Yüksek miktarda biyofilm oluşturan termofilik basillerin çeşitli yüzeylerdeki biyofilm yapılarının analizi ve biyofilmin giderimi ile biyokorozyonun önlenmesi

Abstract

Tez kapsamında biyofilm oluşumu ve giderimi çalışmalarına Aeribacillus pallidus E334 izolatı ve Anoxybacillus rupiensis DSM 17127 suşu dahil edilmiştir. E334 ve DSM 17127 optimum biyofilm oluşumu değerleri sırasıyla, 60°C, pH 7.5, %1.5 NaCl ve 60°C, pH 8.0, %0 NaCl olarak belirlenmiştir. E334 ekstraselüler polimerik maddelerinin (EPS) çoğunlukla protein ve ekstraselüler DNA (eDNA) bileşenlerinden oluştuğu, fakat DSM 17127 EPS içeriğinin protein, karbonhidrat ve eDNA açısından daha zengin olduğu görülmüştür. E334 ve DSM 17127 genomik DNA ve eDNA'larının moleküler ağırlıkları sırasıyla 24.5 kb ile 27.6 kb ve 21.4 kb ile 20.9 kb olarak hesaplanmıştır. eDNA'lar, DNaz I enzimine duyarlı bulunmuş, E334 ve DSM 17127 olgun biyofilmlerinde yaklaşık %80.0 giderim sağlanmıştır. DNaz I saflaştırılan genomik DNA'yı parçalarken, saflaştırılan eDNA'ları etkilememiştir. Bu da, karbonhidrat ve proteinlerinden arınmış eDNA'ların muhtemelen daha ileri katlanmaları sonucu enzim dirençliliğiyle açıklanabilir. E334 ve DSM 17127 biyofilm oluşumu sırasıyla, polipropilen ile cam ve polikarbonat ile çelik yüzeylerde en iyi sonucu vermiştir. E334 ve DSM 17127 biyofilmleri sırasıyla, alkalen proteaz (ALP) ile SDS ve ALP ile tripsin ile giderilebilmiştir. Daha ileri giderim çalışmaları E334 ile yürütülmüştür. Konfokal Mikroskop (CLSM) analizlerinde, polipropilen yüzeyinde 17 µm biyofilm kalınlığı, EPS içeriğinin yoğun floresan özelliği ve EPS'nin mikrokolonileri ağa benzer yapıyla sardığı gözlenmiştir. Cam yüzeyinde, daha ince oluşum görülmüştür. Polipropilen yüzeyde E334 canlı hücrelerin ALP ile tamamı ve cam yüzeyden biyofilm kütlesinin (CLSM) %100'ü SDS ve ALP ile giderilebilmiştir. Sonuç olarak, bu çalışma güçlü biyofilmler üretebilen E334 izolatının endüstriyel süreçler için bir risk oluşturduğu ve pek çok temizleme rejiminin yeniden ele alınması gerekliliğini ortaya koymuştur.

In this thesis, the biofilm formation and removal works have been conducted with Aeribacillus pallidus E334 and Anoxybacillus rupiensis DSM 17127. The optimum biofilm formation values of strain E334 and DSM 17127 have been determined as 60°C, pH 7.5, 1.5 % NaCl and 60°C, pH 8.0, 0% NaCl, respectively. It has been found that the extracellular polymeric materials (EPS) of strain E334 are mostly composed of protein and extracellular DNA (eDNA) components, but the content of EPS of strain DSM 17127 is richer in terms of protein, carbohydrate and eDNA. The molecular weights of genomic DNA and eDNA of strains E334 and DSM 17127 were calculated as 24.5 kb with 27.6 kb and 21.4 kb with 20.9 kb, respectively. eDNAs were found to be sensitive to DNase I, and approximately 80.0% of the mature biofilms of strains E334 and DSM 17127 were removed. DNase I has cleaved the purified genomic DNA, but not the purified eDNAs. This is probably due to the further folding of carbohydrates and protein-free eDNAs, resulting in enzyme resistance. The biofilm formation of strains E334 and DSM 17127 gave the best results on polypropylene with glass and polycarbonate with steel surfaces, respectively. The biofilms of strains E334 and DSM 17127 were removed by alkaline protease (ALP) with SDS and ALP with trypsin, respectively. Further biofilm removal works have been carried out with strain E334. In confocal microscope (CLSM) analyzes, a 17 μm biofilm thickness on the polypropylene surface, the intense fluorescence of the EPS content were observed as well as wrapped microcolonies with a network-like structure by EPS. On the glass surface, thinner formation was observed. On the polypropylene surface, 100% of E334 viable cells were completely removed with ALP and 100% of the biofilm mass (CLSM) from the glass surface was removed by SDS and ALP. In conclusion, this study shows that the E334 isolate, which produces strong biofilms, poses a risk for industrial processes and it is necessary to reconsider many cleaning regimes.