Rumen fungal enzim ailesine ait olan ksilanaz enzimi, lignoselülozik yapının parçalanmasında önemli bir rol oynamaktadır. Ayrıca, bu enzim günümüzde çeşitli canlı gruplarından izole edilerek endüstriyel alanda etkin bir şekilde kullanılmaktadır. Ancak enzim aktivitesinin çevresel koşullara duyarlılığı, optimum üretim ve uygulama koşullarının belirlenmesini zorlaştırmakta ve bu noktada hesaplamalı yaklaşımlara olan ihtiyaç artmaktadır. Bu çalışmada, ksilanaz enziminin aktivitesini tahmin etmek ve modellemek amacıyla yapay zekâ destekli bir yaklaşım benimsenmiş; bu bağlamda, veri analizi ve algoritmik modelleme açısından geniş olanaklar sunan Python programlama dili tercih edilmiştir. Çalışmada proglama dilinin ayırtılı bir şekilde verilmesi başka bir ifade ile verilen komutların görevlerinin açıklanması gelecekte yapilacak olan rumen mikrobiyal temmelli enzim analizlerinin daha iyi bir sekilde anlaşılması hedeflenmiştir. Python’un bilimsel hesaplamalara yönelik güçlü kütüphaneleri (örneğin NumPy, Pandas, Scikit-Fuzzy, Matplotlib) aracılığıyla, biyolojik sistemlerin belirsiz ve doğrusal olmayan doğasını modellemeye elverişli bir yöntem olan bulanık mantık yaklaşımı uygulanmıştır. Modelleme sürecinde, ksilanaz enziminin aktivitesini etkileyen temel çevresel parametreler olarak sıcaklık, pH ve substrat konsantrasyonu seçilmiştir. Bu değişkenler, klasik keskin sınırlarla tanımlanmak yerine, bulanık kümeler aracılığıyla "düşük", "orta" ve "yüksek" olarak sınıflandırılmıştır. Belirlenen üyelik fonksiyonları yardımıyla, sistemin bu parametrelere karşı verdiği tepkiler bulanık mantık kuralları doğrultusunda analiz edilmiştir. Böylece, yalnızca optimum koşulları değil, aynı zamanda sınır koşullarındaki varyasyonları da değerlendirebilen esnek bir model ortaya konmuştur. Sonuç olarak, Python destekli bulanık mantık modeli sayesinde, ksilanaz enziminin farklı çevresel koşullardaki aktivite düzeyleri başarıyla öngörülmüş; bu enzimin optimal etkinlik gösterdiği pH aralığının 5.5-6.5, sıcaklık aralığının 50-60 °C ve substrat konsantrasyonunun yaklaşık 5 U/mL aralığında olduğu belirlenmiştir. Bu sonuçlar literatür ile karşılaştırıldığında bulanık mantığın, mikrobiyal enzim üretim süreçlerinin dijitalleştirilmesi ve optimizasyonunda alternatif bir yol olarak kullanılabileceği önerilmiştir. Elde edilen bulgular, biyoteknolojik süreçlerin modellenmesinde bulanık mantığın, özellikle biyolojik verilerin doğasında bulunan belirsizlikleri anlamlandırma noktasında önemli bir potansiyele sahip olduğunu ortaya koymaktadır.
The xylanase enzyme, belonging to the rumen fungal enzyme family, plays a crucial role in the degradation of lignocellulosic structures. Moreover, this enzyme has been effectively utilized in various industrial applications after being isolated from a wide range of organisms. However, the sensitivity of enzyme activity to environmental conditions complicates the determination of optimal production and application parameters, thereby increasing the need for computational approaches. In this study, an artificial intelligence-assisted approach was adopted to predict and model the activity of xylanase. In this study, it was aimed to give the programming language in a differentiated way, in other words, to explain the tasks of the commands given in order to better understand the rumen microbial based enzyme analyses to be performed in the future. In this context, the Python programming language was selected due to its extensive capabilities in data analysis and algorithmic modeling. Through the use of Python’s powerful scientific libraries (such as NumPy, Pandas, Scikit-Fuzzy, and Matplotlib), a fuzzy logic method—well-suited to modeling the uncertain and nonlinear nature of biological systems—was implemented. During the modeling process, temperature, pH, and substrate concentration were selected as the key environmental parameters affecting xylanase activity. Instead of being defined with traditional sharp boundaries, these variables were classified into "low", "medium", and "high" categories using fuzzy sets. With the help of predefined membership functions, the system’s responses to these parameters were analyzed through fuzzy logic rules. In this way, a flexible model capable of evaluating not only the optimal conditions but also variations under boundary conditions was developed. As a result, the Python-based fuzzy logic model successfully predicted the activity levels of xylanase under different environmental conditions. It was determined that the enzyme exhibited optimal activity within the pH range of 5.5–6.5, the temperature range of 50–60 °C, and at a substrate concentration of approximately 5 U/mL. When compared with the literature, these findings suggest that fuzzy logic can serve as an alternative method in the digitalization and optimization of microbial enzyme production processes. In conclusion, the fuzzy logic approach supported by Python demonstrates significant potential in modeling biotechnological processes, particularly in interpreting the uncertainties inherent in biological data. This study thus provides a valuable reference for future computational modeling applications in enzyme technology and bioprocess engineering.
Primary Language | Turkish |
---|---|
Subjects | Veterinary Sciences (Other) |
Journal Section | RESEARCH ARTICLE |
Authors | |
Publication Date | April 30, 2025 |
Submission Date | February 12, 2025 |
Acceptance Date | April 23, 2025 |
Published in Issue | Year 2025 Volume: 16 Issue: 1 |
The works submitted to our journals are first judged grammatically. After this phase, articles are sent two reviewers. If necessary, the third reviewer is assessed. In the publication of works, a decision is made by evaluating the level of contribution to science and readers within the criteria specified in the writing rules. Reviewers are requested to submit their assessments within 30 days at the latest. The reviewers' evaluations and the answers to these evaluations are reviewed by the editor and it is decided whether the work will be published or not.
International Peer Reviewed Journal
The journal doesn’t have APC or any submission charges
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License