Mikroalglerde nötral lipid içeriğinin artırılması üzerine bir araştırma

Abstract

Bu doktora tezinde mikroalg çalışmalarında model organizma olarak kullanılan Chlamydomonas reinhardtii P.A.Dangeard türünün CC-124 soyu ve bu mikroalgin büyüme ortamı olarak Tris-Asetat-Fosfat besiyeri kullanılmış, büyüme ortamlarında çok sayıda makro ve mikroelementin hiç bulunmadığı veya 5x konsantrasyonda bulundukları ortamlarda 10 gün boyunca inkübasyona bırakılan mikroalgler büyümenin farklı evrelerinde örneklenmiş, nötral lipid üretimi ve büyüme ile ilgili parametreler irdelenmiştir. Yapılan çalışmalar sonucunda mikroalglerin büyüme ortamında N, S, P ve Mg elementlerinin hiç bulunmadığı veya N ve Zn elementlerinin 5x konsantrasyonda bulundukları ortamların lipid üretimini teşvik edici ortamlar oldukları sonucuna varılmıştır. Böylece bundan sonraki ölçümler ile sıcaklık ve ışık uygulamaları kontrol ile birlikte 7 grup kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Takip eden çalışmalarda ise C. reinhardtii üzerinde yapılan uygulamaların fizyolojik etkilerini belirlemek amacı ile, belirlenen zamanlarda örneklenen mikroalglerin yağ asidi profillerinde, element içeriklerinde, protein, klorofil, karotenoid içeriklerinde meydana gelen değişimler belirlenmiş, mikroalglere uygulanan stresin düzeyini yansıtan parametreler olan reaktif oksijen türlerinin oluşumu ve antioksidan cevap irdelenmiştir. Son olarak element manipülasyonuna cevapta mikroalglerde meydana gelen anatomik değişimler ışık mikroskobu, konfokal ve TEM görüntüleri ile birlikte değerlendirilmiştir. C.reinhardtii?de makro- ve mikroelement kompozisyonu, farklı element rejimlerine tepki olarak oldukça değişik cevaplar sergilemiştir. C. reinhardtii?ye uygulanan element rejimleri (N, S, P ve Mg açlığı ile N ve Zn fazlalığı) nedeniyle hücre sayısında ki artışın baskılanması sonucunda, hücre hacminde, karbonhidrat, nötral lipid ve TAG içeriğinde artış gibi ortak cevapların ortaya çıktığı belirlenmiştir. Ayrıca konfokal ve TEM görüntüleri ile element açlıklarına tepki olarak hücre içinde bol miktarda lipid cisimlerinin depolandığı gözlenmiştir. Diğer taraftan element manipülasyonu yapılarak mikroalglerde oluşturulan stresin düzeyinin, lipid içeriğindeki artış ile doğru orantılı olduğu ve oksidatif stresten kaynaklanan membran lipidleri oksidasyonunun mikroalglerden biyodizel eldesi için uygun olan doymuş yağ asidi oluşumunu olumsuz etkilemediği anlaşılmıştır. Büyüme ile ilgili parametreler ile TAG ve nötral lipid üretimindeki artışlar dikkate alındığında, mikroalglerde lipid üretimini artırmak için S, P ve Mg açlığı uygulamalarının, N açlığına kıyasla daha etkili yollar olduğu, diğer taraftan mikroalglerin içerdikleri FAME profilleri değerlendirildiğinde N, S ve P açlığının biyodizel eldesi için uluslararası standartları karşılayacak nitelikte yağ asidi üretimini teşvik ettikleri belirlenmiştir. Bununla birlikte, C.reinhardtii mikroalginin su ortamlarından çinko gideriminde etkili bir biyolojik araç olarak kullanılabileceği sonucuna varılmıştır.

In this doctorate thesis, C.reinhardtii P.A.Dangeard CC-124 strain was incubated under several element deprivation and overabundance (5x), neutral lipid production and growth-related parameters were analysed during 10 days of incubation period. Tris-Acetate-Phosphate growth solution was utilized as growth medium. In wiev of the data obtained from neutral lipid production and growth parameters; N, S, P, Mg deprivations, and N and Zn supplementations were found to induce lipid production of microalgae effectively. Thus, temperature and light applications as second stress factors and following measurements were achieved on these groups of microalgae. Following measurements included analysis of fatty acid profiles, element concentration, protein, chlorophyll, carotenoid contents of microalgae in order to detect physiological effects of induction of lipid content, and ROS production and antioxidant response were dissected for detecting the oxidative stress level caused by element stress. Lastly, anatomical changes of microalgae under element stress were detected by using light microscobe, confocal and TEM analysis. Somewhat radical changes were detected on macro- and microelement composition of microalgae under different element regimes. Suppression of growth, increase of cellular biovolume, carbohydrate, neutral lipd and TAG content were defined as common response of microalgae under different element regimes studied. Most of the intracellular space was occupied by lipid bodies under all nutrient starvations, as observed by confocal microscopy and supported by transmission electron micrographs. On the other hand, the level of the oxidative stress was found to show positive correlation with lipid production while saturated fatty acid formation was not affected by oxidation of membrane lipids stemming from the oxidative stress. When increase in neutral lipid and TAG content of microalgae was evaluated together with growth parameters; S, P and Mg deprivations were found to superior to N deprivation for induction of total lipid acquisition. On the other hand, FAME pro?les of the nitrogen, sulfur and phosphorus deprived cells were found to meet the requirements of international standards for biodiesel. In addition, we infer that C. reinhardtii can be used for zinc remediation from aquatic environments.