Enzim ve Protein Mühendisliği Araştırma Grubu (Onaylı Araştırma Grubu)

Özet Bilgi

Proteinler amino asitlerin bir araya gelmesiyle oluşan yapısal ve özel işlevsel fonksiyonları bulunan hücresel moleküllerdir. Proteinler insan beslenmesinde önemli yere sahiptir ve vücuda diyet yoluyla alımı zorunlu olan maddelerdir. Proteinlerin temel görevleri arasında hücre, doku, organ yapısının oluşumu, hormonal ve enzimatik fonksiyonlar gelmektedir. İlaç, gıda, kimya sanayilerinin birçok kolunda enzim kullanımı yer almaktadır. Proteinler aynı zamanda sahip oldukları gelişmiş kolloidal özellikleri nedeniyle gıda, ilaç, farmasötik sanayisinde fonksiyonel bileşen, antioksidan, antimikrobiyal, emülgatör, dolgu maddesi, stabilizatör, köpük yapıcı, yağ bağlayıcı ajanlar olarak da yaygın olarak kullanılmaktadır. Dolayısıyla son yıllarda proteinlerin izolasyonu, saflaştırılması, karakteristik kolloidal özelliklerinin belirlenmesi önemli araştırma konularından birisi haline gelmiştir. 2017 yılı itibariyle proteinlerin yer aldığı ürün ve hizmet üreten sektörlerin değeri 168 milyar dolara ulaşmıştır. Proteinler uzun yıllar boyunca hayvansal kaynaklı gıdaların tüketimiyle ya da bu kaynaklardan izole edilerek insanların kullanımına sunulmuştur. Son yıllarda bitkisel kaynaklı proteinler ve özellikle gıda işleme ve zirai faaliyetler esnasında açığa çıkan atıklardan izole edilen proteinler de sektörel kullanıma katılmaya başlamıştır. Proteinler insan beslenmesi açısından sahip oldukları önemin yanı sıra enzimatik ve hormonal nitelikleri açısından da kritik göreve sahiptirler. Gelişen teknoloji ile beraber yenilikçi enzim üretim sistemleri geliştirilmiştir. Özellikle mikrobiyal yollarla enzim üretimi önemli bir sanayi kolu haline gelmiştir. Gıda, ilaç, kimya endüstrilerinde kullanılan enzimler genetik olarak modifiye edilmiş veya doğal tip mikroorganizma kaynaklı olup küfler, mayalar ve çeşitli bakteriler tarafından üretilmektedir. Sözü edilen enzimler daha çok Avrupa ve Kuzey Amerika orijinli şirketler tarafından sağlanmakta ve ülkemizde ticari olarak endüstriyel ihtiyaçları karşılayabilecek enzim üretimi yok denilebilecek düzeydedir. Endüstride kullanılan bu enzimler yurtdışındaki şirketlerin laboratuarlarında optimize edilmiş fermantasyon koşullarında üretilmektedir ve bu ülkeler sahip oldukları patent - ürün tescil haklarıyla koruma altına alınmış spesifik teknolojiler sayesinde ülkemizin de dahil olduğu dünyanın diğer ülkelerin enzim ihtiyaçlarını karşılamaktadır. Kısa ve orta vadede bu enzimlere alternatif ürünlerin üretimini sağlayabilmemiz ve dünya piyasasında rekabetçi bir pozisyona gelebilmemiz için bilimsel ve teknolojik yenilikler gerekmektedir. Biyofabrika olarak görev yapabilen mikroorganizmalar, moleküler teknikler ve geliştirilen bilgisayar algoritmaları inovatif faydalı ve değerli protein üretim süreçlerinin önünü açmıştır. Genetik mühendisliği teknikleri besleyici, fonksiyonel, enzimatik ve işlevsel özellikleri artırılmış proteinlerin sentezlenebilmesini mümkün kılmıştır. Fermentasyon ortamlarının optimize edilmesi, bu ortamlara uyum sağlayabilecek enzim üretme yeteneğindeki saf mikroorganizma kültürlerinin izole edilmesi, yüksek konsantrasyonda enzim üretebilecek nitelikte mikroorganizmaların genetik yapılarının dizayn edilmesi, doğal kaynaklardan etkili protein izolasyon yöntemlerinin optimizasyonu bu önemli bilimsel ve endüstriyel alanda atılması gereken önemli adımlardır.


Başarı Ölçütleri

  • Enzimlerin, proteinlerin ve biyoaktif bileşenlerin üretimi için gerekli genetik altyapıların kurulması ve gen kaynaklarının keşfedilmesi.
  • Laboratuvar - Pilot ölçekli enzim üretim sistemlerinin kurulması.
  • Meyve suyu, süt ve et endüstrisinde kullanılabilecek nitelikte pektolitik, selülolitik ve proteolitik enzimlerin üretilmesi.
  • Geliştirilecek yenilikçi enzim ve protein molekülleri ile endüstriyel kullanımı yaygınlaştırılmış, fonksiyonelliği geliştirilmiş ve insan beslenmesi için değerli bileşenlerin eldesi.
  • Gıda aktif bileşenlerinin nano-enkapsülasyonu ile fonksiyonel özelliklerin geliştirilmesi.
  • Endüstriyel gıda işleme atıklarından protein izolasyonu ile katma değeri yüksek ürünlere dönüştürülmesi ve inovatif gıda ürünlerinin geliştirilmesi.
  • Yenilikçi protein kaynaklarından elde edilen proteinlerin modifiye edilerek gıda bileşiminde kullanıma sunulması.
  • Faydalı model başvurularının ve patent süreçlerinin takip edilmesi. 

 


Yürütücüler

Doç. Dr. Mehmet KARAASLAN Eposta: mehmetkaraaslan@harran.edu.tr


Anahtar Kelimeler

Proses Optimizasyonu, Biyoteknoloji, Gıda Muhafaza Teknikleri, Protein ve Enzim Kimyası, Rekombinant Protein ve Enzim Üretimi, Nano ve Mikro Kapsülleme Teknikleri


Grup Tanımı

Enzim üretimi için mikroorganizmaların taranması, izolasyonu, konvansiyonel ve moleküler yöntemlerle tanımlanması, seçilen enzimlerin mikrobiyal proses teknolojileri ile üretim optimizasyonu, saflaştırılması, immobilizasyon süreçlerinin geliştirilmesi ve ticari enzim üretimine yönelik formülasyonlarının oluşturulması birimin temel etkinlikleri arasındadır. Ayrıca mikroenkapsülasyon teknikleri kullanılarak, değerli ve hassas gıda bileşenlerin protein ve karbonhidrat bazlı kaplama materyalleri ile kaplanması, alternatif protein kaynaklarından proteinlerin izole edilmesi, tanımlanması ve biyo yararlılıklarının tespit edilmesi. Rekombinant enzim ve proteinlerin üretilmesi


Amaç

Bu çalışma grubunun amacı; genomik, proteomik ve yönlendirilmiş mutagenez tekniklerini kullanarak hedef protein ve enzimlerde yapı-işlevin aydınlatılması, rekombinant mikroorganizmalarla enzim üretilmesine yönelik çalışmalar yapılıp enzimlerin saflaştırma yöntemlerinin geliştirilmesi. Ayrıca GAP bölgesi genetik çeşitliliğin oluşturduğu yeni gen kaynaklarını keşfetmek ve bunu gıda üretim amaçları için kullanmaktır. Ayrıca hayvansal ve bitkisel gıda atıklarından proteinlerin izolasyonu, saflaştırılması, karakteristik kolloidal özelliklerinin belirlenmesi ile beraber söz konusu hammaddelerden biyo aktif bileşiklerin saflaştırılıp tanımlanması. İzole edilen hayvansal ve bitkisel proteinler kullanılarak çabuk bozulabilen gıda bileşenlerinin nano ve mikroenkapsüllenme teknikleri ile muhafazalarını sağlamak.


B Planları

  • Rekombinant enzim ve protein üretimi için Pichia pastoris mayaları kullanılacaktır. Mayaların enzim ve protein sentez yeteneklerinin sınırlı kaldığı durumlarda küf ve bakteriler alternatif konakçı olarak kullanılarak rekombinant protein üretim miktarının artırılması hedeflenecektir.
  • Fermentasyon ortam koşullarının optimizasyonu vasıtasıyla son ürün eldesindeki verimlilik maksimize edilecektir.
  • Endüstriyel ve zirai atıklardan protein izolasyonunda karşılaşılabilecek safsızlık sorunları laboratuvar ortamında oluşturulacak kolonlar ve kromatografik yöntemlerle giderilecektir.
  • Nano ve mikrokapsüllemede kullanılacak protein bazlı kaplama materyalinin düşük etkinlikte olması durumunda karbonhidrat bazlı kaplama materyalleri ile kombine edilip kullanılacaktır.

 


Yaygın Etki

  1. Yenilikçi protein ve enzimlerin gen kaynaklarının araştırılması ile mikrobiyal üretim prosesleri geliştirilecek. Bu sayede mikrobiyal protein ve enzim üretiminin modifikasyonları ile yeni çalışmalar yapılacaktır.
  2. Süt ve meyve suyu endüstrisinde kullanılacak proteoloitik, pektolitik, selülolitik enzim üretimi, dışa bağımlılığın azaltılması.
  3. Hayvansal ve bitkisel gıda atıklarından biyoaktif bileşenlerin izole edilmesi ve katma değeri yüksek ürünlere dönüştürülerek ülke ekonomisine katkıda bulunması hedefi benimsenmiştir.
  4. Üretilecek protein ve enzimlerin insan sağlığı üzerindeki etkileri (antidiyabetik, antikanserojen vb) belirlenerek sağlıklı ve tedavilerde destekleyici ürünlerin geliştirilmesi sağlanacaktır.
  5. Nano ve mikroenkapsülasyon çalışmaları ile insan sağlığı ve gıdaların stabiliteleri için önem arz eden bileşenlerin kaplanması ile uzun raf ömrüne sahip ürünlerin geliştirilmesi endüstriyel üretime destek sağlayacaktır.
  6. Yapılacak çalışmaların gıda endüstrisi ve gıda üreticilerine yol gösterici olacağı düşünülmektedir.  
  7. Çalışmalar sonucunda elde edilen veriler paydaşlarşlara sunulacak, ayrıca uluslararası kabul gören indeksli dergilerde (SCI/SCI-Exp) yayınlanacaktır.

 


Araştırma Ekibi

Doç. Dr. Gökhan BORAN                                     Eposta: gboran@yyu.edu.tr   

Dr. Öğr. Üyesi Fatih Mehmet YILMAZ                  Eposta: fatih.yilmaz@adu.edu.tr

Dr. Öğr. Üyesi Asliye KARAASLAN                      Eposta: asliyegumus@harran.edu.tr

Dr. Öğr. Üyesi Ümran CANSU                              Eposta: umrancansu@harran.edu.tr   

Dr. Öğr. Üyesi Eyyüp KARAOĞUL                        Eposta: e.karaogul@harran.edu.tr

Arş. Gör. Bülent BAŞYİĞİT                                   Eposta: bulentbasyigit@harran.edu.tr   

 


İşbirliği (Sanayi-Üniversite-Diğer Üniversiteler)

Cornell Üniversitesi

Van Yüzüncü Yıl Üniversitesi

Adnan Menderes Üniversitesi

 


Laboratuvar İmkânları

Polimeraz Zincir Reaksiyonu Cihazı

Gerçek Zamanlı Polimeraz Zincir Reaksiyonu Cihazı

Püskürtmeli kurutucu

Liyofilizatör

Spektrofotometre

Steril Kabin

DNA - Protein Elektroforez Sistemleri

Jel Görüntüleme Sistemi

Western Blot jel transfer sistemi

Soğutmalı Santrifüj

Elektroporatör

Jel transfer sistemleri


Araştırmacı Davetine Açık Pozisyonlar

Tıbbi biyoteknoloji konusunda uzman

Antimikrobiyal ve antioksidan konusunda uzman

Protein reolojisi konusunda uzman


Çalışma Takvimi

Yüksek Lisans çalışmaları 24 ay

Doktora çalışmaları 48 ay

Münferit çalışmalar 12 ay içerisinde tamamlanacaklardır.


Yayınlar

Başyiğit B, Sağlam H, Kandemir Ş, Karaaslan A, Karaaslan M (2020) Microencapsulation of sour cherry oil by spray drying: Evaluation of physical morphology, thermal properties, storage stability, and antimicrobial activity. Powder Technology, 364, 654-663.

Tümerkan ETA, Cansu Ü, Boran G, Regenstein JM, Özoğul F (2019) Physiochemical and functional properties of gelatin obtained from tuna, frog and chicken skins. Food Chemistry 287, 273-279.

Görgüç, A, Özer, P, Yılmaz, FM (2020) Microwave‐assisted enzymatic extraction of plant protein with antioxidant compounds from the food waste sesame bran: Comparative optimization study and identification of metabolomics using LC/Q‐TOF/MS. J Food Process Preserv. ; 44:e14304.

Görgüç, A, Özer, P, Yılmaz, FM (2020) Simultaneous effect of vacuum and ultrasound assisted enzymatic extraction on the recovery of plant protein and bioactive compounds from sesame bran. Journal of Food Composition and Analysis, 87, 103424

Görgüç A, Bircan C, Yılmaz FM (2019) Sesame bran as an unexploited by-product: Effect of enzyme and ultrasound-assisted extraction on the recovery of protein and antioxidant compounds. Food Chemistry, 283, 637-645.

Yılmaz FM, Görgüç A, Karaaslan M, Vardin H, Bilek S, Uygun Ö, Bircan C (2019) Sour Cherry By-products: Compositions, Functional Properties and Recovery Potentials – A Review, Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 59:22, 3549-3563, 

Alihanoğlu S, Ektiren D, Akbulut Çakır Ç, Vardin H, Karaaslan A, Karaaslan M (2018).  Effect of Oryctolagus cuniculus  (rabbit) rennet on the texture, rheology, and sensory properties of white cheese.  Food Science  Nutrition, 6(4), 1100-1108.

A. Baştürk, M.M. Ceylan, M. Çavuş, G. Boran, I. Javidipour. 2018. Effects of some herbal extracts on oxidative stability of corn oil under accelerated oxidation conditions in comparison with some commonly used antioxidants. LWT – Food Science and Technology, 89, 358-364.

Karaaslan M, Yilmaz FM, Karaaslan A, Vardin H (2016).  Synthesis and accumulation of anthocyanins in sour cherries during ripening in accordance with antioxidant capacity development and chalcone synthase expression.  European Food Research and Technology, 242(2), 189-198.

Ilgin P, Zorer OS, Ozay O, Boran G. 2017. Synthesis and characterization of 2‐hydroxyethylmethacrylate/2‐(3‐indol‐yl)ethylmethacrylamide‐based novel hydrogels as drug carrier with in vitro antibacterial properties, Journal of Applied Polymer Science 134 (47), 45550.

Yılmaz FM, Karaaslan M, Vardin H (2015).  Optimization of extraction parameters on the isolation of phenolic compounds from sour cherry  Prunus cerasus L   pomace.  Journal of Food Science and Technology, 52(5), 2851-2859.

Cansu Ü, Boran G. 2015. Optimization of a multi-step procedure for isolation of chicken bone collagen. Korean journal for food science of animal resources 35 (4), 431.