Mikrobiyel Biyoçeşitliliğin Korunması ve Karakterizasyonu: Bir Kültür Koleksiyonu Modeli Oluşturulması

dc.contributor.authorNejat Furkan Çağlar
dc.contributor.departmentGıda Mühendisliği
dc.date.accessioned2025-11-17T07:30:53Z
dc.date.issued2026
dc.description.abstractMicrobial culture collections constitute critical infrastructure for food safety, biotechnology, industrial microbiology, and research activities. They play a key role in the conservation and sustainable utilization of biological diversity. This thesis aimed at the characterization of yeast and bacterial strains previously isolated and identified from local microbial resources, their long-term preservation through lyophilization, and the management of all resulting data within a standardized digital infrastructure that is accessible at both national and international levels. The study was conducted within the framework of the Hacettepe University Food Engineering Department FoodOmics Laboratory Culture Collection (HUFCC), Hacettepe University, where a comprehensive methodological framework was developed and presented as a model to ensure the scientific and technical sustainability of the collection. The yeast and bacterial strains included in the collection were revived in appropriate culture media and subsequently subjected to morphological assessments (macroscopic and microscopic examinations) as well as biochemical assays (glucose fermentation, catalase test). For yeasts, only the ITS gene region was sequenced within the scope of this study using bidirectional PCR, whereas sequence data for other gene regions such as LSU and RPB2 were obtained from previous research. In the case of bacteria, the 16S rRNA gene region was amplified by bidirectional PCR and subjected to NCBI BLAST analyses for species-level identification. Strains that remained unidentified or produced ambiguous matches were further validated through resequencing and species-specific confirmation tests. In total, 85 strains (59 yeasts and 26 bacteria) were incorporated into the collection through re-identification tests. Among the yeast species, the collection comprised Saccharomyces cerevisiae (38 strains), Metschnikowia pulcherrima (8 strains), Wickerhamomyces anomalus (2 strains), Saccharomyces cerevisiae var. boulardii (2 strains), Priceomyces carsonii (3 strains), Naganishia uzbekistanensis (3 strains), and one strain each of Hanseniaspora uvarum, Solicoccozyma aeria, and Yarrowia lipolytica. The yeast strains included five reference isolates, namely four strains of Saccharomyces cerevisiae and one strain of Saccharomyces cerevisiae var. boulardii. Within the bacterial species, Enterococcus faecalis (12 strains) and Enterococcus faecium (3 strains) were represented, together with one strain each of Limosilactobacillus fermentum, Lacticaseibacillus paracasei, Lactococcus lactis, Pediococcus pentosaceus, Levilactibacillus brevis, Lacticaseibacillus rhamnosus, and Lactobacillus helveticus. Among the bacterial species, five reference strains were included: Streptococcus thermophilus (ST-BODY-1), Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus (LB-12), Lactobacillus acidophilus (nu-trish® LA-5®), Bifidobacterium animalis subsp. lactis (HN019, HOWARU Bifido), and the Lacticaseibacillus rhamnosus strain sequenced in this study. Genetic polymorphism analyses conducted within HUFCC revealed detailed patterns of both interspecific and intraspecific genetic diversity among the yeast and bacterial strains in the collection. The majority of yeast strains belonged to the phylum Ascomycota (n = 30), while the remaining strains were classified within Basidiomycota (n = 4). Phylogenetic analysis accurately reflected interspecific relationships; evaluation of ITS region sequences demonstrated that Saccharomyces cerevisiae (n = 16) and Priceomyces carsonii (n = 3) exhibited genetically homogeneous structures, characterized by short branch lengths and high bootstrap support values. In the genetic polymorphism analysis, the LSU D1/D2 region of S. cerevisiae displayed high discriminatory power (S = 50, Hd = 0.857, π = 0.07916; p-distance = 0.000–0.370), whereas the ITS region provided a more limited degree of variation. As a result of phylogenetic and genetic polymorphism analyses, Metschnikowia pulcherrima (n = 8) was characterized by high haplotype diversity (Hd = 1.000), indel variation, and remarkable intraspecific diversity. Wickerhamomyces anomalus (n = 2) also exhibited potential for intraspecific genetic diversity. Naganishia uzbekistanensis, Hanseniaspora uvarum, and Solicoccozyma aeria were distinguished by their highly consistent phylogenetic placements and unique phenotypic–genetic profiles. In bacterial strains, all strains were classified within the phylum Bacillota, class Bacilli, and order Lactobacillales. Within this order, three different families (Lactobacillaceae, Enterococcaceae, and Streptococcaceae) and seven species were represented. In the phylogenetic analysis, Enterococcus faecalis and Enterococcus faecium exhibited intraspecific homogeneity, supported by high bootstrap values (>0.90) and short branch lengths. Polymorphism data revealed that E. faecalis displayed limited haplotype diversity (Hd = 0.318, π = 0.00078) and low p-distances, whereas E. faecium showed a homogeneous structure with identical 16S rRNA sequences. By contrast, Pediococcus pentosaceus and Levilactibacillus brevis exhibited significant genetic divergence compared to reference strains, with P. pentosaceus showing distinct separation due to its long branch length. Lactococcus lactis demonstrated one of the highest genetic distances within the dataset, suggesting the potential presence of a variant. Overall, the LSU region provided high resolution particularly for S. cerevisiae, whereas the ITS region exhibited limited variation in most yeasts. In bacteria, the 16S rRNA region displayed low variation while maintaining taxonomic accuracy. These findings highlight the importance of a multi-locus approach in elucidating both phylogenetic relationships and genetic polymorphism levels of the strains within the collection. According to the findings obtained from the lyophilization experiments performed on yeast and bacterial strains, the viable cell counts of yeast strains prior to lyophilization ranged between 7.11 and 8.08 log CFU/mL, with an average value of 7.72 log CFU/mL. Following lyophilization, cell viability showed a pronounced decline (average 7.38 log CFU/mL), whereas after 30 days of storage, the mean value was maintained at 7.45 log CFU/mL. These results indicate that lyophilization caused a significant loss of viability in yeast strains; however, viability remained generally stable under storage conditions. In bacterial strains, viable cell counts after 30 days of storage ranged from 8.86 to 9.69 log CFU/mL, with an average of 8.72 log CFU/mL and a standard deviation of 0.25 log CFU/mL. As a result, in this study, lyophilized cultures were successfully obtained for 55 out of 59 yeast strains and 25 out of 26 bacterial strains, corresponding to a total of 80 strains preserved in the collection. One of the most significant outputs of this study is the development of a MySQL-based relational database and PHP-supported web platform for the management of all phenotypic, genotypic, and preservation data of the collection. This system provides filterable, searchable, and downloadable strain documents; display of metadata and analysis results; standardized reference material documents in PDF format; integration with bioinformatics tools such as BLAST, MEGA, and iTOL; and a robust security infrastructure. The database was developed using Visual Studio Code, XAMPP, phpMyAdmin, DBeaver, and FTP-based management tools, and is protected through regular backups and HTTPS security protocols. As of July 4, 2025, HUFCC has been registered in the World Data Centre for Microorganisms (WDCM) network under the accession number WDCM No: 1325, thereby becoming part of the international data-sharing infrastructure. This registration has enhanced the global visibility of the collection and provided a strategic contribution to Türkiye’s capacity for collaboration in the field of microbial culture collections. In conclusion, this study ensured the conservation of local microbial biodiversity, its characterization at both phenotypic and molecular levels, its long-term preservation through lyophilization, and the standardization and dissemination of all related data via national and international access. Furthermore, a laboratory-scale culture collection model was established. This model is expected to enhance Turkey’s visibility within the global network of microbial culture collections and to strengthen scientific and technological collaborations. The HUFCC web platform is publicly accessible at hufcc.hacettepe.edu.tr.
dc.description.ozetMikrobiyel kültür koleksiyonları; gıda güvenliği, biyoteknoloji, endüstriyel mikrobiyoloji ve araştırma faaliyetleri için kritik bir altyapıdır. Bunlar biyolojik çeşitliliğin korunması ve sürdürülebilir kullanımı açısından büyük önem taşımaktadır. Bu tez çalışması, daha önceki çalışmalarda yerel mikrobiyel kaynaklardan elde edilen ve tanımlaması yapılan maya ve bakteri suşlarının karakterizasyonu, liyofilizasyon ile uzun süreli korunması ve elde edilen tüm verilerin ulusal–uluslararası erişime açık, standartlara uygun bir dijital altyapı ile yönetilmesini hedeflemiştir. Çalışma, Hacettepe Üniversitesi Gıda Mühendisliği Bölümü FoodOmics Laboratuvarı Kültür Koleksiyonu (HUFCC) bünyesinde yürütülmüş ve koleksiyonun hem bilimsel hem de teknik açıdan sürdürülebilirliğini sağlamak için kapsamlı bir yöntem seti geliştirilmiş ve model olarak sunulmuştur. Koleksiyonda yer alan maya ve bakteri suşları uygun besiyerlerinde canlandırılmış, morfolojik (makroskobik ve mikroskobik incelemeler) ve biyokimyasal (glukoz fermentasyonu, katalaz testi) testlerle değerlendirilmiştir. Mayalarda yalnızca ITS gen bölgesi bu çalışma kapsamında çift yönlü PCR ile sekanslanmış; LSU ve RPB2 gibi diğer gen bölgelerine ait veriler önceki çalışmalardan sağlanmıştır. Bakterilerde ise 16S rRNA gen bölgesi çift yönlü PCR ile çoğaltılmış ve NCBI BLAST analizleriyle tür düzeyinde tanımlama yapılmıştır. Tanımlanamayan veya belirsiz eşleşme veren suşlarda yeniden sekanslama ve tür-spesifik doğrulama testleri uygulanmıştır. Toplamda 85 suş (59 maya, 26 bakteri) koleksiyona yeniden tanımlama testleri ile kazandırılmıştır. Maya türlerinde Saccharomyces cerevisiae (38 suş), Metschnikowia pulcherrima (8 suş), Wickerhamomyces anomalus (2 suş), Saccharomyces cerevisiae var. boulardii (2 suş) Priceomyces carsonii (3 suş), Naganishia uzbekistanensis (3 suş) ve Hanseniaspora uvarum, Solicoccozyma aeria, Yarrowia lipolytica türlerine ait birer suş olarak yer almıştır. Maya suşlarında 4 adet Saccharomyces cerevisiae ve 1 adet Saccharomyces cerevisiae var. boulardii olmak üzere 5 adet suş referans olarak yer almaktadır. Bakteri türlerinde Enterococcus faecalis (12 suş), Enterococcus faecium (3 suş) ve Limosilactobacillus fermentum, Lacticaseibacillus paracasei, Lactococcus lactis, Pediococcus pentosaceus, Levilactibacillus brevis, Lacticaseibacillus rhamnosus, Lactobacillus helveticus türlerine ait birer suş yer almıştır. Bakteri türleri arasında ST-BODY-1 kodlu, Streptococcus thermophilus, LB-12 kodlu Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus, nu-trish® LA-5® kodlu Lactobacillus acidophilus ve HN019 kodlu (HOWARU Bifido) Bifidobacterium animalis subsp. lactis suşlarının yanında bu çalışmada dizi analizi yapılan Lacticaseibacillus rhamnosus suşu olmak üzere 5 adet referans suş yer almaktadır. HUFCC’de gerçekleştirilen genetik polimorfizm analizleri, koleksiyonda yer alan maya ve bakteri suşlarında türler arası ve tür içi genetik çeşitlilik düzeylerini ayrıntılı biçimde ortaya koymuştur. Maya suşlarının çoğu Ascomycota (n=30), geri kalan kısmı ise Basidiomycota (n=4) şubesinde yer almıştır. Filogenetik analiz sonuçları, türler arası ilişkileri yüksek doğrulukla yansıtmış; ITS bölgesine ait dizilerle elde edilmiş verilerin değerlendirilmesi sonucu Saccharomyces cerevisiae (n=16) ve Priceomyces carsonii (n=3) kısa dal uzunlukları ve yüksek bootstrap değerleriyle genetik olarak homojen bir yapı sergilediği görülmüştür. Genetik polimorfizm analizinde S. cerevisiae’nin LSU D1/D2 bölgesi yüksek ayrım gücü (S = 50, Hd = 0,857, π = 0,07916; p-mesafe = 0,000–0,370) ile öne çıkarken, ITS bölgesi daha sınırlı varyasyon sunmuştur. Metschnikowia pulcherrima (n=8) filogenetik ve genetik polimorfizm analizi sonucunda yüksek haplotip çeşitliliği (Hd = 1,000), indel varyasyonu ve tür içi çeşitlilikle dikkat çekmiş; Wickerhamomyces anomalus (n=2) ise tür içi genetik çeşitlilik potansiyeli taşımıştır. Naganishia uzbekistanensis, Hanseniaspora uvarum ve Solicoccozyma aeria, yüksek uyumlu filogenetik konumları ve özel fenotipik-genetik profilleri ile dikkat çekmektedir. Bakteri suşlarında, tüm suşlar Bacillota şubesi, Bacilli sınıfı ve Lactobacillales takımı içinde yer almıştır. Bu takım altında üç farklı aile (Lactobacillaceae, Enterococcaceae ve Streptococcaceae) ve yedi tür temsil edilmektedir. Filogenetik analizde Enterococcus faecalis ve Enterococcus faecium yüksek bootstrap (>0,90) ve kısa dal uzunluklarıyla tür içi homojenlik sergilemiştir. Polimorfizm verilerinde E. faecalis sınırlı haplotip çeşitliliği (Hd = 0,318, π = 0,00078) ve düşük p-mesafeler göstermiş; E. faecium ise özdeş 16S rRNA dizileri ile homojen bir yapı sergilemiştir. Buna karşılık Pediococcus pentosaceus ve Levilactibacillus brevis referanslara kıyasla anlamlı genetik farklılık taşımış; özellikle Pediococcus pentosaceus uzun dal uzunluğu ile belirgin ayrışma göstermiştir. Lactococcus lactis ise veri setindeki en yüksek genetik uzaklıklardan birine sahip olup potansiyel varyant olasılığı taşımaktadır. Genel olarak, LSU bölgesi özellikle S. cerevisiae’da yüksek çözünürlük sağlamış; ITS bölgesi mayaların çoğunda sınırlı varyasyon sunarken, 16S rRNA bölgesi bakterilerde düşük varyasyonla birlikte taksonomik doğruluğu korumuştur. Bu sonuçlar, koleksiyondaki türlerin hem filogenetik hem de genetik polimorfizm düzeylerinin belirlenmesinde çok bölgeli yaklaşımın önemini ortaya koymuştur. Maya ve bakteri suşlarında gerçekleştirilen liyofilizasyon işlemleri sonucunda elde edilen bulgulara göre maya suşlarında liyofilizasyon öncesi canlı hücre sayıları 7,11–8,08 log kob/mL aralığında değişmiş, ortalama değer 7,72 log kob/mL olarak hesaplanmıştır. Liyofilizasyon sonrasında canlılık belirgin şekilde azalmış (ortalama 7,38 log kob/mL), 30 günlük depolama süresi sonunda ise ortalama değer 7,45 log kob/mL olarak korunmuştur. Bu sonuçlar, liyofilizasyonun maya suşlarında canlılık üzerinde önemli bir kayba yol açtığını, ancak depolama koşullarında canlılığın genel olarak stabil kaldığını göstermektedir. Bakteri suşlarında 30 günlük depolama sonrasında canlı hücre sayıları 8,86–9,69 log kob/mL, ortalama değer 8,72 log kob/mL ve standart sapma 0,25 log kob/ml olarak hesaplanmıştır. Sonuç olarak, bu çalışmada koleksiyonda yer alan 59 maya suşundan 55’ine ve 26 bakteri suşundan 25’ine ait toplamda 80 suşa ait liyofilize kültür elde edilmiştir. Çalışmanın en önemli çıktılarından biri, koleksiyonun tüm fenotipik, genotipik ve saklama verilerinin yönetimi için geliştirilen MySQL tabanlı ilişkisel veri tabanı ve PHP destekli web platformudur. Bu sistem; filtrelenebilir, aranabilir ve indirilebilir suş belgeleri, meta veri ve analiz sonuçlarının pencerelerde görüntülenmesi, PDF formatında standart referans materyal belgeleri, BLAST–MEGA–iTOL gibi biyoinformatik araç entegrasyonları ve güçlü güvenlik altyapısıyla donatılmıştır. Veri tabanı, Visual Studio Code, XAMPP, phpMyAdmin, DBeaver ve FTP tabanlı yönetim araçları kullanılarak geliştirilmiş; düzenli yedekleme ve HTTPS güvenlik protokolleri ile korunmaktadır. HUFCC, 4 Temmuz 2025 itibarıyla, WDCM No: 1325 ile World Data Centre for Microorganisms ağına kaydedilmiş ve böylece uluslararası veri paylaşım ağına dahil olmuştur. Bu kayıt, koleksiyonun küresel görünürlüğünü artırmış ve Türkiye’nin mikrobiyel kültür koleksiyonları alanındaki iş birliği kapasitesine stratejik katkı sağlamıştır. Sonuç olarak, bu çalışma ile yerel mikrobiyel biyoçeşitliliğin korunması, fenotipik–moleküler düzeyde tanımlanması, liyofilizasyon ile uzun süreli saklanması ve tüm bu verilerin standartlaştırılarak ulusal–uluslararası erişime sunulması ve bu konuda laboratuvar ölçekli bir kültür koleksiyonu modeli oluşturulması sağlanmıştır. Bu modelin, Türkiye’nin küresel mikrobiyel kültür koleksiyonu ağı içindeki görünürlüğünü artırarak bilimsel ve teknolojik iş birliklerini güçlendirmesi beklenmektedir. HUFCC web platformu hufcc.hacettepe.edu.tr adresinden erişime açıktır.
dc.embargo.lift2026-05-22T07:30:53Z
dc.embargo.terms6 ay
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/11655/37232
dc.language.isotr
dc.publisherFen Bilimleri Enstitüsü
dc.subjectMikrobiyel biyoçeşitlilik
dc.subjectKültür koleksiyonu
dc.subjectMikrobiyel koruma
dc.subjectMoleküler tanımlama
dc.subjectDijital veri yönetimi
dc.titleMikrobiyel Biyoçeşitliliğin Korunması ve Karakterizasyonu: Bir Kültür Koleksiyonu Modeli Oluşturulması
dc.typeinfo:eu-repo/semantics/masterThesis

Files

Original bundle

Now showing 1 - 1 of 1
Loading...
Thumbnail Image
Name:
Nejat Furkan Çağlar-Yüksek Lisans Tezi.pdf
Size:
7.72 MB
Format:
Adobe Portable Document Format

License bundle

Now showing 1 - 1 of 1
Loading...
Thumbnail Image
Name:
license.txt
Size:
1.89 KB
Format:
Item-specific license agreed upon to submission
Description: