Synthetic biology approach for point-of-care device applications of biosensors
Biyosensörlerin bakım noktası cihaz uygulamaları ı̇çin sentetik biyoloji yaklaşımı
- Tez No: 694945
- Danışmanlar: DOÇ. DR. URARTU ÖZGÜR ŞAFAK ŞEKER
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyomühendislik, Biyoteknoloji, Mikrobiyoloji, Bioengineering, Biotechnology, Microbiology
- 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: 306
Özet
Sentetik biyoloji, aralarında tam hücreli biyosensörlerin ve hücresiz programlanabilir riboregülatörlerin de bulunduğu basit, geliştirmesi ucuz ve hızlı taramalı bakım noktası cihazlarına kolayca uygulanabilir olduğu tespit aracı alternatiflerinin kapsamını genişletmiştir. Geleneksel algılama ve izleme yöntemlerine göre daha uygun, güvenilir ve düşük maliyetli alternatifler olarak düşünülmelerine rağmen, hücresel biyoalgılama cihazlarının gerçek yaşam uygulamalarına aktarım hızı nispeten yavaş olmuştur. Bu çalışma kapsamında, çevresel ve serum örneklerinden gelen çoklu sinyalleri tam olarak tanımlamak ve entegre etmek amacıyla, Escherichia coli konağında bakır, kurşun, kadmiyum ve arsenik ağır metallerine yanıt veren bir dizi tam hücreli biyosensör geliştirilmiştir. Promotör mühendisliği ve genetik bir amplifikatör ile birleştirme gibi sentetik biyoloji stratejileri kullanılarak tek analit biyosensörlerinin sinyal cevabı arttırılmış, algılama süresi kısaltılmış ve dinamik aralığı geliştirilmiştir. Ağır metal biyoalgılama modülleri, eşzamanlı birden fazla molekülün hızlı taramanabilmesi için çok katlı algılamayı kullanmak üzere farklı analitlerin farklı çıktı molekülleri üretmesi üzere tasarlanmıştır. Ek olarak, bu biyoalgılama sistemlerini bir bakım noktası cihazına dönüştürmek için yeni bir girişim araştırılmıştır. Kapsamlı fonksiyonel biyofilm amiloid proteini ve selüloz etkileşimleri, tüm hücre biyosensörlerinin düşük maliyetli, kolay saklanan ve taşınabilir kağıt tabanlı bir platformda immobilizasyonu, küresel olarak daha yaygın bir uygulama elde etmek için hedeflenmiştir. İkinci olarak, SARS-CoV-2 bir insan patojenidir ve Dünya Sağlık Örgütü tarafından küresel bir salgın olarak ilan edilen COVID-19 hastalığının ana nedenidir. COVID-19, ağır koşullarla karakterizedir ve erken teşhis, hem kişisel hem de halk sağlığı için dramatik değişiklikler yapabilir. Düşük maliyetli, kullanımı kolay teşhis yöntemleri, hastalığın bulaşmasını kontrol etmede çok kritik bir role sahip olabilir. Bu çalışma kapsamında, de novo tasarlanmış riboregülatörler kullanılarak in vitro sentetik biyoloji yaklaşımıyla son teknoloji bir teşhis aracı geliştirilmiştir. Ev yapımı bir bakım noktası cihazıyla birleştirilmiş tasarımımız, SARS-CoV-2'ye özgü genlerin varlığını algılayabilir ve bildirebilir. SARS-CoV-2 ile ilgili genlerin varlığı, sfGFP mRNA'larının translasyonunu tetikleyerek yeşil floresan çıktısına neden olur. Burada önerilen yaklaşım, çalıştırması kolay, düşük maliyetli bir teşhis yöntemi sağlayarak SARS-COV-2 teşhisinde bir oyun değiştirici olma potansiyeline sahiptir. Genel olarak, hem tam hücreli hem de hücresiz biyosensör sistemlerinin bakım noktası cihaz uygulamaları, analitlerinin ve nükleik asitlerin farklı algılama uygulamaları için geliştirilmiştir.
Özet (Çeviri)
Synthetic biology has broadened the scope of detection tool alternatives, among which whole-cell biosensors and cell-free programmable riboregulators are straightforward, inexpensive to develop and easily implementable to fast-screening point-of-care devices. While considered as more convenient, reliable and low-cost alternatives to traditional detection and monitoring methods, the transfer rate of cellular bio-sensing devices to real life applications has been relatively slow. With the aim of precisely identifying and integrating multiple signals from environmental and serum samples, a series of whole-cell biosensors that respond to heavy metals including copper, lead, cadmium and arsenic were developed in Escherichia coli host. After characterization of single analyte biosensors, synthetic biology strategies such as promoter engineering and coupling with a genetic amplifier are used to enhance detection time and dynamic range for the signal output. Heavy metal bio-recognition modules were designed to produce different output molecules to employ multiplexed sensing where simultaneous detection of multiple molecules is needed for fast-screening. In addition, a novel attempt for transforming these bio-sensing systems to a point-of-care device has been investigated. Thorough functional biofilm amyloid protein and cellulose interactions, immobilization of whole-cell biosensors on a low-cost, easy-storage and portable paper-based platform has been aspired to attain more widespread application globally. Secondly, SARS-CoV-2 is a human pathogen and the main cause of COVID-19 disease, announced as a global pandemic by the World Health Organization. COVID-19 is characterized by severe conditions and early diagnosis can make dramatic changes for both personal and public health. Low cost, easy-to-use diagnostic capabilities can have a very critical role to control the transmission of the disease. Here, a state-of-the-art diagnostic tool was developed with in vitro synthetic biology approach by employing engineered de novo riboregulators. Our design coupled with a home-made point-of-care device can detect and report the presence of SARS-CoV-2 specific genes. The presence of SARS-CoV-2 related genes triggers translation of sfGFP mRNAs, resulting in green fluorescence output. The approach proposed here has the potential of being a game changer in SARS-COV-2 diagnostics by providing an easy-to-run, low-cost-demanding diagnostic capability. Overall, point-of-care device applications of both whole-cell and cell-free biosensor systems have been developed for distinct applications of sensing analytes and nucleic acids.
Benzer Tezler
- İmalat sistemlerinin tasarlanması ve öncelik kurallarının belirlenmesinde yapay sinir ağlarının kullanılması
Başlık çevirisi yok
TARIK ÇAKAR
Doktora
Türkçe
1997
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik Üniversitesiİşletme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYHAN TORAMAN
- Neoplazmatik tasarım ve protohücre mimarlığı: Geleceğe dair iki mimarlık söylemi
Neoplasmatic design and protocell architecture: Two architectural discourses for the future
NEZİH BARIŞ ÖZGÜL
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Mimarlıkİstanbul Teknik ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MELTEM AKSOY
- Preparation of functional surfaces and protein polymer conjugates via light induced tetrazine click reaction
Işıkla tetiklenebilir tetrazine klik reaksiyonu ile fonksiyonel yüzeylerin ve protein polimer konjugatlarının hazırlanması
NAGİHAN ÖZBEK
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Biyokimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUHAMMET ÜBEYDULLAH KAHVECİ
- Dynamic analysis of secretome alterations in a bacilysin-knock out mutant of Bacillus subtilis
Basilsin biyosentezinin susturulduğu bir Bacillus subtilis mutantında dinamik sekretom değişimlerinin analizi
ELİF TEKİN İŞLEREL
Doktora
İngilizce
2017
BiyolojiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiBiyoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜLAY ÖZCENGİZ
- Cryobacterium aureum FabH enziminin hesaplamalı yapısal biyoloji yaklaşımıyla incelenmesi
Analysis of Cryobacterium aureum FabH enzyme with computational structural biology approach
SURA SANEM KÖSE