Mikrobiyal hücre tabanlı ve hücre dışı PET degradasyonsistemlerinin geliştirilmesi ve karşılaştırılmalı analizi
Development and comparative analysis of microbial cell-based and extracellular PET degradation systems
- Tez No: 950272
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ VENHAR ÇELİK ÖZGEN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Biyomühendislik, Bioengineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Fırat Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Plastikler, çok yönlü kullanım alanları ve düşük üretim maliyetleri nedeniyle modern endüstride yaygın olarak kullanılmakta olup, PET özellikle tek kullanımlık ambalajlarda en sık tercih edilen polimerlerden biridir. Çevrede biriken PET atıklarının biyolojik olarak parçalanabilmesi için ester bağlarını hidrolize eden mikroorganizmalar giderek daha fazla tanımlanmaktadır. Bu çalışmada, çevreye yaygın şekilde dağılan ve doğada zor parçalanan polietilen tereftalat (PET) atıklarının biyolojik yollarla parçalanabilirliğini değerlendirmek amacıyla hem hücre tabanlı hem de hücresiz (cell-free) sistem kullanılmıştır. Çalışmanın temel amacı, farklı sistemlerdeki PET degradasyon verimlerini karşılaştırmak ve elde edilen ürünleri kantitatif ve kalitatif olarak analiz ederek sistemlerin etkinliğini moleküler düzeyde ortaya koymaktır. Deneylerde yüksek kristaliniteye sahip (% >30) 5 mg PET kullanılmış, hücreli sistemde 48 saat sonunda %1,29'luk bir degradasyon oranı ile yaklaşık 0,333 mM TPA ve 0,0007 mM EG üretimi gözlemlenmiştir. Hücresiz sistemde ise aynı miktardaki PET, 24 saatlik sürede %5,39 oranında parçalanmış; 1,199 mM TPA ve 0,0042 mM EG üretimi tespit edilmiştir. HPLC analizleri ve HOTP floresan sonuçları TPA oluşumunu doğrularken, SEM görüntüleri özellikle hücresiz sistemde PET yüzeyinde belirgin morfolojik bozulmalar olduğunu göstermiştir. İstatistiksel analizler, iki sistem arasında elde edilen ürün miktarlarında anlamlı farklılıklar olduğunu ortaya koymuş (p<0,05) ve hücresiz sistemin verimliliği yaklaşık 4,2 kat daha yüksek bulunmuştur. Bu fark, hücresiz sistemde enzimlerin doğrudan ve daha kontrollü bir ortamda çalışabilmesi, metabolik yan etkilerden arındırılmış bir sistem kullanılması ve ortam koşullarının daha hassas şekilde optimize edilebilmesiyle ilişkilendirilmiştir. Elde edilen bulgular, cell-free sistemlerin PET biyobozunumu açısından daha yüksek verim ve hız sunduğunu göstermiştir. Bu durum, enzimlerin inhibitör etkilerden uzak, daha kontrol edilebilir koşullarda çalışabilmesiyle doğrudan ilişkilidir. Öte yandan hücreli sistemlerin avantajı uzun süreli enzim üretimi potansiyeline sahip olmaları olsa da, hücresel metabolizmanın oluşturduğu kısıtlamalar nedeniyle bu sistemlerde degradasyon etkinliği sınırlı kalmıştır. Çalışma genelinde elde edilen veriler, cell-free platformların plastik atıkların biyolojik dönüşümünde ileri düzeyde mühendislik yaklaşımlarıyla daha da geliştirilerek endüstriyel ölçekte uygulanabilirliğe ulaşabileceğini ortaya koymaktadır. Bu bağlamda, sürdürülebilir plastik geri dönüşümüne katkı sağlamak amacıyla cell-free sistemlerin daha detaylı araştırılması ve optimizasyonuna yönelik çalışmaların artırılması gerekmektedir.
Özet (Çeviri)
Plastics are widely used in modern industry due to their versatile applications and low production costs, with polyethylene terephthalate (PET) being one of the most commonly preferred polymers, especially in singleuse packaging. In response to the accumulation of PET waste in the environment, an increasing number of microorganisms capable of hydrolyzing ester bonds in PET and facilitating its degradation into smaller, environmentally sustainable by-products have been identified. In this study, both cell-based and cell-free systems were employed to evaluate the biodegradability of PET waste, which is widely distributed in the environment and resistant to natural degradation. The primary objective was to compare the degradation efficiencies of different systems and to analyze the resulting products both quantitatively and qualitatively to assess system performance at the molecular level. Experiments were conducted using 5 mg of PET with high crystallinity (>30%). In the cell-based system, a degradation rate of 1.29% was achieved after 48 hours, with approximately 0.333 mM of terephthalic acid (TPA) and 0.0007 mM of ethylene glycol (EG) detected. In contrast, the cell-free system yielded a 5.39% degradation rate within 24 hours, producing 1.199 mM TPA and 0.0042 mM EG. HPLC analyses and HOTP fluorescence results confirmed TPA formation, while SEM imaging revealed distinct morphological deterioration on the PET surface, especially in the cell-free system. Statistical analysis indicated a significant difference (p < 0.05) in product yields between the two systems, with the cell-free system demonstrating approximately 4.2 times higher efficiency. This difference is attributed to the ability of enzymes to operate in a more controlled environment, free from metabolic side effects and with optimized reaction conditions in the cell-free system. The findings highlight that cell-free systems offer greater efficiency and faster PET biodegradation, primarily due to the controlled conditions and absence of inhibitory effects. While cell-based systems have the advantage of sustained enzyme production, their degradation performance remains limited by cellular metabolic constraints. Overall, the results suggest that cell-free platforms, when further enhanced through advanced engineering approaches, hold strong potential for industrial-scale application in plastic waste bioconversion. Therefore, expanding research and optimization efforts on cell-free systems is essential to support sustainable plastic recycling solutions.
Benzer Tezler
- Characterization of extracellular vesicles derived from bacteria, yeast, and fungi species based on TEM, SEM, NTA, and FAME analysis
TEM, SEM, NTA ve FAME analizine dayalı bakteri, maya ve fungus türlerinden ızole edilen hücre dışı veziküllerin karakterizasyonu
RÜMEYSA NUR AFŞAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
BiyoteknolojiYeditepe ÜniversitesiBiyoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FİKRETTİN ŞAHİN
- Multiplex-PCR based screening and computational modeling of virulence factors and T cell mediated immunity in Helicobacter pylori infections for accurate clinical diagnosis
Helicobacter pylori enfeksiyonlarının doğru klinik tanısı için virülans faktörleri ile T hücreye bağımlı bağışıklığın çoklu-PZT ile taranması ve biyoinformatik modellemesi
SİNEM ÖKTEM OKULLU
Doktora
İngilizce
2017
Biyoteknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiMoleküler Biyoloji-Genetik ve Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
DOÇ. DR. AYÇA SAYI YAZGAN
PROF. DR. ZÜHTÜ TANIL KOCAGÖZ
- Karnozin ve düşük moleküler ağırlıklı heparinin ratlarda random paternli McFarlane flebi yaşayabilirliği ve plazma sıvısındaki mikrobial metabolitlerinin üzerine etkisinin araştırılması
The effect of carnosine and low molecular weight heparin on random pattern McFarlane flap viability and microbial metabolites in plasma fluid in rats
MUHAMMED EMİN ALDATMAZ
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
2025
Plastik ve Rekonstrüktif CerrahiFırat ÜniversitesiPlastik Rekonstrüktif ve Estetik Cerrahi Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ERHAN CAHİT ÖZCAN
- Calidifontibacillus erzurumensis tarafından üretilen ekzopolisakkaritin biyolojik aktivitesinin araştırılması
Investigation of the biological activity of exopolisacharide produced by Calidifontibacillus erzurumensis
SAADET HİLAL ÖNDER
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
MikrobiyolojiAtatürk ÜniversitesiMoleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET ADIGÜZEL
- Development of an in situ sers based method for observation of biofilm formation
Biyofilm oluşumunun gözlenmesi için YZRS tabanlı in situ bir metot geliştirilmesi
SEDA KELEŞTEMUR
Doktora
İngilizce
2017
BiyoteknolojiYeditepe ÜniversitesiBiyoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA ÇULHA