Microbial adaptation to stress conditions using an integrative modelling and experimental approach - Yılan, Gülşah (My University, 2011)
BÜTÜNLEŞMİŞ MODELLEME VE DENEYSEL YAKLAŞIM İLE STRES KOŞULLARINDAKİ MİKROBİYAL ADAPTASYON Bu çalışmada, Türkiye’nin Ege Bölgesi’ndeki Çamaltı Tuzlası’ndan izole edilmiş olan ılımlı halofilik suş Halomonas sp. AAD12’nin tuz adaptasyonu mekanizması, birleştirilmiş deneysel ve hesapsal yöntemle araştırılmıştır. Deneysel çalışmalar prolin, ektoin ve hidroksiektoin gibi temel ozmolitleri belirlemek ve miktarlarını tespit etmek için NMR spektroskopisiyle gerçekleştirilmiştir. % 5 NaCl varlığında, hücreler geç eksponensiyel faza girdiğinde ektoin miktarında önemli bir artış vardır. Prolin miktarı biraz artarken hidroksiektoin miktarı sabit kalmıştır. Ektoin havuzu eksponensiyel fazın ikinci yarısında artmıştır. % 20 NaCl varlığında, eksponensiyel fazın ikinci yarısındaki büyüme sırasında toplam ozmolit miktarı azalmıştır. Yüksek tuzlulukta en önemli ozmolit, prolin olarak belirlenmiştir. Tuzluluğun artmasıyla, ektoin havuzundaki hidroksiektoin yüzdesi de artmıştır. NMR analizinden elde edilen sonuçlar, Akı Denge Analizi (FBA) gerçekleştirilirken kısıtlayıcı olarak kullanılmıştır. Temel karbon metabolizması ve ozmolitlere bağlı olan yolakları içeren küçük bir sistem kurulmuştur. Büyüme reaksiyonu halofilik organizmaların kompozisyonu ve tuz etkisi göz önüne alınarak belirlenmiştir. Biyokütlenin maksimizasyonu amaç fonksiyonu olarak belirlenmiş ve model organizma sisteminin akı dağılımları ozmoadaptasyonu anlamak için incelenmiştir. Sitrat karbon kaynağı olarak kullanıldığında, modeldeki reaksiyonlar glukoneojenesisi aktifleştirerek ters yönde gerçekleşmiştir. Ozmolit sentezine yönlenen sitrat miktarı yüksek tuzlulukta daha belirgindir. Bu akı dağılımları, daha sonra her bir akıyı minimize ve maksimize ederek bir aralık tanımlamayı sağlayan Akı Değişkenlik Analizi (FVA) yöntemiyle daraltılmıştır. FVA, düşük tuzlulukta akıların değişim aralıklarında önemli farklar olduğunu göstermiştir. Temmuz, 2011 Gülşah YILAN

MICROBIAL ADAPTATION TO STRESS CONDITIONS USING AN INTEGRATIVE MODELLING AND EXPERIMENTAL APPROACH In this study, salt adaptation mechanism of the moderately halophilic strain Halomonas sp. AAD12 isolated from Çamaltı Saltern Area, Aegean Region of Turkey was investigated with a combined experimental and computational method. Experimental studies were conducted to define and quantify main osmolytes namely proline, ectoine, and hydroxyectoine using NMR spectroscopy. In the presence of 5% NaCl, there was significant increase in the ectoine level as cells entered late exponential phase. The level of proline slightly increased whereas the amount of hydroxyectoine remained constant. Ectoine pool increased during the second half of the exponential phase. In the presence of 20% NaCl, the total amount of osmolytes declined during growth in the second half of the exponential phase. Proline was found to be the major osmolyte at high salinity. With increasing salinity, the percentage of hydroxyectoine found in the ectoine pool also increased. Experimental NMR data were used as constraints in Flux Balance Analysis. A small network with the central carbon metabolism and osmolyte-dependent pathways was constructed. Biomass composition was formulated taking into account the composition of halophilic microorganisms and salt effects. Maximization of biomass was assigned to be the objective function and flux distributions in the model organism was investigated to understand its osmoadaptation mechanism. With citrate as the carbon source, the fluxes in the model ran in the reverse direction activating gluconeogenesis. The flux of citrate diverted to osmolyte synthesis was significant at high salinity. Then the flux distributions were narrowed via Flux Variability Analysis (FVA) which helped to define a range for each flux with minimization and maximization at a time. FVA showed that only at lower salinity there were significant variations in the range of fluxes. July, 2011 Gülşah YILAN
Keywords: Biyomühendislik; Bütünleşmiş Modelleme; Deneysel Yaklaşım