Akıllı yüzeylerde tür içi-türler arası quorum algılama engellenmesiyle biyofilm oluşumunun önlenmesi
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: İstanbul Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Fen Fakültesi Bölümü, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2024
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: SEVAL BAL BAYRAK
Danışman: Nazmiye Özlem Şanlı
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Mikroorganizmalar zorlu çevresel koşullara karşı biyofilm adı verilen ve matris ile çevrelenmiş bir yapı oluştururlar. Biyofilm yapısı, mikroorganizmaların hayatta kalmalarını sağlarken matris içerisindeki moleküler sinyaller aracılığıyla da birbirleriyle iletişim kurmalarına olanak tanır. Biyofilm, insan vücudunda oluşturduğu hasarlardan endüstride neden olduğu problemlere kadar hayatın birçok alanını etkilemektedir. Su dağıtım sistemleri, gıda üretim ve paketleme endüstrisi, deniz taşımacılığı endüstrisi gibi alanlar biyofilm oluşumundan olumsuz etkilenen sektörlerin başında gelmektedir. İçme suyu sistemlerinde Pseudomonas aeruginosa, gıda endüstrisi için Listeria monocytogenes ve deniz endüstrisinde Vibrio campbellii genellikle biyofilmlerde rastlanan ve ilgili sektörler için bir risk göstergesi olarak değerlendirilip, biyofilm oluşumunun engellenmesindeki çalışmalarda değerlendirmeye dahil edilen mikroorganizmalardır. Her bir çevresel koşula özgü farklı mikroorganizma türlerini barındırabilen biyofilmleri önlemek için ilerleyen teknoloji ile yeni ve sürdürülebilir yöntemler geliştirilmeye devam edilmektedir. Bu yöntemlerden biri de akıllı yüzey kaplamalarıdır. Akıllı yüzey kaplamaları ile farklı fonksiyonel özellikler kazandırılmış yüzeylerle biyofilm oluşumunun erken aşamada ve yerinde önlenmesi hedeflenmektedir. Çalışmamızda cam yüzeyler, boronik asit-polietilenglikol, zwitteriyonik, kuaternar amonyum ve perfloro alkol bileşiklerinin silan ile fonksiyonelleştirilmiş formları sol-jel yöntemi kaplanmıştır. Böylelikle yüzeylere kirlilik önleyici protein adsorbsiyonu, süperhidrofobiklik, baktersidal etki ve quorum algılmayı önleyici etki gibi özellikler kazandırılmıştır. Kaplama yapılmış yüzeyler L. monocytogenes, P. aeruginosa ve V. campbellii bakterilerinin tek tür, iki tür ve üç tür karışım biyofilmlerine karşı test edilmiştir. Kaplama öncesinde kimyasalların biyofilm oluşumunu azaltan ve quorum algılmayı inhibe edici dozları belirlenmiştir. 4 haftalık (28 günlük) biyofilm deneylerinde, 7., 14., 21., ve 28. günlerde kaplama yapılmış ve yapılmamış yüzey örnekleri; i) kültüre dayalı yöntemler, ii) spektrofotometrik yöntemler ve iii) mikroskobik yöntemler kullanılarak değerlendirilmiştir. Gerçekleştirilen analizler sonucunda, kimyasalların karışım halinde uygulanmasının düşük dozlarda bile etkinin elde edilmesini sağladığı belirlenmiştir. Karışım halindeki kimyasalların biyofilm oluşumunu azalttığı ve quorum algılamanın inhibisyonunda etkili olduğu belirlenmiştir. Yüzey kaplama, 28 günlük deney süresince tek tür ve çoklu tür biyofilmlerde biyofilm oluşumunu %90 oranında engellemiştir. Bunun yanından gerçekleştirilen EPS ve c-di-GMP analizlerinde de bu bileşiklerin konsantrasyonlarının azaldığı belirlenmiştir. Veriler normal dağılım göstermiş (p >0,05) ve deney ve kontrol örnekleri arasında anlamlı fark (p <0,05) bulunmuştur. Elde edilen veriler ışığında, geliştirilen kaplama teknolojilerinin uygulanabilirliği, saha çalışmalarında test edilerek, biyofilmle mücadeleye katkılar sağlanabileceği öngörülmektedir. Özellikle, quorum algılamanın inhibisyonu gibi spesifik yaklaşımların geliştirilmesi, biyofilmlerin etkili bir şekilde engellenmesine yardımcı olabilir. Quorum algılamanın inhibe edilmesi hem türe özgü yöntemler geliştirilmesine olanak tanımakta hem de yüzeye tutunan bakterilerin diğer türlerle ile iletişime geçmesin sağlayan sinyalleri bloklamaktadır. Böylelikle bakteriler yüzeye tutunsa bile biyofilm oluşturma kapasitleri önemli ölçüde engellenmiş olmasını sağlayacaktır. Bununla birlikte akıllı yüzeylerin kullanılması, biyofilmin yerinde yok edici kimyasallara maruz kalması, sürekli kimyasal kullanımının azaltılması, çevre üzerinde olumsuz etkilerin önüne geçilmesi açısından önemlidir. Akıllı yüzey kaplamaları, sürdürülebilir ve çevreci bir biyofilmle mücadele stratejisinin geliştirilmesine katkı sağlayabilir.