Investigation of bacterial cellulose production including a molecular approach under different stress conditions

Bakteriyel selüloz, yüksek kristallik, mekanik mukavemet, su tutma kapasitesi, esneklik, saflık, farklı şekillerde kalıplanabilirlik, yüksek derecede polimerizasyon, ve benzersiz nanoyapı gibi birçok benzersiz, büyüleyici ve arzu edilen özelliklere sahiptir. Bu nedenle bakteriyel selüloz gıda endüstrisi, elektronik ve biyomedikal alanlarda geniş bir uygulama alanına sahiptir. Bu çalışmada, bakteriyel selüloz üretimi sırasında soğuk şok ve sonikasyon olmak üzere iki farklı stres koşulu uygulanmıştır. Stres koşullarının üretilen bakteriyel selüloz üzerindeki ve K. xylinus'un davranışı üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Sonikasyon ve soğuk şok streslerinin benzer etkileri olup, K. xylinus davranışında ve üretilen bakteriyel selüloz özelliklerinde de farklılıklara sebep olmuştur. Bakteriyel selüloz üretimi için, 60 saniyelik stres uygulanan grup, 2,9 g/L BC üretimi ile kontrol grubuna göre 1,3 kat daha fazla ürün vermiştir ve soğuk şok stresi uygulanan grup, 3,3 g/L ile kontrol grubuna göre 1,6 kat daha fazla verim sağlamıştır. Hem soğuk şok hem de sonikasyon stresi, daha güçlü ve daha dayanıklı bakteriyel selülozlarının üretilmesiyle sonuçlanmıştır. Sonikasyon stresinde, kontrol grubuna göre 2.1 kat daha fazla nihai mukavemet ve soğuk şok stresinde kontrol grubuna göre 2.0 kat daha fazla nihai mukavemet elde edilmiştir. Sonikasyon stresi, kontrol grubuna göre sıcaklık değişimi başına 1.73 kat daha az kütle kaybı, soğuk şok stresi için kontrol grubuna göre sıcaklık değişimi başına 1.8 kat daha az kütle kaybı ile daha termostabil yapı, daha pürüzlü bir yüzey yapısı, daha yüksek çekme mukavemeti, daha güçlü yapı ile birlikte bakteriyel selülozların korunmuş moleküler yapısı ve konformasyonu ile sonuçlandı. Sonikasyon stresi için bcsA, ccpAx genlerinin gen ekspresyon seviyeleri araştırıldı. Sonikasyon 30 saniye stresinde bcsA geni için gen ekspresyonu 4. günde kontrol grubunun 1.4 katı ve 7. günde kontrol grubunun 1.7 katı olarak kontrol grubuna göre daha yüksek seviyelere ulaştı. CcpAx geni 4. günde kontrol grubunun 0.8 katı iken, fermantasyonun 7. gününde 1.4 katına ulaştı. Sonication 60 saniye için, ilk günlerde 30 saniye ile karşılaştırıldığında daha yüksek ekspresyon seviyelerine ulaşıldı. 4. günde kontrol grubu ile karşılaştırıldığında bcsA geninde 1.8 kat, CcpAx geninde 2.4 kat daha fazla artış görüldü. Ancak sürekli stres, kontrol grubu ile karşılaştırıldığında, ekspresyon düzeylerinin bcsA geni için 0,8 kat ve ccpAx geni için 0,6 kat düşmesine neden olmuştur.