Improving the salt rejection potential of membranes by using channel protein aquaporin of halophilic bacterium, Halomonas elongata

Abstract

Aquaporinler su moleküllerinin geçişine izin veren ve diğer tüm çözünmüş maddeleri iten membran proteinleridir. Çoğu canlının hücre zarlarında bulunan bu aquaporinler yüksek su geçiş kapasitesi sağlamaktadırlar. Diğer biyolojik mekanizmalar gibi aquaporinlerde ilaç, biyokimya ve mühendislik benzeri alanlarda ayırma proseslerinde kullanılmak üzere daha etkili ve hızlı ürünler geliştirmek için bir mimik malzeme olarak kullanılabilir. Bu tez kapsamında, Halomonas elongata'nın yüksek tuz konsantrasyonlarına yaşayabilmesine bağlı olarak aquaporinlerinin su transfer ve tuz itme özelliklerinin daha efektif olduğu düşünülmüş ve biyomimetik bir membran geliştirilmiştir. H. elongata'nın aquaporin geni ilk defa E. coli' de klonlanmış ve hücre zarından izole edilmiştir. H. elongata aquaporinlerinin su geçirme kapasitelerinin ölçülmesi için proteolipozomlar hazırlanmıştır. Fonksiyonel formunda elde edilen aquaporinleri içeren lipozomların su geçirme kapasitesi boş (kontrol) lipozomlarınınkinden 15 kata kadar daha yüksek bulunmuştur. H. elongata'nın aquaporinlerini içeren polysulfon bir membrane hazırlanmıştır. Hazırlanan biyomimetik membranın su akısı kontrol membranına kıyasla daha yüksek çıkmıştır. İmmobilizasyon metodunun geliştirilmesiyle tuz itme kapasitesinin daha fazla arttırılması mümkündür. Biyomimetik filtrasyon membranlar geliştirilmesi için H. elongata aquaporininin E. coli aquaporinine alternatif olarak kullanılabileceği gösterilmiştir.Aquaporins are membrane proteins that allow the passage of water molecules and reject all other solutes. In most of the living creatures, aquaporin channel protein in the biological membranes provides high water transport capacity. Like other biological mechanisms aquaporin can be used as mimicking material for developing more efficient products in separation systems in order to be used in the fields of medicine, biochemistry, engineering etc. In this thesis, a biomimetic filtration membrane was developed by using Halomonas elongata aquaporin based on the idea that it might provide more effective water transfer and salt rejection due to its strength of surviving in high concentrations of salt. H. elongata's aquaporin gene was cloned in E. coli for the first time and the expressed aquaporin protein was purified from cell membrane. Proteoliposomes with H. elongata aquaporins were prepared in order to measure the water transport rate of the aquaporins. Water transport capacity of aquaporin containing liposomes was found to be higher than that of empty (control) liposomes up to 15 times indicating that aquaporin protein was successfully produced in its functional form. A biomimetic membrane was prepared by incorporation of H. elongata aquaporin on polysulphone membrane. Water flux through this biomimetic membrane was shown to be higher as compared to the control membrane. Salt rejection capacity of the membrane can be improved by modification of the method used for aquaporin immobilization on the membrane surface. H. elongata aquaporin was shown to be an alternative to E. coli aquaporin for development of biomimetic filtration membranes.