Biyobozunur plastik polihidroksialkanoatların bacillus megaterium'da genetik mühendisliği yoluyla üretiminin artırılması

Günümüzde yaygın bir şekilde kullanılmakta olan fosil yakıt türevli plastik malzemeler, hafiflik, kolay şekillendirilebilme, hammadde ve imalat açısından ekonomik olmaları gibi avantajlarıyla hemen her alanda artan bir üretim ve tüketim değerine sahiptir. Ancak bu plastikler doğada uzun zamanda parçalanmaları ve içerdiği kanserojen bileşenler nedeniyle insan ve çevre sağlığına ciddi tehdit oluşturmaktadır. Sınırlı fosil yakıt kaynaklarının hızla tükenmesiyle birlikte petrol bazlı plastiklerin yerini alabilecek alternatif malzemelerden birisi de biyoparçalanabilirlik ve biyouyumluluk özellikleri bulunan polihidroksialkanoatlardır (PHA). PHA, oksijen, azot ve fosfor gibi bileşenler yönünden zayıf, karbonca zengin bir besi yerinde, hücresel stres anında kullanılmak üzere sentezlenen poliesterlerdir. Ancak, bu biyopolimerlerin ticari olarak tercih edilebilmesi için bakterilerde üretim verimlerinin arttırılması gerekmektedir. Bu tez çalışmasında, PHA'yı rekombinant (r)-Bacillus megaterium bakterisinden çeşitli genetik modifikasyonlarla yüksek verimlilikte üretmek için genetik mühendisliği yöntemleri uygulanmıştır. B. megaterium genomunda bulunan PHA sentez genleri phaC ve phaR ekspresyon vektörüne klonlanarak (r)-B. megaterium suşu ilk kez geliştirilmiştir. Doğal fenotip B. megaterium NRRL B-14308 suşu ile phaC-phaR genleri overekspres edilmiş (r)-B. megaterium suşu ve daha önce araştırma grubumuzda geliştirilmiş olan ve phaC geni overekspres edilmiş (r)-B. megaterium suşunda üretilen PHA'nın üretim verimleri ve üretilen PHA'ların yapıları karşılaştırılmıştır. Orbital çalkalamalı biyoreaktörde 72 saat inkübasyon sonucunda pC-HIS1623hp-phaC-phaR, pC-HIS1623hp-phaC ve kontrol grubu olan pC-HIS1623hp plazmidlerini içeren (r)-B. megaterium suşlarından sırasıyla 2,3 g L-1, 2,2 g L-1 ve 2,1 g L-1 verimlerinde PHA elde edilmiştir. PHA sentezi için gerekli olan PhaC ve PhaR proteinleri SDS-PAGE yöntemli ile teyit edildikten sonra, çözücü ekstraksiyonu yöntemiyle saflaştırılan biyopolimerlerin yapısal ve termal özellikleri Gaz Kromatografisi (GC-FID), Fourier Transform Infrared Spektroskopisi (FT-IR), Nükleer Manyetik Rezonans Spektroskopisi (1H-NMR), Termogravimetrik Analiz (TGA) ve Diferansiyel Taramalı Kalorimetre (DSC) analizleri ile karakterize edilmiştir. Rekombinant suşlardan elde edilen PHA'ların karakterizasyonları sonucunda polimerlerin kopolimer (PHB-ko-PHV) yapısında olduğu ve 3-hidroksibütirat (3HB) ile 3-hidroksivalerat (3HV) monomer birimlerinden oluştuğu belirlenmiştir.