Alg adını, en azından bir Bilim ve Teknik okuru olarak duymuşsunuzdur; ama 'yediğiniz dondurmanın, pudingin ve rujun yapımında alglerin yeri olduğunu bilmiyor olabilirsiniz. Alglerin üretiminden yararlanan, yalnızca gıda teknolojisi değil. Şimdi alglerin biyoteknolojiyle ortaya koyduğu ürünleri inceleyeceğiz. Çalışmayı gerçekleştirenler, AÜ Fen Fakültesi Biyoloji Bölümü öğrencileri ve Bilim ve Teknik Kulübü muhabirlerimiz Esra Korkmaz, Gülinay Selçuk, Ferda Çayırgan ve Aylin Ayrım. Muhabirlerimiz, bir buçuk yıllık araştırmalarının bir ürünü olan bu yazıları hakkında, aklınıza takılan her soruya yanıt vermeye hazırlar. Onlarla iletişim kurabileceğiniz adreslerse şöyle: e-posta: gulinays@yahoo.com Tel: 536 511 30 74 (Esra Korkmaz)

BİYOTEKNOLOJİDE MİKROALGLER

Toprak ve sularda serbest yaşayan mikroorganizmaların tesbit ettiği azot miktarı yılda 45-100 kg/hektar'ken yalnızca mavi-yeşil alglerin tesbit ettiği miktar 29 kg/hektar olarak bildirilmiş durumda. Tarım ve ormancılık alanında da çok geniş olarak biyoteknoloji çalışmaları sürdürülüyor. Daha nitelikli soyların elde edilmesi için, iki ayrı bitki hücresini protoplast füzyon yöntemiyle birleştirmek mümkün olabildi. Protoplast füzyonu, iki bitkinin tüm genetik malzemesini içeren hücrelerinin birleştirilmesi anlamına geliyor. Toprakta yaşayan bazı bakteri cinsleri, özellikle Rhizobium, havadaki serbest azotu toprağa fik-se eder. Ayrıca bu bakteri grubu, bitki köklerinde, yumru biçiminde bir yapı olan nodüller oluşturur ve azotun bu yumrularda depolanmasını sağlar. Rhizobium bakterileri, diğer canlılara gen aktarımında vektör olarak kullanılan çift iplikli hal-kasal DNA (plazmid DNA) içerirler. Bu DNA molekülü nitrojenaz enzimi sentezler ve azot fiksas-yonu bu enzim yoluyla gerçekleşir. İşte bazı bilim adamları tarafından, plazmid DNA'nın, diğer nodul oluşturmayan bitkilere aktarımı gerçekleştirildi. Bu aktarımın, örneğin tahıllarda kullanılmasındaki amaç, nitrojen tespiti sonucu bitkinin daha iyi üremesi ve veriminin artırılması. Bazı Rhizobium bakterileriyse azot tesbit etmez; bu tip bakterilere de azot tesbit edebilen Rhizobiuırffarûan ilgili plazmid DNA, özellikle hidrojenaz enzimi sen-tezleyen plazmidler aktarılır. Protoplast füzyon yöntemyle iki bitkinin genetik malzemesi (DNA) birleştirilir ve melez bir bitki elde edilir. Bunun gibi, biyogübre çalışmalarında kullanı-

Biyoteknolojik çalışmalarda küf ve mantarların yanı sıra algler de kullanılır. Alglerin bu konuda tercih edilme nedenleriyse; günde ağırlıklarını yaklaşık iki katına çıkartabilmeleri, biyoteknolojik işlemlerden geçirilme kolaylıkları, maliyetlerinin düşük olması, çok sayıda yararlı madde içermeleri ve çevresel faktörlere direnç göstermeleri olarak özetlenebilir. Algler, fotosentetik (fotosentez yapan) ya da heterotrofik (dış beslek) yöntemlerle geliştirilir. Okyanus çevresindeki denizlerde, besin yoğunluğunun düşük olduğu sularda, gün ışığının girebileceği en derin bölgelerde, 100 m yüzey sularına kadar yayılım gösterdiklerinden, onların en pratik endüstriyel üretimi, çok güneş alan göl ve havuzlarda gerçekleştirilir. Algler üzerinde pek çok proje bulunmakta. Bunlardan en önemlisi, büyüme hormonlarıyla (oksin, giberellin, sitokinin) ilgili olanı. Alglerden elde edilen bu ürünler, bitki gelişimini %23 artırır. Ancak algler, daha pek çok alanda kullanılır. Şimdi alglerin kullanıldığı alanları teker teker inceleyelim. Ziraat ve Doğada Algler Algler, tüm dünyada, tarımsal alanda, biyo-gübre olarak kullanım bulur. Eski yıllardan beri, alg gübreleri çok özen isteyen, özel kültürler için kullanılır. Örneğin, Fransa'nın Atlantik kıyılarındaki seralarda sebze yetiştiricileri tarafından çilek gübrelenmesinde mikroalglerden yararlanılır. Gübre materyali olarak yalnız kahverengi algler değil, yeşil ve kırmızı algler de kullanılır. Brezilyalı balıkçılar, sahillerde bol olan alglerden Hypnea

türlerini toplayıp, bunları hindistancevizi ve palmiyelerin kuvvetli kök yapmaları için gübre olarak değerlendiriyorlar. Yine Brezilya'da yeşil alglerden Ulva, Enteromorpha da aynı amaçlar için toplanıp, değerlendiriliyor. Uzun yıllardan beri, denizler tarafından doğal olarak kıyıya atılan bazı deniz algleri, tarlalarda gübre olarak kullanılmakta. Bu konuda Avrupa ülkeleri genelde kahverengi alglerden Fucus, As-cophyllum ve Laminaria cinslerini, Amerika ise Macrocystis, Nereocystis gibi büyük tatlı su kahverengi alglerini değerlendirmekteler. Tallus, kök ve gövde şeklinde özelleşmemiş vücut yapısı anlamına gelir. Alg tallusları, toprakta uzun süre kaldıkları zaman, kolayca parçalanarak bol miktarda azot ve kalsiyum ortaya çıkarırlar. Ayrıca iz element olarak magnezyum, mangan, bor, brom, iyot, çinko, bakır ve kobalt da içerirler. Dolayısıyla algler bulundukları ortamda toprak bakterilerinin (Rhizobium vb) gelişmesini kolaylaştırır ve etkinliğini artırırlar. Böylece alg ürünleri, diğer bitkilerin büyümesini geliştirir.

iilim ve Teknik Kulübü hakkında ter türlü bilgiyi, mektup, telefon, faks ya da e-posta aracılığıyla edinebilirsiniz. İletişim kurabileceğiniz adreslerse şöyle: Bilim ve Teknik Kulübü, Atatürk Bulvarı No:221 Kavaklıdere- Ankara.

BILIMveTEKNİK 28 Ağustos 2003

'

%0,03'tür ve bu nedenle ortama karbondioksit verilmelidir. Göllerde kalsiyum karbonat miktarı yüksek olduğundan, THP üretiminde göllerin kullanılması uygundur. THP üretiminde dünyada en yaygın kullanılan alg türü yse Spirulina maxima'dır. Mikroalgler ü'remek için organik karbon bileşiklerine gereksinim duymazlar. Üremeleri için karbon kaynağı (karbondioksit, bikarbonat), azot kaynağı (amonyum tuzları, üre) gerekir. Gelişimleri içinse, fosfat, sodyumklorür, magnezyum, bakır, klor ve sülfat iyonları gerekir. Bu da düşük maliyetle üretim avantajı sağlar. Algler çok kolay ve çabuk ürerler. Örneğin 1015 litre içerisinde üretilebilecek alg miktarı, tüm dünya nüfusunun gereksinimi olan proteinleri karşılayabilecek kapasitededir. Alglerde ayrıca pek çok karotenoid bulunur. Karotenoidler, birçok bitkide, algde ve fotosentez yapabilen bakteride bulunan, doğal çözünebilen yağ pigmentlerinin bir sınıfı. Işık ve oksijen radikallerinin zararlarına karşı koruyucu olarak işlev görür. Özellikle beta-karoten, likopin, zeoksantin, astaksantin ve lutein pigmentleri, besin renklendirmede ve gıda tamamlayıcısı olarak kullanılır.

kıtlar elde edilebileceği ortaya çıkıyor. Bu fazladan elde edilen enerjiye neden olan temel faktör, algin az ya da çok oranlarda hidrokarbon içermesi. Chlorophyceae ve Cyanobacteria'larda kuru materyalin ağırlığının %5'inden az bir miktarına denk gelen oran, Botryococcus braunii"de %90'a ulaşıyor. Yani farklı çevresel koşullarda, biriken lipid oranı da değişmekte. Normal koşullarda kuru ağırlığın %20-40'ı lipid iken, bu oran Botryococcus'ta, biraz yukarıda da vurguladığımız gibi, %90 oranında. Bu nedenle, Botryococcus, yakıt araştırmalarında tercih edilen bir organizma. Özetle mikroalg-ler içerdikleri geniş spektrumlu yağ ve petrol uygulama potansiyelleriyle oldukça değerli kaynaklar. Beslenmede Mikroalgler Mikroorganizmaların tümü hücre içinde belirli miktarda protein içerirler; bu proteine "Tek Hücre Proteini (THP)" denir. Patojen (hastalık yapan) olmayan ve zehirli madde oluşturmayan birçok mikroorganizma grubundan yararlanılarak bunların proteinleri elde edilir. Elde edilen bu proteinler de, insan ve hayvan gıdalarına protein kaynağı olarak eklenir. THP üretmede kullanılan mikroorga-nizmalarsa; algler, bakteriler, mayalar, küfler ve mantarlar. Ama mikroalgler, THP üretiminde en çok kullanılanı ve günümüzde, insan ve hayvanların beslenmesinde geniş uygulama alanı bulan organizmalardır. Mikroalglerin tercih edilme nedenlerden biri, fotosentez yapabilmeleridir. Yani su ve havadaki karbondioksiti ışık enerjisiyle organik maddeye (şekere) dönüştürürler. Alglerin üretiminde ışık gereklidir; ışığın %12-20'si kimyasal bileşimde enerjiye dönüşür. Alglerin üretimi için havada bulunan karbondioksit yeterli değildir. Havadaki karbondioksit miktarı

lan mavi-yeşil algler de havadaki serbest azotu bağlayarak, inorganik azota (amonyağa) indirgerler. Bu sınıfa giren algler, tek hücreli mavi-yeşil algler (Gloeocapsa, Dermocarpa, Synechococcus, Synechocystis vb.) ve filamentli mavi-yeşil alglerdir (Nostoc, Anabaena, Oscillatoria, Nodularia vb.). Böylece, petrol gibi fiyatı yüksek ve sürekli artan bir hammaddeyi kullanarak azotlu gübre yapılması yerine, azot tesbiti yapan genlerin bitkilere aktarılması ve gübreye gereksinim olmadan bitkilerin azot gereksinimlerini kendilerinin karşılaması, kolayca sağlanabilir. Tarımsal savaşımda, yararlı bitkilere zarar veren bitki, böcek ve benzeri zararlılarla savaşmak için kullanılan ilaçlara alglerin katılması, büyük yarar sağlamakta. Bitkileri ilaçlamak için %5'lik kal-siyumasetat çözeltisine amonyum alginat (alglerden elde edilen bir yan ürün) eklenirse, asetatın zehirleme etkisi artmakta ve bozulmadan uzun bir şiire kalabilmekte. Alg asitinin, böcek öldürücülere karıştırılma-sıyla genç sürgünler zararlı böceklerden arındırılıyor. Örneğin, arpalardaki çizgi hastalığına ve buğday yanmalarına karşı bu alglerin sulu çözeltileri kullanılır. Yakıt Üretiminde Mikroalgler Son yıllarda başgösteren petrol bunalımı yeni enerji kaynaklarının gündeme gelmesini sağladı. Bu amaçla biyogaz ve yenilenebilir yakıt üretimi gün geçtikçe önem kazanmakta. Günümüz çalışmaları, mikroorganizma yağlarından (lipidlerin-den) enerji elde edilmesi ve dizel yakıtlarının yerine kullanımları üzerine yoğunlaşıyor. Alglerin yapısındaki yağ ve hidrokarbonlar, sitoplazmada depo ürün parçacığı; hücre içinde farklı organellerin zar bileşenleri; hücre dışı yapısına katılan bileşenler olarak üç farklı biçimde organizma içinde bulundurulabilir. Yapılan çalışmalar sonucu alglerden elde edilen bazı kuru lipid ağırlıklarının, algin toplam vücut ağırlığına oranları şöyle: Scenedesmus %12-40, Chlorella %14-22, Dunaliella %6-8, Synechococcus %11, Botryococcus %90. En yüksek değerlere sahip olan Botryococcus'un potansiyel yakıtlarla karşılaştırılması sonucu, diğer alternatif yakıtlardan daha fazla yenilenebilen likit ya-

Alglerin kullanım avantajlarından biri, gıda atıklarının giderimidir. Günümüzde alglerin endüstriyel düzeyde üretimi için, içi tatlı su ve kanalizasyon suyu ile doldurulmuş, derinliği 20-30 cm kadar olan, üstü açık, betondan yapılmış, karıştırıcı ve santrifüjleme düzenekleriyle donatılmış havuzlar kullanılmakta. Hazırlanmış havuzlara, farklı bir ortamda geliştirilmiş alg kültürleri aşılanır. Havuz ortamındaki pis su, algin gelişimi için azot ve fosfor kaynağı sağlarken, bakteriler tarafından parçalanan organik maddeler de algin yararlanabileceği küçük yapıtaşlarına dönüştürülürler. Böylece alglerin kolayca üremeleri sağlanır. Bu tip havuzlarda, kanalizasyon suları yerine endüstriyel ve tarım atık maddeleri de kullanılır. Böylece bu atık maddeler proteine çevrilmiş ve çevre kirliliği ortadan kalkmış olur. Gereksinime uygun besin değeri olan ürünlerle beslenmede de mikroalgler önemli. Elde edilen alg ürününün bileşiminde değerli gıda maddeleri bulunur. Alg hücreleri %60'a varan ham protein, %16-55 karbonhidrat (selüloz ve nişasta), yağ ve vitaminleri içerirler. Özellikle, içerdikleri vitaminler bakımından dikkat çekiciler. A vitamini öncüsü olan (3-karoten ve astaksantin, bir alg ürünü. Bunun yanı sıra E, Bj (tiyamin), 62 (riboflavin), 63 (niasin), Bg, B12 vitaminleri de mikroalglerde var. Alg ürünleriyle beslenmek gelişim bakımından da avantaj sağlar. Örneğin Spirulina'yı et, yumurta ve soya fasulyesiyle, protein, karbonhidrat ve yağ içeriklerine göre karşılaştıralım. Protein: yumurtada %47, ette %43, soya fasulyesinde %37, Spirulina'AA ise %60-71. Karbonhidrat: yumurtada %4, ette °/ol, soya fasulyesinde %30, Spirulina'da

BİLİMveTEKNİK

Ağustos 2003

%13-16. Yağ: yumurtada %41, ette %34, soya fasulyesinde %20, Spirulina'da %6-7. Görüldüğü üzere algler, bilinen birçok besinden daha fazla oranda protein içerirler. Bu da onların kullanım alanlarını artırır. Algler yüksek oranda yağ içermeleri nedeniyle vücutta yağın daha fazla depolanmasına neden olurlar. Alglerin bileşiminde bulunan pigmentler ({beta-karoten, astaksantin, ksantofil, fikobilin), yağ, protein, karbonhidrat ve vitaminler sayesinde, balıkların deri ve yüzgeçlerinde dengeli gelişim ve pigment miktarında artış gözlenmekte. Algler birçok gıda maddelerinin üzerinde koruyucu zar oluşturmaları nedeniyle konservecilikte de kullanılıyorlar. Konserve edilecek madde, algi-nat eriyiğiyle ince bir tabaka halinde kaplanıyor ve normal sıcaklıkta bile uzun süre bozulmadan kalması sağlanmış oluyor. Mikroalglerden elde edilen ürünlerden agar, katılaşma özelliğinden dolayı yiyecek sanayiinde kullanılıyor. Örneğin, pasta, şeker, marmelat, puding, dondurma, dayanıklı ekmek yapımında, peynircilikte, mayonez ve sosların yapımında, salatalarda dayanıklılık ve sabitlik vermek için, şarap, bira ve likör sanayiinde berraklaştırıcı olarak kullanılıyor. Bu üstünlüklerinin yanı sıra alg proteininin hayvan ve insanların beslenmesinde kullanımı , sindirim güçlüğü, tat ve lezzet bakımından fazla ilgi görmemesi ve son ürün maliyetinin yüksek olması nedeniyle sınırlı. Ayrıca hastalık etmeni birçok mikroorganizmanın ortamda kolayca gelişebilmesi, alglerin gelişimini sınırladığı için, bir dezavantaj olarak görülüyor. Tıp ve Eczacılıkta Mikroalglerin Kullanımı Alginatlar, tıp ve onun için gerekli olan ilaç sanayiinde, ilaçların ana maddesi olarak da kullanılmakta. Yardımcı madde olarak, ilk planda yağ ve mumların sulu çözeltilerinin yüksek akıcılık özelliğine sahip oldukları için tercih ediliyorlar. Tabletlerde dolgu ve ayrışma maddesi olarak ve yağ maddesi bol olan kremlerin yapımlarında kullanılıyorlar. Alginatlar cilt üzerine sürülerek kullanıldığı gibi, ağızdan da alınabilirler. Dermatolojik vakalarda kullanılan sargının (bandaj) ana maddesini oluştururlar. Yanısıra baryum sülfatla sodyum alginat, röntgen filmlerinin çekiminde kullanılır. Aynı zamanda sodyum alginat, belirli bir akıcılıkta sabit tutularak ve bazı bitkisel yağlarla karıştırılıp sıvı hale getirilen esas etkili kimyevi maddelerle (insü-lin, antibiyotik, hormon, vitamin vb.) ile karıştırılarak enjekte edilebilir ya da içilebilir hale getirilerek kullanılabilir. Sodyum alginat, başka mad-

Chlorella üzerinde yapılan araştırmalar sonucunda, bu mikroalgin karaciğer üzerinde çok etkili olduğu ortaya çıktı. Yağ alımı gibi karaciğer me-tabolizmasıyla bağlantılı, kan kolesterolü ve trigli-seritlerin düzeylerini düşürür. Çinli bilim adamlarının yaptıkları deneylere göre, kötü ve yetersiz beslenme, karaciğer fonksiyonlarındaki sorunlardan dolayı trigliseritlerin düzeyinin yükselmesine ve glikojen seviyesinin anormal yükselmesine yol açıyor. %5 ilaveli Chlorella kullanıldığı zaman, karaciğer, yetersiz ve kötü beslenme ve zehirli maddelerle oluşan hasardan korunabilmekte. Chlorella ile Scenedesmus birlikte yenildiğinde, bağırsak tarafından elimine edilen atıkların miktarında artış görülüyor. Chlorella'nın, kolon sağlığını yükselten bakterilerden biri olan Lactoba-cillus'un büyümesini hızlandırdığını Japon bilim adamları kanıtlamış. Chlorella'nın sert ve sellüloz yapıdaki zarı, kadmiyum, kurşun ve diğer ağır metalleri tutar ve onları vücudun dışına taşırken, klorofili de, bağırsağı temiz tutmaya yardım eder. Chlorella büyüme faktörü, hasarlı dokuların onarımını teşvik eder. Chlorella'nm cilt, bağırsak, böbrek rahatsızlıkları, akciğer ve bronşlara ait sorunları da iyileştirdiğine dair bulgular var. Bu mikroalg, vücuttan zehirlerin uzaklaştırılmasında anahtar rol oynar. Bu, bütün olarak savunma sisteminin yeniden yapılandırılmasına ve canlandırılmasına olanak sağlar. Çeşitli kanıtlara dayanarak, Chlorella'nın, şeker hastalarının iyileşmesine yardım ederken, fazla düşük kan şekeri düzeyini de yeniden normal düzeye getirdiği anlaşılmış durumda. Beyin ve kalp fonksiyon

yotik olarak, kanser hastalarındaki lökopeniyi (beyaz kan hücresi sayısının azalması) önlemede, yaşlanma sürecini yavaşlatmada, nezle ve soğuk algınlığından korunmada, zarar görmüş genetik malzemenin onarımında, bağışıklık faktörlerinin gelişmesinde işlev görür. Spirulina, şişmanlık tedavisinde, krem ya da pomat olarak yaraların kabuk bağlamasını hızlandırmada ve cilt metabolizmasının gelişiminde kullanılır. Ayrıca hayvan ve insan tarafından sal-gılanamayan bir yağ asidi olan linolenik asit salgılar. Bu yağ asiti, başka bir yağ asiti olan prostag-landinlerle birleşerek; su konsantrasyonu, insülin sentezi ve gastrik asit sentezini etkiler. Spirulina'nın içerdiği tüm pigmentler büyümeyi teşvik edicidir. Taiyo balıklarından sarı kuyruklu küçük alabalıklar üzerinde yapılan çalışmada, 60 gün boyunca %0,5 lik Spirulina diyeti uygulanmış. Alınan sonuçlara göre; ölüm oranında %14 azalma, gelişimde %19 artış, diğer ürünlerde %39'luk artış saptanmış. Balık çiftliklerinde Spirulina ürünleriyle beslenen balıklarda karotenoid miktarı 50. 000 ppm üzerine çıkmış. Dunaliella sp. gliserol ve [beta-karoten üreticisi olarak bilinir. (3-karoten, A vitamini öncü maddesidir ve eksikliğinde körlüğe kadar giden göz rahatsızlıkları ortaya çıkar. Ateş, ısı kırılganlığı ve çözünürlük üzerinde sabitleyici etki yapar. Haematococcus sp., Alzhemier, Parkinson hastalıkların tedavisinde, omurilik zedelenmeleri ve sinir sistemi incinmelerinde, zarar görmüş retinanın iyileştirilmesinde kullanılır. Işık almaçlarını oksitlenmeyle gelişen hasarlardan korumada, damar sertliği, koroner rahatsızlıkları engellemede etkili bir şekilde yararlanılır. Anti-tümör (kanser) ajanı olarak ve bağışlık sisteminin kuvvetlendirilmesinde etkilidir. Ayrıca antioksidan ve afrodizyak özelliklerinden de faydalanılır. Scenedesmus sp. kadın hastalıklarının tedavisinde, ülser yaralarının ve çocuklarda egzamanın tedavisinde kullanılır. Bu mikroalgle yapılan merhemlerin kullanılması sonucunda, varis, çıban ve iyileşmeyen yaralarda %90 oranında düzelme olduğu saptanmış durumda.

delerle karıştırılarak aç kalmadan zayıflamak için de kullanılır. Kalorisi düşük olan bu jelli madde, mide asidini koyulaştırır ve böylece tokluk hissi oluşturur. Çeşitli aroma ve kalorisiz tat maddeleri eklenerek zayıflama rejimi için ya da şeker hastalığında kalorisiz tok tutucu yiyecek olarak üretilir.

ları ve enerji metabolizması için, kan şekeri düzeyinin belirli bir aralıkta olması gereklidir. Bu mikroalg, diğer organlar gibi pankreas fonksiyonlarını da dengeler ve düzenler. Yara iyileştirici özelliğiyle Chlorella, ülser tedavisinde de kullanılır. Ürettiği "chlorellin" maddesiyle antibi-