ÖZET Yükek Lisans Tezi BAKTERİ HEMOGLOBİN GENİ KLONLANMIŞ Enterobacter aerogenes'de FERMANTASYON METABOLİTLERİNİN ÜRETİMİ VE SOLVENT TOLERANSI Nafia (ATEŞ) GÜRSOY İnönü Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Biyoloji Anabilim Dalı 47+vi sayfa 2003 Danışman: Yrd.Doç. Dr. Hikmet GEÇKİL Enterobacter aerogenes, hipoksik ortamlarda karbonhidrat kaynaklannı bütandiol fermantasyonu yolu ile metabolize eder ve endüstride önemi olan iki çeşit ürün, asetoin ve bütandiol, büyük miktarlarda oluşur. Bu ürünler petrokimya sanayimden, kozmetik sanayiine kadar önemli uygulama alanlarına sahiptir. Ancak, böyle bir ortamda oksijen seviyesinin daha ileri derecede düşmesi ve ayrıca ortamın asiditesinin artması bakterinin çoğalmasını engellemekte ve dolayısı ile de ürün oluşumunu önemli ölçüde baskılamaktadır. Böyle bir sistemde Vitreoscilla hemoglobin geninin kullanımı ve sistemin optimizasyonu önemli avantaj sağlayabilir. Bu tezde oksijeni, belli kritik seviyelerde tamponlama özelliği bilinen Vitreoscilla hemoglobininin değişik kimyasal ve fiziksel şartlar altında asetoin üretimi ve Enterobacter aerogenes ve onun vgb~ ve vgb+ rekombinantlannm toluene ve bütandiole karşı dirençliliği, bu ortamlardaki çoğalma performansları karşılaştınlmıştır. Her ne kadar bütandiol ve asetoin doğal solventler ise de, diğer doğal olmayan solventler gibi hücre membram üzerinde eritici özellikleri vardır. Enterobacter aerogenes' m. yabanıl tipinin rekombinant suşlara nazaran toluen içeren kültür ortamında daha yüksek hücre yoğunluğuna sahip olduğu gözlenmiştir. Yine bütandiol içeren kültürlerde de yabanıl tipin rekombinantlara göre daha iyi büyüme gösterdiği saptanmıştır. Bunun aksine kültürlerin pH analizlerinde rekombinant suşlarm daha yüksek pH' lara sahip olduğu gözlenmiştir. Bu da hemoglobin içeren susta karbonhidrat kaynaklarmm, asit üretiminden çok nötr ürünlerin üretiminde kullanıldığım göstermektedir. Ayrıca bakterilerin asetoin üretim performansları kıyaslandığında, hemoglobin içeren susun özellikle geç durağan fazda daha yüksek bir asetoin üretme kapasitesine sahip olduğu görülmüştür. ANAHTAR KELİMELER: Vitreoscilla hemoglobini, bakteriyel hemoglobin, bütandiol,, asetoin, toluen, Enterobacter aerogenes. $:::<^ >>^ #*
ABSTRACT Ms.C.Thesis THE PRODUCTION OF FERMANTATIVE METABOLITES AND SOLVENT TOLERANCE IN Enterobacter aerogenes ENGINEERED WITH THE BACTERIAL HEMOGLOBIN GENE Nafıa (ATEŞ) GÜRSOY Inonu University Graduate School of Natural and Applied Sciences Department of Biology 47+vi pages 2003 Supervisor: Assistant Professor Hikmet GECKIL Enterobacter aerogenes is a bacterium that, when grown under hypoxic conditions, diverts carbohydrate sources to butanediol fermentation pathway, leading to the formation of two main products; acetoin and butanediol. Both products are high industrial value with uses from as petroleum products to as ingredients of various cosmetics. Under such conditions and subsequent oxygen decrease, however, the medium pH becomes acidic which restricts the growth and biomass production, both having a negative effect on product formation. It has been proposed that, the use of Vitreoscilla hemoglobin can be advantageous in such a system. In this study, the effect of Vitreoscilla hemoglobin, known for its high oxygen buffering capacity, on the acetoin formation and growth and solvent tolerance by E. aerogenes has been investigated. Both natural fermentative solvents such as acetoin and butanediol and non-natural ones like toluene are known for their membrane dissolving properties. Our results indicate that the wild type host, Enterobacter aerogenes, tolerated higher toluene concentrations and grew to higher cell densities in toluene containing medium than both Vitreoscilla hemoglobin expressing starin and the starin carrying a comparable plasmid. Similarly, the wild type strain showed a better growth in butanediol containing medium. Contrary, the recombinant strains were determined to have higher culture pH values than the wild type strain. This shows that hemoglobin containing strain diverts carbohydrate sources to the neutral products rather than the acidic ones. Furthermore, when the acetoin production capacities of strains were compared, the hemoglobin expressing strain showed a higher acetoin production rate especially during late stationary phase of cultivation. KEY WORDS: Vitreoscilla hemoglobin, bacterial hemoglobin, butanediol, acetoin, toluene, Enterobacter aerogenes.