Androctonus crassicauda (Oliver, 1807) akrep türünün dış morfolojik özelliklerinin taramalı elektron mikroskopla belirlenmesi ve zehirinin biyokimyasal analizi

Abstract

Androctonus crassicauda Orta Doğu'da tıbbi öneme sahip olup Buthidae familyasının en tehlikeli türlerinden biridir. Türkiye coğrafyası içerisinde Güneydoğu'da yaygın olarak bulunup ülkedeki akrep sokmaları vakalarında en yüksek paya sahiptir. Bu çalışmada Şanlıurfa'da toplanan Androctonus crassicauda akrep türünün taramalı elektron mikroskobu ve stereo ışık mikroskobu ile morfolojik analizleri, zehrinin biyokimyasal analizleri ve ayrıca akrep-zehir aracılı altın nanopartikül sentezi ve uygulamaları yapılmıştır. Akrep zehri insana enjekte edildiğinde şiddetli bir sistematik inflamasyona neden olan peptitler, serbest aminler, nükleotidler, lipitler ve diğer birçok biyoaktif bileşiklerin karışımlarını içerir. Buna karşın, akrep zehrinin seçimli olarak biyomedikal amaçlı kullanımı ile birçok metabolik ve otoimmün hastalığın tedavisine yönelik kullanımları gösterilmiştir. Akrep zehirlerinin metal nanoparçacıklar ile kullanımı ise zehirlerin biyolojik etkilerinin artırılması, biyosensör ve biyomedikal uygulamalar için yüzey tasarımı amaçlı kullanılabilmelerini sağlamaktadır. Çalışmada altın nanopartikül sentezinde indirgenme adımı için şeker ligandları kullanıldı. Akrep venomunun derişimi sabit altın tuzu miktarına göre değiştirilerek sentezlenen venom-AuNPlerinin yüzey plazmon, şekil ve boyut özellikleri kontrol edildi. Venom proteinlerinin AuNPler ile birlikte kullanımı onların biyolojik etkilerini artırma, hedef doku ve hücreye olan spesifikliğinin maksimizasyonu, protein kararlılığının artırılması, sirküle olma süresinin optimizasyonunun sağlanmasında önemli katkılar sunmaktadır. Sentezlenen bu AuNPlerinin yüzey plazmon özellikleri (SPR) UV-vis spektrofotomerisi ile, morfolojik özelliklerinin karakterizasyonu geçirgen elektron mikroskobu (TEM) ile gerçekleşirken, kristal karakterinin belirlenmesi ise X-ışınları kırınım kristalografisi (XRD) ile belirlenmiştir. Protein boyutunun nanopartikül şekillenmesi üzerine etki etmesi bilindiği için, A. crassicauda akrebinden sağılan zehirin içindeki proteinlerin boyut karekterizasyonu Agaroz Jel Elektroforezi yöntemiyle belirlenmiştir. Elektroforez sonucuna göre zehir içeriğinde bulunan 15 kDa ve >180 kDa arasında elde edilmiştir. Sentezlenen nanoparçacıkların antimikrobiyal aktiviteleri ve bakterilerin biyofilm oluşumları üzerine etkilerini gözlemlemek için Staphyloccous epidermidis, Staphyloccous aureus, Salmonella infantis, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa bakterileri ile çalışılmıştır. İleriki çalışmalarda zehir proteinlerinin izole edilerek kullanılması ile AuNP sentezi çalışmaları ve antimikrobiyal, antikanser ve biyosensör uygulamaları amaçlanmaktadır.

Androctonus crassicauda, one of the most dangerous species in Buthidae family, is medicinally important species in Middle East. Particularly it is responsible for highest prevalence of scorpion stings in Turkey, of where they locate mostly in South-east Turkey. In this study, Androctonus crassicauda species were collected from Şanlıurfa, and scanning electron microscopy and stereo light microscopy were used for morphological examinations along while biochemical analysis of their venom and venom-mediated gold nanoparticle formation and their applications were studied. Injection of scorpion venom to human can cause systemic inflammation resulted from peptide, free amin, nucleotides, lipids and such other bioactive species contained within the venom. However, selective and targeted usage of the venom content is a strategy against autoimmune and metabolic diseases. Recently it has been shown that utilization of scorpion venom with metallic nanoparticles empower their biological performances and make them proper materials in biosensor and biomedical applications. In the current study, sugar-ligands were used to trigger gold nanoparticle (AuNP) synthesis, where venom proteins served as shape/size directing agent and stabilizing agent. Introduction of venom proteins on AuNPs carries potential to advance their biological effects through enhancing their cell and tissue-based specificity and circulation time. The synthesized AuNPs were characterized with UV-Vis spectrometer for their Surface-plasmon resonance (SPR) properties, Transmission electron microscopy (TEM) for morphological properties and X-ray Diffraction spectroscopy (XRD) for crystalline character. Due to the fact that proteins' size pose effect on AuNPs size and shape, agarose gel electrophoresis study was done to enlighten the protein sizes of the venom. The test revealed that the proteins were in the sizes of 15 kDa and >180 kDa. The synthesized AuNPs in comparison to the venom itself were tested for its antimicrobial performance (i.e. growth suppression and biofilm formation) using Staphylococcus epidermidis, Staphylococcus aureus, Salmonella infantis, Escherichia coli and Pseudomonas aeruginosa bacterial strains.