Gökçeada Tuz Gölü Lagünü Mikroorganizma Çeşitliliğinin Metabarkodlama ile Belirlenmesi ve Biyoteknolojik Potansiyelinin Araştırılması

Bu çalışmada, Gökçeada Tuz Gölü Lagünü'ndeki mikrobiyal çeşitliliğin belirlenmesi amacıyla dört mevsimi temsil eden Eylül 2023, Aralık 2023, Nisan 2024 ve Temmuz 2024 aylarında dört farklı istasyondan su ve sediment numuneleri alınmış, çevresel faktörlerle mikrobiyal topluluklar arasındaki ilişkiler değerlendirilmiştir. Lagün su ve sediment numunelerinde fizikokimyasal ve bakteriyolojik parametrelerin mevsimsel ölçümleri yapılmıştır. Çalışmada hem kültüre dayalı hem de kültüre dayalı olmayan yöntemler kullanılarak kapsamlı analizler gerçekleştirilmiştir. Kültüre dayalı yöntemlerle, su ve sediment numunelerinden SW-25 besiyeri kullanılarak halofil mikroorganizmalar izole edilmiş ve Gram boyama, oksidaz, katalaz, indol, nitrit ve nitrat gibi biyokimyasal özellikleri değerlendirilmiştir. İzolatların Ampisilin (AM10), Basitrasin (B10), Eritromisin (E15), Tetrasiklin (TE30), Penisilin G (P10), Streptomisin (S10) ve Novobiyosin (NV5) antibiyotiklerine karşı direnç profilleri disk difüzyon yöntemi ile belirlenmiştir. Ayrıca, izolatların bitki büyümesini teşvik etme (PGP) potansiyelleri kapsamında siderofor üretimi, fosfor çözme, azot fiksasyonu ve indol-3-asetik asit (IAA) üretimi test edilmiştir. Seçilen 54 temsili izolatın biyoremediasyon kapasiteleri, Mn (MnSO₄), Zn (ZnCl₂), S (SCl₂), Fe (FeSO₄) ve Cu (CuSO₄) tuzları kullanılarak değerlendirilmiştir. İzolatların biyoteknolojik potansiyellerinin değerlendirilmesi kapsamında bakteriyorodopsin ve ekzopolisakkarit (EPS) üretim yetenekleri araştırılmıştır. Kültüre dayalı olmayan yaklaşımlar kapsamında ise, sediment numunelerinden elde edilen DNA ile metabarkodlama analizleri gerçekleştirilmiş; bu analizlerde 16S rRNA V3-V4 ve 18S rRNA V4-V9 gen bölgeleri kullanılarak mikrobiyal çeşitlilik belirlenmiştir. Seçilen 54 izolat için ise moleküler tanımlama amacıyla 16S rRNA gen dizilemesi yapılmıştır. Su (n=200) ve sediment (n=200) numunelerinden toplam 400 bakteri izolatı elde edilmiştir. Su ve sediment numunelerinin sırasıyla %79'u ve %76,5'i Gram pozitif bulunmuş olup, izolatlar arasında en yaygın morfolojik özellik basil formda gözlemlenmiştir. Antibiyotik duyarlılık testlerinde, en yüksek direnç AM10 (%65), E15 (%40) ve B10 (%35) antibiyotiklerine karşı gözlemlenmiştir. İzolatların çoğunda Çoklu Antibiyotik Direnç (ÇAD) indeksi ≥ 0,2 olarak belirlenmiştir. Biyoteknolojik analizler kapsamında, en yüksek biyoremediasyon kapasitesi B3T6 izolatında, rodopsin üretimi A2S5 (217,35 mg/L) izolatında ölçülmüştür. EPS üretimi en yüksek A3T5 (76,0 mg/L) izolatında tespit edilmiştir. PGP analizlerinde belirli bakterilerin siderofor üretimi, fosfor çözünürlüğü, azot fiksasyonu ve indol asetik asit (IAA) üretimi açısından yüksek aktivite gösterdiği belirlenmiştir. QIIME2 yazılımı ile gerçekleştirilen metabarkodlama analizlerinde, 16S ASV sayısının Eyl/23'te 740 iken, Tem/24'te 1875'e yükseldiği belirlenmiştir. 18S ASV sayıları da benzer bir artış göstermiş, en yüksek değer Nis/24'te 514 ASV (18S-V9) olarak kaydedilmiştir. Filum seviyesinde Proteobacteria, Firmicutes, Bacteroidota ve Halobacteriota baskın olarak belirlenmiştir. 16S moleküler analiz sonuçlarında, su numunelerinde baskın olarak Marinococcus, Halomonas, Bacillus ve Rhodobacter cinsleri belirlenirken, sediment numunelerinde Halomonas, Bacillus, Virgibacillus ve Pseudomonas cinsleri öne çıkmıştır.

In this study, in order to determine the microbial diversity in Gökçeada Salt Lake Lagoon, water and sediment samples were taken from four different stations in September 2023, December 2023, April 2024 and July 2024, representing four seasons, and the relationships between environmental factors and microbial communities were evaluated. Seasonal measurements of physicochemical and bacteriological parameters were made in lagoon water and sediment samples. In the study, comprehensive analyzes were carried out using both culture-based and non-culture-based methods. Halophilic microorganisms were isolated from water and sediment samples using SW-25 medium with culture-based methods and their biochemical properties such as Gram stain, oxidase, catalase, indole, nitrite and nitrate were evaluated. The resistance profiles of the isolates against Ampicillin (AM10), Bacitracin (B10), Erythromycin (E15), Tetracycline (TE30), Penicillin G (P10), Streptomycin (S10) and Novobiocin (NV5) antibiotics were determined by disk diffusion method. In addition, within the scope of plant growth promotion (PGP) potential of the isolates, siderophore production, phosphorus solubilization, nitrogen fixation and indole-3-acetic acid (IAA) production were tested. Bioremediation capacities of 54 selected representative isolates were evaluated using Mn (MnSO₄), Zn (ZnCl₂), S (SCl₂), Fe (FeSO₄) and Cu (CuSO₄) salts. Within the scope of evaluating the biotechnological potential of the isolates, bacteriorhodopsin and exopolysaccharide (EPS) production abilities were investigated. Within the scope of non-culture-based approaches, metabarcoding analyses were performed with DNA obtained from sediment samples; microbial diversity was determined using 16S rRNA V3-V4 and 18S rRNA V4-V9 gene regions in these analyses. 16S rRNA gene sequencing was performed for molecular identification purposes for 54 selected isolates. A total of 400 bacterial isolates were obtained from water (n=200) and sediment (n=200) samples. 79% and 76,5% of water and sediment samples were found to be Gram positive, respectively, and the most common morphological feature among the isolates was observed to be the bacillus form. In antibiotic susceptibility tests, the highest resistance was observed against AM10 (65%), E15 (40%), and B10 (35%) antibiotics. The Multiple Antibiotic Resistance (MAR) index was determined as ≥ 0,2 in most of the isolates. Within the scope of biotechnological analyses, the highest bioremediation capacity was measured in the B3T6 isolate, and rhodopsin production was measured in the A2S5 (217,35 mg/L) isolate. The highest EPS production was detected in A3T5 (76,0 mg/L) isolate. In PGP analyses, it was determined that certain bacteria showed high activity in terms of siderophore production, phosphorus solubility, nitrogen fixation and indole acetic acid (IAA) production. In metabarcoding analyses performed with QIIME2 software, it was determined that the number of 16S ASV increased from 740 on Sep/23 to 1875 on Jul/24. The number of 18S ASVs also showed a similar increase, and the highest value was recorded as 514 ASVs (18S-V9) on Apr/24. At the phylum level, Proteobacteria, Firmicutes, Bacteroidota and Halobacteriota were dominant. In the 16S molecular analysis results, Marinococcus, Halomonas, Bacillus and Rhodobacter genera were determined dominantly in water samples, while Halomonas, Bacillus, Virgibacillus and Pseudomonas genera were prominent in sediment samples.