Genetically designed microbes for bioimaging and biosensing
Biyogörüntüleme ve biyosensing için genetik olarak tasarlanmış mikroplar
- Tez No: 892625
- Danışmanlar: DOÇ. DR. URARTU ÖZGÜR ŞAFAK ŞEKER
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Biyoteknoloji, Biotechnology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- 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: 225
Özet
Mikroorganizmaların aktif hareketliliği ve kendiliğinden ilerleme özelliklerinin yanı sıra, çok işlevli aktiviteler kazanabilmeleri biyomühendislik ile kolayca yapılabileceğinden biyo-görüntüleme ve biyosenör uygulamalarında kullanılması avantajlı bir yaklaşım sunmaktadır. Ortaya çıkan gelişmeler, mikroorganizmaların, hastalık teşhis ve tedavisinde terapötik ajanlar olarak kullanımını içermektedir. Habitatın dinamik yapısı, mikroorganizmaları hayatta kalmaları için özel biyo-işlevsellikler geliştirerek değişen yaşam koşullarına uyum sağlamaya zorlar. Bu nedenle, fonksiyonel materyaller üreten canlı mikroorganizmalar, bir hastalık biyobelirteci molekülünün tespiti ve kanser teşhisindeki büyük ihtiyacı karşılamak üzere benzersiz potansiyele sahip biyo-hibrit bir sistem olarak görev görmektedir. Disiplinlerarsı bir bilim alanı olan sentetik biyoloji yaklaşımı, mikroorganizmaları mevcut doğal yolları yeniden tasarlamak ve düzenlemek için olanak vererek istenilen işlevin kazanılmasını sağlar. Demir oksit materyallerinin doğadaki biyomineralizasyon yolağından ilham alarak, anti-tümör etkisindeki potansiyeli göz önünde bulundurulduğunda, kolay modifikasyon, stabilite ve manyetik özellikleri nedeniyle talep görmektedir. Ayrıca, belirli solunum mekanizmalarına sahip elektro-kimyasal olarak aktif mikropların, redoks tabakalı ortamlarda hayatta kalmaları için çeşitli inorganik ve organik moleküllerin solunumunu mümkün kılar. Elektrotlarla elektron alışverişi yapma yeteneği, mikrobiyal yakıt hücreleri oluşturma, elektro-fermantasyon ve elektro-genetik gibi çeşitli biyoteknolojik uygulamalara olanak sağlar. Bu tezde, mikroplar biyo-görüntüleme ve biyosensör uygulamalarında kullanılmak üzere tasarlanmıştır. İlk olarak, MRI taramasında kontrast ajanı olarak kullanılmak üzere hücre içinde ve hücre dışında manyetit biriktiren, kanser teşhisi için umut vadeden Escherichia coli bakteriyel hücre makineleri oluşturulmuştur. İkinci olarak, sentetik olarak üretilen proteinler aracılığı ile sitoplazmalarında gerçekleşen tüm redoks reaksiyonlarına sahip hücre içi manyetit biriktiren bakteri hücreleri, hücre yüzeyinde belirli bir nanobody proteini göstererek meme kanseri tümör hücrelerine yönelik hedefleme davranışlarını geliştirmek amacıyla tasarlanmıştır. Üçüncü olarak, hedeflenen alıcılar tarafından kablosuz biyoizleme uygulamaları için bir hastalık molekülünü tespit ettiklerinde elektron transfer modüllerini kullanarak hücre dışı elektron tüketimi yapan bakteri hücreleri tasarlanmıştır. Bu tezde anlatılan metodolojiler, teşhis uygulamaları için umut vadeden araçlar olarak öngörülmektedir.
Özet (Çeviri)
The advantageous approach to the utilization of the microbes for bioimaging and biosensing underlies under their active motility and self-propulsion characteristics besides their easy bioengineering feature to gain multi-functional activities. The emerging developments make use of microorganisms as therapeutic agents in disease diagnosis and treatment. The dynamic nature of the habitat forces the microorganisms to acclimate themselves to changing living conditions via evolving exclusive bio-functionalities for their survival. Therefore, the living microorganisms producing functional materials serve as a biohybrid system with unprecedented potential for enhancing the detection of a disease biomarker molecule or meeting the great need in cancer diagnosis. The synthetic biology approach, a multidisciplinary field of science, gives the ability to engineer and modulate the microorganisms to redesign existing natural pathways, resulting in the gain of the desired function. Inspiring form nature, the biomineralization of iron-oxide materials is demanding for their potential usage in antitumor effect due to their easy modulation, stability, and magnetic properties. Furthermore, the certain respiratory capacities of electrochemically active microbes enable the respiration of diverse inorganic and organic molecules for their survival in redox-stratified environments. The ability of exchanging electrons with electrodes possesses several diverse biotechnological applications like the construction of microbial fuel cells, electro-fermentation, and electro-genetics. In this thesis, the microbes were engineered for their utilization in bioimaging and biosensing applications. Firstly, intracellular and extracellular magnetite accumulating Escherichia coli bacterial cell machineries were constructed as contrast agents for the MRI scanning, promising for a cancer diagnostic. Secondly, the intracellular magnetite accumulating bacterial cells, possessing all the redox reactions that readily take place in their cytoplasm via synthetically produced proteins, were further engineered to improve their targeting capability for breast cancer tumor cells by displaying a certain nanobody on the cell surface. Thirdly, electronic sentinel bacterial cells were designed utilizing the electron transfer modules for extracellular electron consumption by targeted acceptors for their wireless biomonitoring applications upon detecting a disease molecule. The methodologies described in this thesis are envisioned as promising tools for diagnostic applications.
Benzer Tezler
- Genetic analysis of innate immunity and its contribution to disease resistance in the brassicaceae family
Başlık çevirisi yok
HİCRET ASLI YALÇIN
- Genetic design and synthesis of bi-functional protein for bio-nanotechnology
Biyonanoteknoloji için çift işlevli proteinin genetik tasarımı ve sentezi
BANU TAKTAK
Yüksek Lisans
İngilizce
2008
Biyomühendislikİstanbul Teknik Üniversitesiİleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CANDAN TAMERLER
PROF. DR. MEHMET SARIKAYA
- Genetically design and synthesis of multifunctional fusion proteins for biosensor applications
Biyosensör uygulamaları için çok fonksiyonlu füzyon proteinlerinin genetik tasarımı ve sentezi
SENA ŞİMŞEK
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
BiyomühendislikBiruni ÜniversitesiMoleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ BANU TAKTAK KARACA
- Genetiği değiştirilmiş organizmaların tespitine yönelik DNA tabanlı elektrokimyasal biyosensör geliştirilmesi
Development of DNA based electrochemical biosensor for detection of genetically modified organisms
BEGÜM TERZİ AKSOY
Doktora
Türkçe
2022
BiyomühendislikKaramanoğlu Mehmetbey ÜniversitesiBiyomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖZLEM ATEŞ SÖNMEZOĞLU
PROF. DR. FİLİZ KURALAY
- Protein mühendisliği yoluyla ligand bağlayıcı protein ve fotoprotein temelli genetik kodlanmış sensörlerin tasarlanması
Designing of ligand binding protein and photoprotein based genetically encoded sensors via protein engineering
CANAN ÖZYURT
Doktora
Türkçe
2014
BiyokimyaEge ÜniversitesiBiyokimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AZMİ TELEFONCU
DOÇ. DR. SERAP EVRAN