Ayvalık tuzlası (Balıkesir)`ndan halofilik bakterilerin izolasyonu ve biyoteknolojik enzim potansiyellerinin araştırılması

Abstract

Yüksek tuz konsantrasyonlarında (%10 ve üzeri) optimum büyüyebilen mikroorganizmalar, halofiller grubuna girmektedir. Halofiller, yaşamın ana domainleri Arkea ve Bakterileri de kapsayan, yüksek tuzlu koşullarda hayatta kalma kabiliyetine sahip çeşitli mikroorganizmaları içerir. Halofillerin bazı önemli biyoteknolojik ve ekolojik özellikleri, halofilik biyolojiyi daha derinden incelemek için bilim adamlarının dikkatini çekmektedir. Bu çalışma, bazı biyoteknolojik açıdan önemli enzimlere odaklanarak Ayvalık Tuzlasından halofilik bakterilerin izolasyonunu ve tanımlanmasını kapsamaktadır.Farklı zaman aralıklarında Ayvalık tuzlasından su ve sediment örneklemeleri yapılarak çeşitli ortamlarda kültüre edilebilir halofilik bakteri izolasyonları gerçekleştirilmiştir. Tuzlu su numunelerinin iyon kromatografisi ile bazı iyonları (Florür, klorür, nitrit, bromür, sülfat vb.) ve ICP-OES metal analizi ile bazı metalleri (Na, Ca, Mg, Cd, Cu, Fe, Mn vb.) belirlenerek halofilik bakterilerin sayısı ve tipleri arasında ilişki olup olmadığı tespit edilmeye çalışılmıştır. İzolasyonlar sonucunda tuzladan alınan su örneklerinde yaklaşık olarak 1.2 x 103 kob/mL kültüre edilebilir halofilik bakteri tespit edilmiştir. İzole edilen mikroorganizmaları temsilen 55 farklı Halofilik bakteri seçilerek hem katı hem de sıvı ortamda farklı enzimleri (Ksilanaz, amilaz, selülaz, pektinaz, proteaz ve lipaz) üretim kabiliyetleri belirlenmiştir. Katı ortamda yapılan testler 55 halofilik bakterinin 34 tanesinin araştırılan enzimlerden en az birini üretme kapasitesine sahip olduğunu 14 bakterinin ise yüksek miktarlarda enzim ürettiğini göstermiştir. Seçilen halofilik bakterilerin sıvı besiyerleriyle yapılan fermentasyonları sonucunda elde edilen enzim üretimleri ksilanaz için 2-21.9, selülaz için 2.2-22.2, amilaz için 2.4-18.2 ve pektinaz için 1.2-9.8 U/mL arasında farklılık göstermektedir. Üretilen enzimlerin ısıya karşı toleransları 40 oC civarında olmasına karşın yüksek (alkali) pH'larda aktiviteleri çok daha stabil ve yüksek bulunmuştur. Seçilen 14 farklı bakterinin 11'i morfolojik, kültürel karakteristikleri ve 16S rRNA sekans verileri aracılığıyla tanımlanmışlardır. Belirlenen türler sırasıyla, Halobacillus karajensis, Halobacillus alkaliphilus, Salegentibacter salarius, Halomonas alimentaria, Halomonas denitrificans, Actinopolyspora erythraea, Chromohalobacter beijerinckii, Marinobacter algicola'dır. Ayrıca enzim ürettiği belirlenen 3 halofilik bakteri ise cins bazında (2 adet Haloferax sp. ve 1 adet Saccharopolyspora sp.) tespit edilebilmiştir.Çalışmada tanımlanan Halofilik bakterilerin literatürde yer alan bazı halofilik bakterilerden çok daha yüksek miktarlarda farklı enzimleri üretebildikleri belirlenmiştir. Ancak daha sonraki çalışmalarda enzim üretimi optimizasyonu, saflaştırılması gibi bazı ileri testlerin tamamlanması ve bu enzimlerin biyoteknolojik olarak farklı alanlarda kullanılabilirliğinin belirlenmesi önem arz etmektedir.

Microorganisms that grow at high salt concentrations (10% and above) are included in halophiles group. Halophiles include a diverse microorganisms with ability to survive in highly saline conditions, including major life domains Archaea as well as Bacteria. Some important biotechnological and ecological features of halophiles grabbing the the attention of scientists to further examine the halophilic biology. This study presents isolation and identification of halophilic bacteria from Ayvalık Saltern by focusing on some biotechnologically important enzymes.Water and sediment samples were be sampled at different time intervals, and halophilic bacteria were isolated. Determination of some ions (fluoride, chloride, nitrite, bromide, sulphate etc.) by ion chromatography and some metals (Na, Ca, Mg, Cd, Cu, Fe, Mn etc.) by ICP-OES metal analyses of saline samples, it is tried to determine whether there is a relationship between the frequency and the types of halophilic bacteria. As a result of isolations, approximately 1.2 x 103 cfu/mL culturable halophilic bacteria were determined in the water samples taken from the saltern. Representative 55 different halophilic bacteria for isolated microorganisms were selected and ability of the producing different enzymes (xylanase, amylase, cellulase, pectinase, protease and lipase) were determined in both solid and liquid medium. Tests in solid media showed that 34 of the 55 halophilic bacteria had the capacity to produce at least one of the enzymes investigated, while 14 of the bacteria produced high amounts of enzyme. As a result of liquid medium fermentation, the enzyme yields of the selected halophilic bacteria were 2-21.9 for xylanase, 2.2-22.2 for cellulase, 2.4-18.2 for amylase and 1.2-9.8 U/mL for pectinase. Although the temperature tolerance of the produced enzymes is around 40 oC, their activity at higher (alkaline) pHs is much more stable and higher.11 of the 14 selected bacteria were identified by morphological, cultural characteristics and 16S rRNA sequence data. The species identified are Halobacillus karajensis, Halobacillus alkaliphilus, Salegentibacter salarius, Halomonas alimentaria, Halomonas denitrificans, Actinopolyspora erythraea, Chromohalobacter beijerinckii and Marinobacter algicola. In addition, 3 halophilic bacteria producing the enzymes were determined on genus level (2 Haloferax sp. and 1 Saccharopolyspora sp.).Halophilic bacteria identified in this study were able to produce much higher amounts of different enzymes than some halophilic bacteria studied in the literature. However, in later studies, to determine the usability of these enzymes in different fields of biotechnology, it is important to complete some more tests such as optimization of enzyme production and purification.