aktiviteleri incelenmiştir. Doğadan geri kazanılıp çoğaltılabilen mikroorganizmalar ile yeşil sentez yapılması, gerekli olan maliyetin düşürülmesi ve büyük ölçekli üretim yapılması için iyi bir alternatif olabilir. Gümüş nanopartiküllerin antimikrobiyal etkileri, onların birçok sağlık ve biyomühendislik alanında kullanılmasını mümkün kılmaktadır.

Abstract:
Nanoparticles have been the subject of extensive research in the literature due to their unique and useful properties compared to bulk materials. Silver nanoparticles are particularly notable for their antibacterial, antifungal properties. The environmental impacts and high costs of traditional chemical synthesis methods have driven researchers to seek alternative synthesis methods. The green synthesis of silver nanoparticles offers several advantages, including low cost, nontoxicity, and environmental friendliness, making it a preferred method compared to physical and chemical approaches. Various syntheses have been conducted using microorganisms that are either commercially obtained (Bacillus subtilis, Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Candida albicans) or endophytically isolated from plants (Bacillus cereus). The synthesized nanoparticles have been characterized. Size and zeta potential analyses indicate that silver nanoparticles of different sizes were synthesized depending on the type of microorganism used. With Bacillus subtilis, silver nanoparticles averaging 173.9 nm were synthesized, while for Staphylococcus aureus, the average size was 248 nm. Syntheses with Escherichia coli and Candida albicans yielded silver nanoparticles averaging 171 nm and 149 nm, respectively. When we examine the results of the synthesis with Bacillus cereus isolated from plants, we find more stable silver nanoparticles of 109 nm in size. In all syntheses, the zeta potentials ranged from -21.3 to -25.9, indicating the stability of the silver nanoparticles. The morphology, size, and distribution of the synthesized nanoparticles varied depending on the microorganism used and the reaction conditions. UV-Vis spectrophotometry results showed that the highest xiv absorption peak of the silver nanoparticles was in the range of 400-425 nm, with no significant differences observed between the microorganism types. The most ideal nanoparticle synthesis was determined based on UV-Vis, size, and zeta potential analyses. According to the results obtained, Bacillus cereus-AgNPs isolated endophytically from plants were smaller and more stable. The antimicrobial effect of BacilCer-AgNPs was tested by the disk diffusion method against different types of microorganisms, including Bacillus subtilis, Staphylococcus aureus, Candida albicans, Staphylococcus epidermidis, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, and Bacillus cereus. Silver nanoparticles prepared with Bacillus cereus exhibited antimicrobial effects on test microorganisms at concentrations of 100, 250, and 500 ppm. At a concentration of 100 ppm, the inhibition zones were visibly detected as Bacillus subtilis (12.07mm), Staphylococcus aureus (12.70mm), Escherichia coli (10.93mm), Pseudomonas aeruginosa (10.88mm), and Bacillus cereus (11.70mm), while the inhibition zones for Staphylococcus epidermidis (10.25mm) and Candida albicans (9.61mm) were lower. As the concentration of nanoparticles increased, the inhibition zones effectively increased in all microorganisms except Candida albicans. For Candida albicans, no significant difference in the inhibition zone was observed between concentrations of 250 and 500 ppm. In conclusion, the applicability of green synthesis of silver nanoparticles using microorganisms obtained from both commercially available sources and natural endophytic bacteria was examined, along with the characteristic properties and antimicrobial activities of the synthesized nanoparticles. Using microorganisms that can be optained and propagated from nature for green synthesis could be a good alternative for reducing costs and enabling large-scale production. The antimicrobial effects of silver nanoparticles make their use possible in various health and bioengineering fields.