Dış Kaynaklı Proje Süreçleri Yönetim Sistemi
Akdemir koç H., Seven M., Barak T. (Araştırmacı), Dumoulın ıscı F., Tunca gedik S.
Günümüzde gıda endüstrisi, sentetik boyalara alternatif olarak kullanılabilecek doğal pigment arayışındadır. Doğal gıda boyası pazarının 2020 yılı itibari ile 2 milyar avroyu aştığı ve küresel gıda boyası pazarının ise %55’ini kapsadığı tahmin edilmektedir. Antosiyaninler, renk verme özellikleri ve sağlık üzerindeki yararlı etkileri nedeniyle, sentetik boyaların yerini almada en güçlü aday olarak karşımıza çıkmaktadır. Ancak antosiyaninlerin özellikle pH değişimlerinde gösterdiği renk kararsızlığı, doğal gıda boyası olarak kullanımlarını sınırlamaktadır. Şarap gibi fermente içeceklerde, antosiyaninlerin, pirüvik asit, hidroksisinamik asit ve vinilfenol gibi çeşitli mikrobiyal metabolitlerle kondensasyonu sonucunda pyranoantosiyaninler oluşur. Pyranoantosiyaninler, antosiyanin öncüllerine göre daha yüksek oranda renk yoğunluğu ve pH değişimlerinde sıra dışı bir kararlılık gösterirler. Ancak bu moleküllerin, kondensasyonu için gereken uzun reaksiyon süreleri ve çok düşük miktarlarda bulunmaları, endüstriyel ölçekte doğrudan kullanımını engeller. Genetik ve metabolizma mühendisliği temelli üretim, bu doğal gıda boyalarının öncüllerinden başlayarak istenilen ürüne ulaşmada hem ekolojik olarak faydalı hem de düşük maliyetli bir yol olarak karşımıza çıkmaktadır. Doğada yaygın olan pigmentlerin renklerine bakıldığında, mavi renkli pigmentler nadirdir. Bu nedenle, gıda endüstrisi için yeni, doğal mavi renklendiricilerin üretimi bir öncelik olarak görülmektedir. Bütün pyranonantosiyaninler kırmızı-turuncu renkli iken, sadece portisinler mavi renklidir.
Sunulan bu proje önerisi kapsamında, mavi renkli portisinlerin ve kırmızı-turuncu renkli vitisinlerin mikrobiyal sentezi için bir üretim modeli tasarlanması amaçlanmıştır. Portisinler, vitisin ve vinilfenolün kondensasyonu ile oluşurlar. Bu kapsamda, öncelikle kırmızı-turuncu renkli bir pyranoantosiyanin olan vitisinin E. coli ko-kültürlerinde üretilmesi için, antosiyanin (siyanidin-3-O-glukozit, C3G) ve pirüvik asit sentezleyici hücreler tasarlanacaktır. E. coli’de antosiyanin üretiminin arttırılması için; antosiyanin taşınması ve birikmesinde önemli rolleri olduğu bilinen glutatyon transferaz geni 2 farklı kaynaktan alınıp E. coli’de daha önce tasarlanmış olan antosiyanin biyosentetik yolağına eklenecektir. Pirüvik asit sentezleyici hücreler için ise pirüvat dehidrogenaz aceE enziminde H106V mutasyonu homolog rekombinasyon ile oluşturulacaktır. Ardından, antosiyanin ve pirüvik asit üreten hücreler birlikte büyütülerek (ko-kültür) vitisin üretimi sağlanacaktır. Bu pigmentlerin üretimi aşamasında, ko-kültür kullanılması, üretici soyların ayrı ayrı optimizasyonuna izin verdiği için avantajlıdır. Vinilfenol üretimi için proje yürütücüsü tarafından daha önce tasarlanmış olan E. coli hücreleri kullanılacaktır. Öncelikle, monokültür koşullarında vinilfenol üretim oranı arttırılacak, ardından düşük pH ve etanol varlığında vitisinler ile kondensasyonu yoluyla portisin üretimi gerçekleştirilecektir. Proje kapsamında üretilecek, vitisin (C3G-pirüvik asit) ve portisine (vinilC3G-fenol) ait ticari standartların olmayışı nedeniyle, üretilen kırmızı-turuncu renkli vitisin ve mavi renkli portisin pigmentlerinin UV-VIS ile maksimum ışık absorbsiyonları (λmax), HPLC-MS/MS ile yapı analizleri ve her iki pigmentin öncül molekülü olan C3G ile karşılaştırmalı olarak pH kararlılığı belirlenerek kısmi karakterizasyonları gerçekleştirilecektir.
Proje amaçlarına ulaşmak için, toplamda 6 iş paketinden yararlanılacaktır. Proje; GTÜ MBG Bölümü’nde, iki farklı üniversiteden moleküler biyolog ve eczacı araştırmacılar ile yapılacaktır. Projemize, mikrobiyal sekonder metabolit sentezi konusunda uzman Prof.Dr. Sedef Tunca Gedik ve organik kimya alanında uzman Doç.Dr. Fabienne Dumoulin İşci danışman olarak katkı sağlayacaktır. Projemizde, lisansüstü öğrencilerinin yetiştirilmesi ve en az bir öğrencinin de projeyi tez konusu olarak tamamlaması öngörülmektedir. Üretmeyi planladığımız bu kompleks yapıdaki pyranoantosiyanin molekülleri, antosiyanin öncüllerinden daha kararlı yapıdadır ve bu zamana kadar literatürde özellikle mavi renkli portisin antosiyaninlerinin mikrobiyal temelli üretimi ile ilgili hiçbir çalışma bulunmamaktadır. Bu açıdan bakıldığında, uluslararası bir dergide yayına dönüştürülme potansiyeli yüksek olan ve sonuçları endüstriyel ölçekte üretim için umut vadedeceği düşünülen bu proje, ülkemizde yok denecek kadar az olan doğal pigment pazarına da farklı bir biyoteknolojik bakış açısı getirecektir. Dahası bu proje, lineer bir metabolik yolaktan kökenlenmeyen pyranoantosiyaninler gibi kompleks doğal ürünlerin, mikrobiyal ko-kültür temelli bir yaklaşımla üretimi için mükemmel bir platform örneği olacaktır. Bu projeden elde edilecek sonuçlarla ileride, daha farklı ve hatta yeni pigmentlerin üretimi için biyosentez platformlarının tasarımı ile ilgili yeni proje önerileri öngörülmektedir. Ayrıca, bu proje kapsamında elde edilecek pigmentlerin üretim optimizasyonları sonrasında, antibiyotiksiz seçilim ile büyük ölçekte üretilmeleri için, doğal gıda boyası üretici yerli bir firma ile TEYDEB projesine başvurulması planlanmaktadır.