Anasayfa
Portal
Galeri
Arama
Kayıt Ol
Giriş yap
Hayatla ilgili olarak çevre konusunda çok dar bir görüşe sahibiz. Eğer hava çok sıcak, çok soğuk, çok nemli, çok kuru veya çok tozlu olsa insan yaşayamaz. Zira Yaratıcı her canlının yaşayabileceği şartlara uygun biyolojik özelliklerini onların genetik programlarına kodlamıştır. Bununla birlikte, uç (ekstrem) noktalar denilen bütün bu çevrelerde bile bazı organizmalar canlılıklarını korur ve gelişmelerini sürdürürler.
En çarpıcı uç ortam tiplerinden biri de yüksek sıcaklık bölgeleridir. Aslında, sıcaklık hücre faaliyetini ve organizmaların gelişimini kontrol eden en önemli parametrelerden biridir. Yeryüzünün ortalama sıcaklığı düşük olsa bile yüksek sıcaklık ihtiva eden çevreler, yanardağ faaliyetleriyle birlikte, gezegenimizin sathına geniş ölçüde serpiştirilmiş vaziyettedir. Sıcak su kaynakları, gayzerler, okyanusların tabanındaki denizaltı su kaynakları bazı canlıların barınaklarıdır. İnsanoğlunun müdahalesine bağlı olarak meydana gelen birçok sıcak ortamlar da vardır. Elektrik santrallerinin, gıda sanayiinin ve diğer kuruluşların çalışmaları, bulundukları ortamlara yayılan atık ısı üretimine yol açarlar. İster tabiî, ister sun’î olsun, bu uç bölgelerin çoğunda canlı organizmalar yaşar ve gelişmelerini sürdürürler. Bu yüksek sıcaklık bölgelerine soğuk okyanusların dibinde bile rastlanır. Böyle derinliklerde basınç, suyun sıvı olarak kalmasını sağlayacak ölçüde yüksektir ve sıcaklık 350 C’ye ulaşabilir.
Antik çağda da sıcak su kaynaklarındaki hayatın varlığı biliniyordu. Romalı tabiat bilimci Plinius, “Tabiat Tarihi”nde şunları yazmaktadır: “Padua ılıcalarında yeşil bitkiler yetişiyor, Piza ılıcalarında kurbağalar yaşıyor, Etrurya’da deniz kıyısındaki Vetulonia’da bulunan ılıcalarda balıklar yaşıyor.” Padua ılıcaları eskiden beri akar durur ve içinde mavi-yeşil algler yaşar, belki de bunlar Plinius’in bahsettiği yeşil bitkilerdir. Alman bakteriyolog Ferdinand Cohn, ılıcalardaki organizmaların varlığının biyolojik açıklamasını ilk yapan kişi olmuştur. Araştırmaları Cohn’u, canlı organizmaların içinde yaşayamayacağı bir sıcaklık sınırının varlığını düşünmeye yöneltti. Ondan sonra birçok biyolog bu konu ile ilgilendi. Görüldü ki, sıcaklık ısının arttıkça yaşayan canlı türü azalmaktadır. Tek hücreli birçok organizma gibi çok hücreli bitkiler ve hayvanlar da eucaryote (hücrelerinde çekirdek bulunan)’durlar. Procaryote(hücresinde çekirdek olmayan)’ların tek temsilcisi bakterilerdir. Eskiden mavi alg denilen cyanobakteriler bu ikinci gruba dahildir. Bunlardan ayrı olarak, procaryote özellik gösteren, fakat şimdiye kadar bilinen bakterilerden yapı ve fizyoloji bakımından çok farklı tuhaf bakterilerin bulunuşu, Amerikalı bilim adamı C. R. Woese’yi 1978 yılında archaeobakteri olarak adlandırdığı yeni bir canlı grubunu tanımlamasına sebep olmuştur.
Çok hücreli organizmaların hiçbiri 50°C üstündeki sıcaklıkta yaşayamaz. Bu sınıra, bitkilerden yosunlar, hayvanlardan bazı böcekler ve ostracode grubundan kabuklu hayvanlar ulaşabilmiştir. Eucaryote’lar için üst sınır bu tür sıcaklıklarda yaşayabilen bazı nadir protozoa’lar(bir hücreliler), algler ve mantarlar için 60°C civarındadır. 60°C’ın ötesinde termofil (sıcak seven) organizmalardan bahsedilir ve sadece prokaryotik organizmalar, yani bakteriler bu sıcaklığın üzerinde yaşarlar.
Bakteriler büyümeleri ve çoğalmaları için gereken enerjiyi organik veya mineral kalıntılarla oksijeni indirgeyen reaksiyonlardan sağlarlar. Bu son gruptakiler arasında metabolizma tipine göre fotosentetik olan ve olmayan organizmalar vardır. Fotosentetik prokaryot’lar 70-73°C’ye kadar yükselen bir sıcaklık sınırına ulaşabilirler. Kaynar suda yaşayan bakterilerin metabolizma farklılığı şaşırtıcıdır. Bazı bakteriler sıcaklığın yanında asiti de severler ve pH’ı çok düşük (3’ün altında) oldukça asitli sularda yaşayabilirler.
Sıcak ortamı en çok seven bakteri türü 1982’de Almanya’da Rattisbonne Üniversitesi’nden K. O. Stetter tarafından bir denizaltı sıcak su kaynağında bulunmuştur. Takriben 110°C’ye kadar varlığını ve gelişmesini sürdürebilen bu bakteri türüne Pyrodictium adı verilmiştir. Son yıllarda okyanus tabanında 265 atmosfer basınç altında sıcaklık sınırının 350°C’ye kadar ulaştığı ortamlar bulunmuştur. (Böyle bir basınç altında su, sıvı özelliğini 460°C’ye kadar koruyabilir) Araştırmacılar o zaman, şimdiye kadar bilinen yüksek sıcaklık sınırının da ötesinde yaşayabilen canlı organizmaların var olabileceğini düşünmeye başladılar. 1983’de ABD Oregon Devlet Üniversitesi’nden J. A. Baross ile Maryland’daki John Hopkins Üniversitesi’nden J. W. Deming, 2600 metre derinlikte ve 250ºC’nin üstündeki bir ortamda çoğalabilen bakterilerin varlığından bahsettiler. Fakat, bir yıl sonra, Scripps Okyanus Bilimleri Enstitüsü’nden üç Amerikalı biyolog, bu tür bakterileri üretmeyi başaramadılar. Aynı yıl, bir başka Amerikalı araştırmacı R. H. White, 250°C’de bir organizmanın hayatiyetinin ortadan kalkacağını açıkladı. 110°C’nin üstünde yaşayan bakteriler, İtalya sahilleri açığında denizaltı sıcak su alanlarından çıkarılmış bulunmaktadır. Bugünkü bilgilerimize göre hayatın üst sınırının 110°C ile 250°C arasında bulunduğu gibi bir neticeye varabiliriz.
Sıcaklığı seven mikroorganizmaların kaynağı konusu bilim adamlarını uzun süredir meşgul eden bir husustur. Bu konuda henüz kabul edilebilir bir görüş ortaya konmamıştır.
SICAK SEVER BAKTERİLERDEN FAYDALANMA
Sıcak sever bakteriler en azından iki sebepten dolayı biyoteknoloji uzmanlarını ilgilendirmektedir:
1. Hayatta kalma ve üremeleri ile ilgili uç şartlar.
2. Moleküler bileşenlerinin (özellikle enzimlerinin) aslî kararlılığı.
Biyoteknolojik işlemlerde bu bakterilerin faaliyetleri umut vericidir. Sıcaklığın artması, suyun fizikî ve kimyevî parametrelerini değişikliğe uğratmakta, gaz olmayan bileşiklerin çoğunun çözünürlüğünü ve yayılma oranını artırmaktadır. Oysa, kalıntıların çözünürlüğü çoğunlukla hidrokarbürler, aromalı bileşikler veya glüsidik polimerler gibi karbonlu kalıntıların biyolojik dönüşümünü sınırlayan bir unsurdur. Diğer taraftan sıcaklık artışı, mikrobik mayalanmalar üzerinde faydalı etkileri bulunan suyun akışkanlığını ve yüzey gerilimini azaltır. Aslında büyük ölçekli sistemlerde fermentler (mayalayıcı) arasında sıvı akışı çoğu zaman süreci sınırlayan bir unsur olmaktadır. Oysa, kalıntıların yayılma oranının artışı ve ortamın akışkanlığının azalmasıyla akım daha kolay gerçekleşmektedir. Kültür ortamını homojenleştirmek için daha az enerji harcanır. Ayrıca yüksek sıcaklıkta yapılan mayalanmalarda kültür ortamına virüs veya parazit bakterilerin daha az bulaştığı görülmektedir. Sanayide, oksijensiz gerçekleşen işlemler yüksek sıcaklıkta kolaylaşırken, oksijenli mayalanmalar daha karmaşık bir durum arzedecektir. Yüksek sıcaklıkta, kataliz veya mayalanma ürünlerinin toplanması, gaz taşımayan bileşiklerin çözünürlüğünün artması ve kültür ortamının akışkanlığının azalması gibi sebeplerden dolayı daha kolaydır. Ayrıca, eğer sıcaklık yeterince yüksek olursa, etanol üretimindeki gibi, hücrelerin gelişmesini dizginleyebilecek uçucu ürünlerin damıtılmasını iyileştirmek mümkün olacaktır. Bundan başka, metabolizma faaliyeti sıcaklığa duyarlı mikroorganizmaların kullanımında, uzaklaştırılması gereken bir ısı üretimini de beraberinde getirir. Sıcaklık transferi mikrobik mayalanmanın toplam maliyetinin %10’una denk düşmektedir. Sıcak sever bakterilerin mayalanmalarında bir enerji tasarrufu sağlayan ve işlemin maliyetini azaltan soğutma ihtiyacı bulunmamaktadır. Yüksek sıcaklıkta yapılan bir sınaî enzim işlemi, eğer sıcak sever enzimlerle gerçekleştiriliyorsa, çok daha hızlı cereyan ettiğinden, daha verimli olabilmektedir. İkinci petrol krizinden sonra birçok ülke fosil enerji kaynaklarını kullanmayı tedricen bırakıp yenilenebilen ve depolanabilen bir enerji kaynağı olarak çifte fayda gösteren (biomasse) biyolojik kitle’yi daha iyi değerlendirmeye yönelik programlar geliştirdiler. Güneş enerjisinin biyolojik dönüşümü (bioconversion) haricinde iki basamak tasarlandı:
l.Metanlaştırma yoluyla biyogaz üretimi
2.Etanol başta olmak üzere, yeni biyolojik yakıtların işletilmesi.
Sıcak sever metanojen bakteriler (metan üreten) sınaî, ziraî ve ev atıklarının arıtma merkezlerinde havasız ortamda işlenmesi için geniş ölçüde kullanılmaktadır. Bu metanlı mayalanma 50- 60°C arasında gerçekleşir ve özellikle sıcaksever diğer mikroorganizmalarca üretilen asetata dayalı CO2 ve % 60-70 oranında metandan oluşan biyogazı meydana getirir.
Sıcaksever mikroorganizmaların bazıları nişastadan etanol üretiminde de kullanılıyor. Bugünkü araştırmalar selüloz ve hemiselülozdan -ki hem bol hem de ucuzdurlar- alkol üretilmesiyle ilgilidir. Yüksek sıcaklıkta gerçekleşen diğer sınaî reaksiyonlar şöyle sıralanabilir: asetik asit üretimi, laktik asit üretimi, amino asit üretimi, antibiyotik üretimi, karotenoit üretimi, metallerin mikrobiyolojik ayrımı, sıcağa dayanıklı enzimlerin üretimi (deterjan ve peynir sanayiilerinde, sun’i tatlandırıcıların üretiminde).
En çarpıcı uç ortam tiplerinden biri de yüksek sıcaklık bölgeleridir. Aslında, sıcaklık hücre faaliyetini ve organizmaların gelişimini kontrol eden en önemli parametrelerden biridir. Yeryüzünün ortalama sıcaklığı düşük olsa bile yüksek sıcaklık ihtiva eden çevreler, yanardağ faaliyetleriyle birlikte, gezegenimizin sathına geniş ölçüde serpiştirilmiş vaziyettedir. Sıcak su kaynakları, gayzerler, okyanusların tabanındaki denizaltı su kaynakları bazı canlıların barınaklarıdır. İnsanoğlunun müdahalesine bağlı olarak meydana gelen birçok sıcak ortamlar da vardır. Elektrik santrallerinin, gıda sanayiinin ve diğer kuruluşların çalışmaları, bulundukları ortamlara yayılan atık ısı üretimine yol açarlar. İster tabiî, ister sun’î olsun, bu uç bölgelerin çoğunda canlı organizmalar yaşar ve gelişmelerini sürdürürler. Bu yüksek sıcaklık bölgelerine soğuk okyanusların dibinde bile rastlanır. Böyle derinliklerde basınç, suyun sıvı olarak kalmasını sağlayacak ölçüde yüksektir ve sıcaklık 350 C’ye ulaşabilir.
Antik çağda da sıcak su kaynaklarındaki hayatın varlığı biliniyordu. Romalı tabiat bilimci Plinius, “Tabiat Tarihi”nde şunları yazmaktadır: “Padua ılıcalarında yeşil bitkiler yetişiyor, Piza ılıcalarında kurbağalar yaşıyor, Etrurya’da deniz kıyısındaki Vetulonia’da bulunan ılıcalarda balıklar yaşıyor.” Padua ılıcaları eskiden beri akar durur ve içinde mavi-yeşil algler yaşar, belki de bunlar Plinius’in bahsettiği yeşil bitkilerdir. Alman bakteriyolog Ferdinand Cohn, ılıcalardaki organizmaların varlığının biyolojik açıklamasını ilk yapan kişi olmuştur. Araştırmaları Cohn’u, canlı organizmaların içinde yaşayamayacağı bir sıcaklık sınırının varlığını düşünmeye yöneltti. Ondan sonra birçok biyolog bu konu ile ilgilendi. Görüldü ki, sıcaklık ısının arttıkça yaşayan canlı türü azalmaktadır. Tek hücreli birçok organizma gibi çok hücreli bitkiler ve hayvanlar da eucaryote (hücrelerinde çekirdek bulunan)’durlar. Procaryote(hücresinde çekirdek olmayan)’ların tek temsilcisi bakterilerdir. Eskiden mavi alg denilen cyanobakteriler bu ikinci gruba dahildir. Bunlardan ayrı olarak, procaryote özellik gösteren, fakat şimdiye kadar bilinen bakterilerden yapı ve fizyoloji bakımından çok farklı tuhaf bakterilerin bulunuşu, Amerikalı bilim adamı C. R. Woese’yi 1978 yılında archaeobakteri olarak adlandırdığı yeni bir canlı grubunu tanımlamasına sebep olmuştur.
Çok hücreli organizmaların hiçbiri 50°C üstündeki sıcaklıkta yaşayamaz. Bu sınıra, bitkilerden yosunlar, hayvanlardan bazı böcekler ve ostracode grubundan kabuklu hayvanlar ulaşabilmiştir. Eucaryote’lar için üst sınır bu tür sıcaklıklarda yaşayabilen bazı nadir protozoa’lar(bir hücreliler), algler ve mantarlar için 60°C civarındadır. 60°C’ın ötesinde termofil (sıcak seven) organizmalardan bahsedilir ve sadece prokaryotik organizmalar, yani bakteriler bu sıcaklığın üzerinde yaşarlar.
Bakteriler büyümeleri ve çoğalmaları için gereken enerjiyi organik veya mineral kalıntılarla oksijeni indirgeyen reaksiyonlardan sağlarlar. Bu son gruptakiler arasında metabolizma tipine göre fotosentetik olan ve olmayan organizmalar vardır. Fotosentetik prokaryot’lar 70-73°C’ye kadar yükselen bir sıcaklık sınırına ulaşabilirler. Kaynar suda yaşayan bakterilerin metabolizma farklılığı şaşırtıcıdır. Bazı bakteriler sıcaklığın yanında asiti de severler ve pH’ı çok düşük (3’ün altında) oldukça asitli sularda yaşayabilirler.
Sıcak ortamı en çok seven bakteri türü 1982’de Almanya’da Rattisbonne Üniversitesi’nden K. O. Stetter tarafından bir denizaltı sıcak su kaynağında bulunmuştur. Takriben 110°C’ye kadar varlığını ve gelişmesini sürdürebilen bu bakteri türüne Pyrodictium adı verilmiştir. Son yıllarda okyanus tabanında 265 atmosfer basınç altında sıcaklık sınırının 350°C’ye kadar ulaştığı ortamlar bulunmuştur. (Böyle bir basınç altında su, sıvı özelliğini 460°C’ye kadar koruyabilir) Araştırmacılar o zaman, şimdiye kadar bilinen yüksek sıcaklık sınırının da ötesinde yaşayabilen canlı organizmaların var olabileceğini düşünmeye başladılar. 1983’de ABD Oregon Devlet Üniversitesi’nden J. A. Baross ile Maryland’daki John Hopkins Üniversitesi’nden J. W. Deming, 2600 metre derinlikte ve 250ºC’nin üstündeki bir ortamda çoğalabilen bakterilerin varlığından bahsettiler. Fakat, bir yıl sonra, Scripps Okyanus Bilimleri Enstitüsü’nden üç Amerikalı biyolog, bu tür bakterileri üretmeyi başaramadılar. Aynı yıl, bir başka Amerikalı araştırmacı R. H. White, 250°C’de bir organizmanın hayatiyetinin ortadan kalkacağını açıkladı. 110°C’nin üstünde yaşayan bakteriler, İtalya sahilleri açığında denizaltı sıcak su alanlarından çıkarılmış bulunmaktadır. Bugünkü bilgilerimize göre hayatın üst sınırının 110°C ile 250°C arasında bulunduğu gibi bir neticeye varabiliriz.
Sıcaklığı seven mikroorganizmaların kaynağı konusu bilim adamlarını uzun süredir meşgul eden bir husustur. Bu konuda henüz kabul edilebilir bir görüş ortaya konmamıştır.
SICAK SEVER BAKTERİLERDEN FAYDALANMA
Sıcak sever bakteriler en azından iki sebepten dolayı biyoteknoloji uzmanlarını ilgilendirmektedir:
1. Hayatta kalma ve üremeleri ile ilgili uç şartlar.
2. Moleküler bileşenlerinin (özellikle enzimlerinin) aslî kararlılığı.
Biyoteknolojik işlemlerde bu bakterilerin faaliyetleri umut vericidir. Sıcaklığın artması, suyun fizikî ve kimyevî parametrelerini değişikliğe uğratmakta, gaz olmayan bileşiklerin çoğunun çözünürlüğünü ve yayılma oranını artırmaktadır. Oysa, kalıntıların çözünürlüğü çoğunlukla hidrokarbürler, aromalı bileşikler veya glüsidik polimerler gibi karbonlu kalıntıların biyolojik dönüşümünü sınırlayan bir unsurdur. Diğer taraftan sıcaklık artışı, mikrobik mayalanmalar üzerinde faydalı etkileri bulunan suyun akışkanlığını ve yüzey gerilimini azaltır. Aslında büyük ölçekli sistemlerde fermentler (mayalayıcı) arasında sıvı akışı çoğu zaman süreci sınırlayan bir unsur olmaktadır. Oysa, kalıntıların yayılma oranının artışı ve ortamın akışkanlığının azalmasıyla akım daha kolay gerçekleşmektedir. Kültür ortamını homojenleştirmek için daha az enerji harcanır. Ayrıca yüksek sıcaklıkta yapılan mayalanmalarda kültür ortamına virüs veya parazit bakterilerin daha az bulaştığı görülmektedir. Sanayide, oksijensiz gerçekleşen işlemler yüksek sıcaklıkta kolaylaşırken, oksijenli mayalanmalar daha karmaşık bir durum arzedecektir. Yüksek sıcaklıkta, kataliz veya mayalanma ürünlerinin toplanması, gaz taşımayan bileşiklerin çözünürlüğünün artması ve kültür ortamının akışkanlığının azalması gibi sebeplerden dolayı daha kolaydır. Ayrıca, eğer sıcaklık yeterince yüksek olursa, etanol üretimindeki gibi, hücrelerin gelişmesini dizginleyebilecek uçucu ürünlerin damıtılmasını iyileştirmek mümkün olacaktır. Bundan başka, metabolizma faaliyeti sıcaklığa duyarlı mikroorganizmaların kullanımında, uzaklaştırılması gereken bir ısı üretimini de beraberinde getirir. Sıcaklık transferi mikrobik mayalanmanın toplam maliyetinin %10’una denk düşmektedir. Sıcak sever bakterilerin mayalanmalarında bir enerji tasarrufu sağlayan ve işlemin maliyetini azaltan soğutma ihtiyacı bulunmamaktadır. Yüksek sıcaklıkta yapılan bir sınaî enzim işlemi, eğer sıcak sever enzimlerle gerçekleştiriliyorsa, çok daha hızlı cereyan ettiğinden, daha verimli olabilmektedir. İkinci petrol krizinden sonra birçok ülke fosil enerji kaynaklarını kullanmayı tedricen bırakıp yenilenebilen ve depolanabilen bir enerji kaynağı olarak çifte fayda gösteren (biomasse) biyolojik kitle’yi daha iyi değerlendirmeye yönelik programlar geliştirdiler. Güneş enerjisinin biyolojik dönüşümü (bioconversion) haricinde iki basamak tasarlandı:
l.Metanlaştırma yoluyla biyogaz üretimi
2.Etanol başta olmak üzere, yeni biyolojik yakıtların işletilmesi.
Sıcak sever metanojen bakteriler (metan üreten) sınaî, ziraî ve ev atıklarının arıtma merkezlerinde havasız ortamda işlenmesi için geniş ölçüde kullanılmaktadır. Bu metanlı mayalanma 50- 60°C arasında gerçekleşir ve özellikle sıcaksever diğer mikroorganizmalarca üretilen asetata dayalı CO2 ve % 60-70 oranında metandan oluşan biyogazı meydana getirir.
Sıcaksever mikroorganizmaların bazıları nişastadan etanol üretiminde de kullanılıyor. Bugünkü araştırmalar selüloz ve hemiselülozdan -ki hem bol hem de ucuzdurlar- alkol üretilmesiyle ilgilidir. Yüksek sıcaklıkta gerçekleşen diğer sınaî reaksiyonlar şöyle sıralanabilir: asetik asit üretimi, laktik asit üretimi, amino asit üretimi, antibiyotik üretimi, karotenoit üretimi, metallerin mikrobiyolojik ayrımı, sıcağa dayanıklı enzimlerin üretimi (deterjan ve peynir sanayiilerinde, sun’i tatlandırıcıların üretiminde).
