Anaerobik Biyoreaktörlerde Bütiratı Ayrıştıran Mikroorganizma Topluluklarının Popülasyon Dinamiği

Abstract

Bütirat, organik maddenin ayrışmasında metanojenlerin mevcut olduğu havasız arıtma koşullarında önemli bir ara üründür. Havasız reaktörlerde metan üretiminin %60’a varan kısmı bütirattan kaynaklanabilir. Bu tezde sunulan çalışmanın amacı havasız biyoreaktörlerde önemli bir ara ürün olan bütiratı ayrıştıran sintrofik mikrobiyal topluluğun popülasyon dinamiğini detaylı bir şekilde ortaya çıkarmaktır. Bu kapsamda konvansiyonel kültür çalışmalarıyla birlikte kültür çalışması gerektirmeyen moleküler teknikler kullanılmıştır. Ayrıca, atıksularda yaygın olarak gözlenen sülfatın sintrofik bütirat ayrışmasına etkisi de incelenmiştir. Yukarı akışlı Havasız Çamur Yataklı (UASB) Reaktörler ve farklı inkübasyon teknikleri kullanılarak biyokütle bütirata alıştırılmış ve moleküler biyolojik teknikler ile bu biyokütlenin karakterizasyonu yapılmıştır. Sintrofik butirat ayrıştıran mikrobiyal topluluktaki türler konvansiyonel ve moleküler teknikler ile kalitatif ve kantitatif olarak belirlenmiştir. Bu teknikler, MPN: En Uygun Sayı, PCR-RFLP: Polimeraz Zincir Reaksiyonu-Restriksiyon Parça Uzunluk Polimorfizm, DGGE: Denatüre Gradyan Jel Elektroforezi, Q-PCR: Kantitatif PCR, ve SIP: Stabil İzotop İşaretlemesi’dir. Yapılan bu çalışmada bütiratı ayrıştıran topluluğun bilinen organizmalardan farklı ve çeşitliliğinin fazla olduğu bulunmuştur. Aynı zamanda bu çeşitlilik filogenetik olarak da farklı gruplara düşmektedir. Bulgular, sintrofik olarak bütiratı ayrıştıran mikrobiyal topluluğun düşünülenden daha geniş olduğunu göstermektedir. Bu sintrofik topluluğun yapısının anlaşılması atıksuların havasız arıtılmasına ışık tutmakta ve havasız prosesin geliştirilmesinde önemli bir adım olabilir.

An important intermediate of organic matter conversion under methanogenic conditions is butyrate; which may account for up to 60% of methanogenesis in anaerobic bioreactors. The aim of this research was to get a deeper and better insight about the population dynamics of syntrophic butyrate oxidizing microbial consortia in anaerobic bioreactors using conventional culture dependent and the culture independent molecular techniques. Moreover, the investigation was extended to examining the combined cultivation under methanogenic and sulfidogenic conditions. For this purpose, biomass adapted to butyrate using Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB) bioreactors and different incubation techniques and then molecular techniques were used to characterize this butyrate adapted biomass. The use of combination of conventional and molecular techniques (MPN: Most Probable Number, PCR-RFLP: Polymerase Chain Reaction-Restricted Fragment Length Polymorphism, DGGE: Denaturing Gradient Gel Electrophoresis, Q-PCR: Quantitative PCR, and SIP: Stable Isotope Probing) enabled us to identify several species in an anaerobic syntrophic butyrate degrading-consortium, both qualitatively and quantitatively. The main player for the butyrate degradation was attained into several species demonstrated that this functional group of organisms is not fallen into the phylogenetically consistent groups, rather spread out in to several lineages. Therefore, it was evident that the syntrophic butyrate degrading community is larger than it was thought before. Better understanding of this community structure shed some light on anaerobic treatment of wastewaters and may lead to improvements this process as well.