Escherichia coli akuporin-Z içeren nanofiltrasyon membran üretiminin ve filtrasyon parametrelerin optimizasyonu

Abstract

Bu tez çalışmasında Escherichia coli (E. coli) akuaporin Z proteini kullanılarak biyomimetik bir desalinasyon membranı üretilmiştir. E. coli akuaporinZ geni daha önceki çalışmalarda pGEX-4T-2 saflaştırma vektörüne klonlanmıştır, bu tez çalışmasında akuaporin (GST-ECAqpZ) BL21 hücrelerinden Glutathione sepharose 4B (GE Healthcare) boncukları kullanılarak saflaştırılmıştır. Akuaporinler DOPC lipozomalrı içine film rehidrasyon yöntemiyle yerleştirilmiş ve durdurulmuş akışlı ışık saçılım spektrometresinde su geçirgenlikleri ölçülmüştür. Işık saçılım değerleri saflaştırılan akuaporinlerin fonksiyonel olduğunu göstermektedir. Ayrıca lipozomların içindeki akuaporin miktarı artırıldıkça su geçirgenliğinin arttığı görülmüştür. Lipozom içine yerleştirilen akuaporinler polisülfon membran yüzeyine ince film tabaka (TFC) yöntemi ile yerleştirilmiştir. Hazırlanan TFC konposit membranların su geçirme ve tuz reddetme kapasiteleri ölü uçlu filtrasyon hücresi kullanılarak ölçülmüştür. Akuaporin içeren biyomimetik membranların tuz reddetme kapasiteleri farklı akuaporin miktarı (0.5, 1 ve 2 mg/ml), farklı tuz konsatrasyonları (10, 100 ve 800 mM) ve iki farklı basınçta (5-10 bar) test edilmiştir. Tuz konsantrasyonu arttıkça membranların reddetme (% R) kapasitesi düşmesine karşın, akuaporin içeren membranların tuz reddetme hızlarının (saatte itilen tuz miktarı) kontrol membranına kıyasla oldukça yüksek olduğu görülmüştür. Akuporinlerin membranların su akısını artırdığı tespit edilmiştir. Deniz suyuna eşdeğer (800 mM) tuzlu su filtre edildiğinde E. coli AqpZ içeren membranın en yüksek tuz reddetme değeri 5 bar basınç için 1 mg/mL proteolipozom içeren membranla 47.2±19.5, 2 mg/mL proteolipozom içeren membranda ise 60.07±22.1 g/m2 .sa olarak ölçülmüştür. Ayrıca, akuaporin içeren membranların glikoz, gliserol ve üreyi filtre etme kapasiteleri belirlenmiştir. Akuaporin içeren membranın glikoz reddetme kapasitesi kontrole kıyasla yüksek bulunmuştur, ancak üre ve gliserol filtrasyonu için uygun olmadığı görülmüştür.In this thesis, biomimetric membranes were produced by using aquaporin proteins obtained from Escherichia coli (E. coli) bacteria. E.coli AquaporinZ gene was previously cloned in pGEX-4T-2 purification vector. In this study, these recombinant aquaporins were purified from E. coli BL21 cells using Glutathione sepharose 4B (GE Healthcare) beads. Purified aquaporins were embedded in DOPC liposomes by film rehydration method and their water permeation capacities were measured using stop-flow light scattering spectrometry. According to the measurement results, it was observed that the light scattering increased as the aquaporin concentration increased in the liposomes. Aquaporins placed in liposomes were placed on polysulfone membrane surface by thin film layer (TFC) method. Water permeability and salt rejection capacity of prepared membranes were measured using a deadend filtration cell. The salt rejection capacities of the aquaporin-containing membranes were tested with different aquaporin amounts (0,5, 1 and 2 mg/mL), different salt concentrations (10, 100 and 800 mM) and under two different pressures (5 and 10 bar). Results showed that as salt concentration increased, rejection (% R) capacities of membranes decreased, however, salt rejection rates increased. The highest salt rejection rate of E. coli AqpZ-containing membrane with 1 mg/mL and 2 mg/mL proteoliposome concentration was measured as 47,2±19,5 and 60,07±22,1 g/m2 .h, respectively, at 5 bar pressure with 800 mM saline. In addition, the capacity of aquaporin containing membranes to filter glucose, glycerol and urea was determined. While incorporation of GST tagged E. coli aquaporinZ to the membrane structure increased glucose rejection, it was not usable for urea and glycerol rejection.