Multiplexed cell-based diagnostic devices for the detection of kidney disease pathological markers
Böbrek hastalıklarının takibinde kullanılabilir çok katmanlı tüm hücre sensörleri ile oluşturulmuş biyoteşhis cihazları
- Tez No: 655350
- Danışmanlar: DOÇ. DR. URARTU ÖZGÜR ŞAFAK ŞEKER
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyomühendislik, Biyoteknoloji, Bioengineering, Biotechnology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 163
Özet
Kesin sonuç veren, ucuz ve hızlı tarama yapabilen sensör cihazlarının geliştirilememesi, tıbbi teşhis alanında büyük bir problem oluşturmaktadır. Çeşitli hastalıkların yakından izlenmesi ve teşhisi genellikle yoğun çaba ve kalifiye personel gerektiren tipik analitik tekniklerle yapılır. Bu nedenle, son derece spesifik, düşük maliyetli ve hızlı olan daha uygun ve güvenilir alternatiflere acil bir ihtiyaç vardır. Birçok organizma, doğal metabolitlere yanıt verebilen çeşitli proteinler ve nükleik asit molekülleri bulunmaktadır. Sentetik biyoloji, bu bileşenleri kullanarak belirlenen fonksiyonları yerine getiren özgün biyolojik sistemler geliştirebilir. Bu bağlamda, biyosensörler son derece spesifik, uygun maliyetli ve etkin biyoanalitik araçlar olarak sağlık takibi prosedürlerinde rutin olarak uygulanabilecek potansiyele sahiptir. Bu çalışmada, medikal testlerde sıklıkla takip edilen biyolojik belirteçlerden olan üreye ve ürik asite yanıt veren biyosensörler geliştirdik. Ayrıca, bu biyobelirteçleri eşzamanlı olarak algılayabilen ve bunlara yanıt verebilen bir biyosensör versiyonu ve VE-mantığını mimik edebilen bir hücresel biyosensör de geliştirildi. Biyosensörler, ilgili hedef analit varlığına floresan yoğunluğundaki bir artış yoluyla yanıt verecek şekilde tasarlanmıştır. Böylece analitler spektrofotometrik cihazlarla ölçülebilmektedir. Bu amaç ile, farklı organizmalardan gelen doğal promoter ve transkripsiyon faktörleri, sentetik gen devrelerinde biyobelirteçlerin varlığına floresan protein üretecek şekilde birleştirildi. Üre biyosensörü için Proteus mirabilis organizmasının UreR transkripsiyonel aktivatörü ve promotör olarak da üreaz operonu içindeki tam intergenik bölge kullanıldı. Sistem, post-transkripsiyonel modifikasyon elementleri ve protein mühendisliği kullanılarak istenen doz-yanıt eğrisine sahip olacak şekilde optimize edildi. Ürik asit biyosensörü için, Deinococcus radiodurans organizmasından transkripsiyonel baskılayıcı HucR ve ürikaz operon içindeki transkripsiyon faktörü bağlanma bölgesi, bir gen devresinin yanı sıra bir Ürik Asit Taşıyıcı (UACT) içinde birleştirildi. Promotör mühendisliği ve kopya sayısı modifikasyonları kullanılarak sistemin doz-yanıt eğrisi optimize edildi. Daha sonra, biyobelirteçlerin biyolojik bileşenleri, her iki moleküle aynı anda yanıt verebilen için çoklu bir sistemde bir araya getirildi. Ek olarak, medikal algoritmalarda uygulanabilir VE-mantık kapısı işletimini gerçekleştiren bir sistem promotör mühendisliği kullanılarak geliştirildi. Patolojik biyobelirteçlerin uzaktan tespiti için biyofilm-selüloz etkileşimleri yoluyla, biyosensörlerin düşük maliyetli ve taşınabilir kâğıt diskler üzerinde stabilizasyonu ve tam hücre biyosensörlerinin biyo-uyumlu, biyolojik olarak parçalanabilir ve mekanik güce sahip jelatin boncuklar içinde tutulması için deney düzenekleri oluşturulmuştur. Son olarak, geliştirilen tam hücre biyosensörlerinin sağlamlığı klinik insan numuneleri ile test edilmiştir.
Özet (Çeviri)
Development of accurate, inexpensive and fast-screening devices has been a big vacancy in the field of medical diagnostics. Close monitoring and diagnosis of various diseases are generally conducted by typical analytical techniques which require intensive efforts and qualified personnel. Therefore, there is an urgent need for more convenient and reliable alternatives that are highly specific, cost-efficient and rapid. One of the approaches in solving this problem is using naturally-derived proteins and nucleic acid molecules that can respond to various types of metabolites. Synthetic biology utilizes these components to assemble biological systems that can probe and control metabolic state of a host. In this context, biosensors can be considered highly specific, cost-effective and can be implemented in point-of-care bioanalytical tools for effective healthcare. Here, we have developed biosensors that are responsive to medically relevant biomarkers namely; urea and uric acid. Furthermore, a multi-input version that can sense and respond to both biomarkers simultenously and another multiplexed biosensor that can mimic the AND-logic were developed. Biosensors were designed to respond to their respective target analyte presence through an increase in the fluorescence intensity which can be measured with spectrophotometric devices. To do so, native promoter and transcription factors from different organisms were assembled inside a gene circuit to express a fluorescent protein in the presence of the respective biomarker. For urea biosensor, UreR transcriptional activator and the complete intergenic region inside the urease operon of the organism Proteus mirabilis were utilized. The system was optimized to have the desired dose- response curve using post trancriptional regulation elements and protein engineering. For the uric acid biosensor, transcriptional repressor HucR and the transcription factor binding site inside the uricase operon from the organism Deinococcus radiodurans were assembled in a gene circuit as well as a Uric Acid Transporter (UACT). Using promoter engineering and copy number modifications the response curve of the system was optimized. Next, biological components of the biomarkers were assembled in a multiplexed system to respond both molecules simultenously. Furthermore, a logic gate operating system was developed using promoter engineering that performs AND-logic to be implemented in a medically relevant algorithm A framework for stabilization of biosensors on low-cost portable paper discs through biofilm-cellulose interactions, and entrapment of whole-cell biosensors inside biocompatible, biodegradable and mechanically strong gelatin beads was provided for remote detection of the pathological biomarkers. Finally, the robustness of the developed whole cell biosensors was tested with human clinical samples.
Benzer Tezler
- Synthetic biology approach for point-of-care device applications of biosensors
Biyosensörlerin bakım noktası cihaz uygulamaları ı̇çin sentetik biyoloji yaklaşımı
İLKAY ÇİSİL KÖKSALDI
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Biyomühendislikİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. URARTU ÖZGÜR ŞAFAK ŞEKER
- Yumurtalık (over) kanserinin teşhisine yönelik miRNA tabanlı elektrokimyasal nanobiyosensör geliştirilmesi
Development of miRNA based electrochemical nanobiosensors for the diagnosis of ovarian cancer
EZGİ KIVRAK
Doktora
Türkçe
2024
BiyoteknolojiEge ÜniversitesiBiyomedikal Teknolojiler Ana Bilim Dalı
PROF. DR. PINAR KARA
- Development of a selection protocol for target nucleic acids based on nanoparticles
Nükleik asit hedeflerinde nanopartikul tabanlı seçim protokolü geliştirilmesi
AYŞE PINAR AKALIN
Doktora
İngilizce
2024
Biyoteknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiMoleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYTEN YAZGAN KARATAŞ
- K vitamini ölçüm metodunun geliştirilmesi ve referans aralığının belirlenmesi
Development of vitamin K measurement method and determination of reference range
METİN DEMİREL
Doktora
Türkçe
2023
BiyokimyaBezm-i Alem Vakıf ÜniversitesiTıbbi Biyokimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ŞAHABETTİN SELEK
- Multiplex-PCR based screening and computational modeling of virulence factors and T cell mediated immunity in Helicobacter pylori infections for accurate clinical diagnosis
Helicobacter pylori enfeksiyonlarının doğru klinik tanısı için virülans faktörleri ile T hücreye bağımlı bağışıklığın çoklu-PZT ile taranması ve biyoinformatik modellemesi
SİNEM ÖKTEM OKULLU
Doktora
İngilizce
2017
Biyolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiMoleküler Biyoloji-Genetik ve Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AYÇA SAYI YAZGAN
PROF. DR. ZÜHTÜ TANIL KOCAGÖZ