Tekirdağ Namık Kemal Üniversitesi ile TÜBİTAK 1001 Projesi Ortaklığı
Merkezimizde görevli Öğretim Üyesi Dr. Halil Kurt hocamızın araştırmacı olduğu, yürütücülüğünü Tekirdağ Namık Kemal Üniversitesinde görevli Dr. Yusuf Sürmeli’nin yaptığı KBAG 121Z943 nolu “Dizi Homoloji Temelli Metagenomik Yaklaşımı Yoluyla Anadolu Manda Rumeni Kaynaklı Farklı Ekstremofilik Özelliklere Sahip Yeni Ksilanaz Enzimlerinin Tanımlanmaları, Biyokimyasal Karakterizasyonları ve Biyoteknolojik Uygulamaları” başlıklı 1001 projesi Bilimsel Ve Teknolojik Araştırma Projelerini Destekleme Programı” kapsamında 2021 Yılı 2. döneminde bilimsel olarak desteklenmesine karar verilmiştir.
Lignoselüloz keşfedilmemiş sürdürülebilir karbonun değerli bir kaynağını temsil eder ve ağırlıklı olarak selüloz, hemiselüloz ve ligninden oluşur. Bu yenilenebilir enerji kaynağının en büyük ikinci fraksiyonu olan hemiselüloz, esas olarak ksilan yapısından oluşmaktadır. Ksilanazlar, ksilanın degredasyonunda rol oynayan kilit enzimlerdir ve ksilan omurgasında ksilapiranozil kalıntıları arasındaki β-1,4-glikozitik bağlarını parçalarlar. Bu enzimler, GH3, GH5, GH6, GH8, GH9, GH10, GH11, GH16, GH18, GH26, GH30, GH43, GH44, GH51, GH62, GH98 and GH141 olmak üzere 17 glikozit hidrolaz (GH) ailesi içerisinde yer alırlar.
Ksilanazlar, çok çeşitli organizmalar tarafından üretilmektedirler. Bunlar arasında fungal ve bakteriyel ksilanazlar, endüstriyel işlemlerde potansiyel olarak uygulanabilecek üstün özelliklerinden dolayı önemlidirler. Bu enzimler, biyoyakıt, kağıt hamuru, gıda ve yem endüstrilerindeki uygulamalarda büyük ilgi görmüşlerdir ve yüksek sıcaklık, asidik pH ve lignoselülozik türevli inhibitör gibi ekstrem koşullara dayanıklı olmaları beklenmektedir.
Ksilanazların çeşitli kaynaklardan elde edildikleri raporlanmıştır ve bunlardan en ilginç olanı ruminant hayvanların rumenleridir. Rumen, bakteriyal ve fungal ksilanazlar dahil hidrolitik enzim sınıfları için potansiyel olarak önemli bir kaynağı temsil etmektedir. Çeşitli ruminant hayvanlarda yapılan rumen kaynaklı enzim çalışmaları sonucunda, farklı ekstremofilik özelliklere sahip ksilanaz enzimleri tanımlanmış ve karakterize edilmiştir.
Ksilanaz gibi lignoselülolitik enzimlerin geleneksel tanımlanması, mikroorganizmaların saf kültivasyonuna dayanmaktadır. Bu tanımlama ile rumen mikroorganizmalarının %85’inden fazlası kültüre edilemediği için çok sayıda fonksiyonel gen keşfedilmemiş olarak kalır. Bu nedenle, son zamanlarda, rumen gibi farklı ortamlardan ksilanazların da içinde olduğu yeni biyokatalizörlerin taranması, kültivasyondan bağımsız olan metagenomik yaklaşım ile mümkün hale gelmiştir. Metagenomik yaklaşım, Hu koyunu, inek, Tibet öküzü, sığır, deve rumen ortamlarından yeni farklı özeliklere sahip ekstremofilik ksilanazları tanımlamak ve karakterize etmek için kulanılmıştır. Ancak, bildiğimiz kadarıyla şu ana kadar, Anadolu manda rumen kaynaklı ksilanaz enzim çalışması yapılmamıştır.
Bu çalışmanın amacı, dizi temelli metagenomik yaklaşımı yoluyla Anadolu manda rumeninden termostabil, asidik pH stabilite ve/veya lignoselülozik türevli inhibitor stabilite özelliklerine sahip farklı ekstremofilik ksilanazları tanımlamak, detaylı olarak biyokimyasal karakterizasyonlarını gerçekleştirmek ve biyoyakıt, hayvan yem ve meyve suyu endüstriyel alanlarına yönelik olarak üç biyoteknolojik uygulamada kullanılma potansiyellerini test etmektir. Bu amaçla, Anadolu manda rumen metagenomik DNA’sı yeni nesil dizileme ile dizilenecektir ve ksilanaz enzim gen adayları tespit edilecektir. Belirlenen farklı dizilere sahip ksilanaz enzim gen adaylarının, ekspresyon vektörüne klonlanmaları, E. coli BL21 (DE3)’de üretilmeleri, agar üzerinde aktivite taramaları, ham protein düzeyinde termostabilite taramaları gerçekleştirilecektir. Termostabil ksilanaz enzimlerinin, saflaştırılmaları ve detaylı biyokimyasal karakterizasyonları yapılacaktır. Bunlar arasından seçilen termostabil, asidik pH stabilite ve/veya lignoselülozik türevli inhibitör (etanol ve furfural) stabilite özelliklerine sahip farklı ekstremofilik ksilanaz enzimlerinin, biyoyakıt, hayvan yem ve meyve suyu endüstriyel alanlarına yönelik uygulamaları gerçekleştirilecektir. Bu çalışmanın özgün olmasının nedeni, farklı ekstremofilik özellikte ksilanaz enzimlerinin tanımlanmaları ve karakterizasyonlarının, ilk kez Anadolu manda rumen metagenomu kullanılarak yapılacak olmasıdır.
Bu çalışma sonucunda, termostabil, asidik pH stabilite ve/veya lignoselülozik türevli inhibitör (etanol ve furfural) stabilite özelliklerine sahip farklı ekstremofilik ksilanaz enzimleri elde edilebileceğini ve bu enzimlerin biyoyakıt, hayvan yem ve meyve suyu endüstriyel işlemlerinde potansiyel olarak kullanılabileceğini düşünmekteyiz. Bu çalışmanın çıktılarının, bu biyoteknolojik işlemler için belirtilen endüstrilerin ihtiyaçlarını karşılaması mümkün olacaktır. Böylece, bu çalışma, bu üç endüstriyel alanda işlem veriminin iyileştirilebilmesine katkı sunacaktır.
