Atmosferik soğuk plazmaların farklı tür planktonik bakteri ve biyofilmler üzerine etkilerinin incelenmesi
Investigation of the effects of atmospheric cold plasmas on different types of planktonic bacteria and biofilms
Yazar: ETHEM SERHAT YAVAŞ
Danışman: PROF. DR. AHMET ÇABUK ; PROF. DR. TAMER AKAN
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoteknoloji ve Biyogüvenlik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Bilim ve Teknoloji = Science and Technology ; Biyoteknoloji = Biotechnology
Dizin: Mikrobiyolojik korozyon = Microbiological corrosion ; Soğuk plazma = Cold plasma

Özet:
Dünya üzerindeki mikrobiyal yaşamın %80'ini oluşturan biyofilmler, biyolojik kirliliğin başlıca sebeplerinden biridir. Bu sorunları kalıcı olarak çözebilmek için biyofilmler ile nasıl mücadele edilmesi gerektiğinin iyi araştırılması gerekmektedir. Son yıllarda, geleneksel sterilizasyon yöntemlerine alternatif olarak soğuk plazmalar umut verici bir çözüm olarak ortaya çıkmıştır.

Atmosferik basınç soğuk plazma jetleri (ABSPJ) Pseudomonas aeruginosa'nın planktonik formu üzerinde ipliksi modda temas ettiğinde, agar yüzeyinde erozyona neden olurken, difüz modda agar yüzeyine zarar vermeden en yüksek antibakteriyel etkinliği sergilemiştir. P. aeruginosa biyofilmlerinde, 300 saniyede ciddi azalma görülmüştür. Halomonas caseinilytica üzerine atmosferik basınç soğuk  plazması (ABSP) uygulanmış ve doğrudan maruziyette 180 saniyede tam inaktivasyon sağlanırken, uzaktan maruziyete ise tam inaktivasyon süresi 300 saniye olarak tespit edilmiştir. H. caseinilytica biyofilmlerinde plazma uygulanmış su  içinde 300 saniyede tam inaktivasyon sağlanmıştır. Biyofilmlerdeki yapısal değişiklikleri araştırmak için Alan Emisyon Taramalı Elektron Mikroskobu (FE-SEM) kullanılmıştır. Staphylococcus aureus biyofilmleri üzerine ABSPJ uygulanmıştır ve 300 saniyede önemli azalma görülmüştür. Planktonik formları Girişimli Elektron Mikroskobu ile analiz edilmiştir. Biyofilmler ise Konfokal Lazer Taramalı Mikroskop, FE-SEM, Atomik Kuvvet Mikroskobu, Fourier-Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopisi ile analiz edilmiştir. Sonuçlarda, morfolojide önemli değişiklikler gözlemlenmiş ve canlılıkta azalma tespit edilmiştir. Ayrıca plazma uygulanmış serum fizyolojik S. aureus biyofilmlerine uygulanmıştır ve 600 saniyede önemli bir azalma gözlenmiştir.

Bu çalışmada; atmosferik basınçta üretilen soğuk plazmalar P. aeruginosa, H. caseinilytica, S. aureus bakterilerinin planktonik ve biyofilmleri üzerine uygulanmıştır. Sonuç olarak, soğuk plazmaların gelecekte geleneksel sterilizasyon yöntemlerine karşı alternatif bir teknoloji olabileceği gösterilmiştir.

Abstract:
Biofilms, which account for 80% of microbial life on Earth, are one of the main causes of biological pollution. In order to solve these problems permanently, how to combat biofilms needs to be well researched. In recent years, cold plasmas have emerged as a promising alternative to traditional sterilization methods.

	Atmospheric pressure cold plasma jets (APCPJ) exhibited the highest antibacterial activity on the planktonic form of Pseudomonas aeruginosa when contacted in filamentous mode, causing erosion of the agar surface, while in diffuse mode without damaging the agar surface. A significant reduction in P. aeruginosa biofilms was observed at 300 seconds. Atmospheric pressure cold plasma (APCP) was applied on Halomonas caseinilytica and complete inactivation was achieved in 180 seconds in direct exposure, while complete inactivation time was determined as 300 seconds in remote exposure. Complete inactivation of H. caseinilytica biofilms in plasma-treated water was achieved in 300 seconds. Field Emission Scanning Electron Microscopy (FE-SEM) was used to investigate structural changes in biofilms. APCPJ was applied on Staphylococcus aureus biofilms and a significant reduction was observed in 300 seconds. Planktonic forms were analyzed by Interference Electron Microscopy. Biofilms were analyzed by Confocal Laser Scanning Microscope, FE-SEM, Atomic Force Microscopy, Fourier Transform Infrared Spectroscopy. The results showed significant changes in morphology and decreased viability. In addition, plasma-treated saline was applied to S. aureus cells and a significant reduction was observed at 600 seconds.

In this study, cold plasmas produced at atmospheric pressure were applied on planktonic and biofilm forms of P. aeruginosa, H. caseinilytica, S. aureus bacteria. As a result, it was shown that cold plasmas may be an alternative technology to traditional sterilization methods in the future.