Investigation of the toxic effects of pesticides on yeast at the molecular level
Pestisitlerin mayalar üzerindeki toksisitesinin moleküler düzeyde araştırılması
- Tez No: 1019830
- Danışmanlar: DOÇ. DR. BESTE TURANLI, DOÇ. DR. CEYHUN BEREKETOĞLU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Biyomühendislik, Bioengineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Marmara Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Deltamethrin (DM), böceklerdeki sodyum kanallarıyla etkileşime girerek nörotoksik etkileriyle bilinen, yaygın olarak kullanılan sentetik bir piretroid insektisittir. Tarım, su ürünleri yetiştiriciliği, yaşam alanları ve hayvancılıkta yaygın olarak kullanılmasına rağmen, DM nin nörotoksisite, hepatotoksisite, nefrotoksisite, üreme bozuklukları, metabolik bozukluklar ve oksidatif stres dahil olmak üzere organizmalar için önemli sağlık riskleri oluşturduğuna dair giderek artan kanıtlar bulunmaktadır. Bu nedenle, DM maruziyetinin hücresel etki mekanizmasının aydınlatılması kritik önem taşımaktadır. Önceki çalışmalar, DM maruziyetini endoplazmik retikulum (ER) stresi ve hücresel demir dengesinin bozulmasıyla ilişkilendirmiştir. Ancak, DM nin sebep olduğu hücresel olayların altında yatan metabolik adaptasyonlar daha önce bildirilmemiştir. Bu tezde, 30 gün boyunca ölümcül olmayan konsantrasyonda (10 mg/L) ve düşük inhibisyon toksik konsantrasyonunda (30 mg/L) DM'ye kronik olarak maruz bırakılan Saccharomyces cerevisiae da DM maruziyetini moleküler düzeyde açıklanması hedeflenmiştir. Bu amaçla kronik olarak 30 gün boyunca ölümcül olmayan konsantrasyonda (10 mg/L) ve düşük inhibisyon toksik konsantrasyonda (30 mg/L) DM'ye maruz bırakılan S. cerevisiae da metabolomiks ve transkriptomiks analizleri ile moleküler değişiklikler ortaya çıkarılırken, 30 gün sonunda S. cerevisiae nın 24 saatlik fermantasyon performansı değerlendirilmiştir. Metabolomik profilleme, amino asit metabolizmasında önemli değişiklikler ortaya koyarken; özellikle ER stresini hafiflettiği bilinen glisin ve serin amino asitlerinin belirgin birikimi gözlendi. Transkriptomik analizde ise, demir yoksunluğunda sentezlenen (FRE3, SIT1) genlerin ve amino asit permeaz genlerinin (PUT4, AGP1) fazlaca regülasyonunu görülürken, amino asit taşınmasının ve demir alımının arttığını ortaya konmuştur. Ayrıca, 30 gün boyunca ölümcül olmayan konsantrasyonda (10 mg/L) ve düşük inhibisyon toksik konsantrasyonda (30 mg/L) DM'ye maruz bırakılan S. cerevisiae, sırasıyla 10 mg/L ve 30 mg/L DM maruziyetinde %98,05 ± 1,2 ve %98,28 ± 0,4 DM giderme oranı tespit edilmiştir. Her iki konsantrasyonda da DM'ye uzun süreli maruz kalma, biyokütle oluşumunu, glikoz tüketimini, etanol üretimini ve asetik asit seviyelerini önemli ölçüde etkilemediği bulunmuştur. Buna karşılık, gliserol üretimi belirgin şekilde artarak, 10 mg/L ve 30 mg/L DM'ye maruz kalan kültürlerde sırasıyla 1,1 g/L ve 1,5 g/L'ye ulaştı. Gıda ile ilişkili mikrofloranın doğal bir bileşeni olan Saccharomyces cerevisiae, unlu ürünlerin mayalanmasında ve şarap yapımı da dahil olmak üzere fermantasyon süreçlerinde starter kültür olarak kullanılmaktadır. Bu sebeple, fermentasyon ürünlerindeki DM kalıntılarıyla temas halinde olması kaçınılmazdır. Bu değişikliklerle paralel olarak, gliserol biyosentezinde önemli rol oynayan enzimleri kodlayan GPD1 ve GPD2'nin ekspresyon seviyeleri doza bağlı olarak yukarı doğru arttığı bulunmu. Saccharomyces cerevisiae biyoteknoloji endüstrisi için temel bir organizma olması ve gıda endüstrisi de dahil olmak üzere geniş bir uygulama yelpazesine sahip olması göz önüne alındığında, DM maruziyeti altında mayada artan gliserol üretimi, maya bazlı uygulamalar açısından dikkate değerdir. Ayrica, omics bulgular amino asit taşınımını ve demir homeostazının DM kaynaklı ER stresini hafifletmek için birlikte hareket ettiği koordineli bir adaptasyona işaret ederken, insan sağlığı açısından potansiyel öneme sahip korunmuş stres adaptasyon mekanizmalarını vurgulamaktadır.
Özet (Çeviri)
Deltamethrin (DM) is a widely used synthetic pyrethroid insecticide known for its neurotoxic effects through interactions with voltage-gated sodium channels in insects. Despite its extensive application in agriculture, aquaculture, household settings, and animal husbandry, accumulating evidence indicates that DM poses significant health risks to non-target organisms, including neurotoxicity, hepatotoxicity, nephrotoxicity, reproductive toxicity, metabolic disorders, and oxidative stress. Elucidating the cellular mode of action of DM exposure is therefore critical. Previous studies have linked DM exposure to endoplasmic reticulum (ER) stress and disrupted iron homeostasis; however, the metabolic adaptations underlying these responses remain poorly understood. To that end, molecular changes were revealed in S. cerevisiae that was chronically exposed to non-lethal concentrations (10 mg/L) and low inhibitory toxic concentrations (30 mg/L) of DM for 30 days using metabolomics and transcriptomics analyses, while the 24-hour fermentation performance of S. cerevisiae was evaluated at the end of 30 days. Metabolomic profiling revealed significant alterations in amino acid metabolism, with notable accumulation of glycine and serine, amino acids known to mitigate ER stress. Transcriptomic analysis showed upregulation of iron deprivation response genes (FRE3, SIT1) and amino acid permease genes (PUT4, AGP1), indicating enhanced amino acid transport and iron uptake. Also, S. cerevisiae exposed to non-lethal concentration (10 mg/L) and a low-inhibition toxic concentration (30 mg/L) of DM for 30 days exhibited high removal capacity, with 98.05 ± 1.2% and 98.28 ± 0.4% DM removal at 10 mg/L and 30 mg/L DM exposure, respectively. Prolonged exposure to DM at both concentrations did not significantly affect biomass formation, glucose consumption, ethanol production, and acetic acid levels. In contrast, glycerol production increased markedly, reaching 1.1 g/L and 1.5 g/L in cultures exposed to 10 mg/L and 30 mg/L DM, respectively. Saccharomyces cerevisiae, a natural component of food-associated microflora, is used as a starter culture in the leavening of baked goods and in fermentation processes, including winemaking. Therefore, contact with DM residues in fermentation products is inevitable. Consistent with these changes, the expression levels of GPD1 and GPD2, which encode rate-limiting enzymes in glycerol biosynthesis, were upregulated in a dose-dependent manner. Given the fact that Saccharomyces cerevisiae is a workhorse for biotechnological industry and its wide range of applications including food industry, elevated glycerol production in yeast under DM exposure is noteworthy in terms of yeast-based applications. Moreover, findings through omics analysis demonstrated a coordinated adaptive response in which amino acid trafficking and iron homeostasis act in concert to alleviate DM-induced ER stress, highlighting conserved stress adaptation mechanisms with potential relevance to human health.
Benzer Tezler
- Investigation of antimicrobial resistance in wild-type and stress-resistant Saccharomyces cerevisiae strains
Yaban-tip ve strese dirençli Saccharomyces cerevisiae suşlarında antimikrobiyal dirençliliğinin incelenmesi
RIZIQ NAHIDH ISMAEEL ALSAMAWI
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Biyoteknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiMoleküler Biyoloji-Genetik ve Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
PROF. DR. ZEYNEP PETEK ÇAKAR
- Sıçanlarda sipermetrin toksisitesine bağlı karaciğer hasarında CB2 agonisti JWH-133'ün sağaltıcı etkisinin araştırılması
Investigation of the therapeutic effects of CD2 agonist JWH-133 in cypermethrin toxicity induced liver damage in rats
HİDAYET TUTUN
Doktora
Türkçe
2016
Veteriner HekimliğiAnkara ÜniversitesiVeterinerlik Farmakoloji ve Toksikolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EMİNE BAYDAN
- Novaluron'un daphnia magna üzerindeki toksik etkilerinin gelişim, morfoloji, fizyoloji ve gen ekspresyonu düzeyinde incelenmesi
Investigation of toxic effects of novaluron on daphnia magna at the level of development, morphology, physiology and gene expressi̇on
İREM TOK
- Meriç Deltası'nda bazı çevre kirleticilerin çeşitli ortam ve organizmalarda birikimi ve sazan (Cyprinus carpio, L., 1758) balıklarındaki toksik etkilerinin histopatolojik ve biyokimyasal yönden araştırılması
Accumulation of some environmental pollutants in various environments and organisms in Meriç Delta and hstopathological and biochemical investigation of their toxic effects on Cyrinus carpio, L., 1758
BELDA ERKMEN
- Investigation of the in vitro cytotoxic effects of boron on human hepatocellular carcinoma cell line, HepG2
İnsan hepatosellüler karsinom hücre hattı, HepG2 ile boronun in vitro sitotoksik etkilerinin incelenmesi
HÜLYA ÇÖPOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
GenetikOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMoleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NÜLÜFER TÜLÜN GÜRAY
DOÇ. DR. YEŞİM AYDIN SON