Development of ultrasensitive and highly specific electrochemical biosensor for on site pathogen detection
Sahada patojen tespiti ̇için ultra hassas ve yüksek seçici elektrokimyasal biyosensör geliştirilmesi
- Tez No: 917032
- Danışmanlar: PROF. DR. ERHAN DEMİRBAŞ, DR. HATİCE ESRA AĞEL
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Biyomühendislik, Biyoteknoloji, Mikrobiyoloji, Bioengineering, Biotechnology, Microbiology
- Anahtar Kelimeler: DNA biyosensörü, Gensensörü, Salmonella tespiti, DNA biosensor, Genosensor, Salmonella detection
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Gebze Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 202
Özet
Salmonella gram negatif, hareketli ve temel kaynakları kontamine etme suretiyle halk sağlığını tehdit eden patojenik bir bakteridir. Başta gıda olmak üzere su ve toprağı da kontamine edebilme potansiyeline sahip olan mezkûr patojen enfekte ettiği canlılarda yüksek ateş, ishal, mide krampları, mide bulantısı ve kusma, titreme, baş ağrısı ve kanlı dışkılama görülebilmektedir. En yaygın görülen belirti olan ishal, yaklaşık 10 gün içinde iyileşse de bağırsakların normal düzenine dönmesi birkaç ayı bulabilir ki bu süreç canlılarda ciddi elektrolit kaybı, zayıflama, metabolizmanın yavaşlaması, diğer enfeksiyonlara karşı direncin düşmesi gibi diğer problemlerin ortaya çıkmasına öncülük edebilir. Özellikle kümes hayvanlarının risk grubunda olması, bakterinin gıda temini ve lojistiğine zarar vererek küresel gıda krizine sebep olabilecek bir potansiyele sahiptir. Bununla birlikte, bakterinin tanı, teşhis ve engelleme manevraları gıda üzerine odaklanmış olup, su gibi tüm canlıların en önemli ihtiyacı olan doğal kaynak yeterli seviyede odak noktası olamamıştır. Bu tez çalışması kapsamında Salmonella bakterisi kontamine edilmiş sulardan konsantre edilerek DNA izolasyonu işlemine tabi tutuldu. Spin kolon bazlı olan DNA izolasyon işlemi, kontamine sulardan bakterinin konsantrasyonu için kullanılan özel filtre kağıdından elde edilebilmesi için özel olarak geliştirildi ve alanında en iyilerden biri olan ticari kit ile karşılaştırılarak onunla denk başarıda olduğu tespit edildi. Ardından bakterinin DNA tespiti için özel olarak tasarlanıp sentezlenen iki adet nanokompozit malzeme ki bunlar silanlanmış ve aminlenmiş CoFe2O4/SWCNT/TEOS/APTES ve MoS2/SWCNT elektrot yüzeylerini modifiye etmek için kullanıldı. Elektrot yüzeyinin yüzey alanını arttırırken aynı zamanda elektriksel iletkenliğinin arttırılması amaçlanırken bu gayeye hizmet etmesi için nanokompozit malzemeler üzerine altın elektrodepozisyonu işlemi gerçekleştirildi. Tiyol ile fonksiyonelleştirilmiş ve metilen mavisi ile modifiye edilmiş Salmonella bakterisinin DNA'sına yönelik özel olarak tasarlanmış DNA sekansları elektrot yüzeyine altın-tiyol etkileşimiyle immobilize edildi. Bu biyosensörler çeşitli hassasiyet ve seçicilik testlerinden geçirildikten sonra Salmonella bakterisinin genomik DNA'sının tespiti için kullanılırken aynı zamanda tespit efektifitesinin artması içinde döngü aracılı izotermal amplifikasyon (LAMP) DNA amplifikasyon tekniği kullanıldı. Biyosensörler altın standart olarak Kabul edilen qPCR sisteminden dahi daha düşük konsantrasyonlardaki DNA'ları tespit edebilirken CoFe2O4/SWCNT/TEOS/APTES modifiye biyosensör referans DNA sekanslarında 0.234 fM tayin sınırına (LOD) ve 0.738 fM nicelik sınırına (LOQ) ulaşırken, MoS2/SWCNT modifiye biyosensör referans DNA sekanslarında 0.262 aM tayin sınırına ve 0.861 aM nicelik sınırına ulaştı. Tez kapmasında gerçekleştirilen çalışmada bakterinin su kaynaklarından konsantrasyonundan DNA izolasyonuna, DNA'nın tespiti için malzeme sentezinden yüzey modifikasyonuna, DNA'nın tespit efektifitesini arttırmak için DNA amplifikasyonundan DNA'ların elektrokimyasal olarak tespitine kadar bir iş akışı tasarlanarak başarıyla uygulanmış olup, bu kapsamda mikrobiyoloji, moleküler biyoloji ve genetik, kimya ve elektrokimya disiplinlerini bir araya getiren özgün bir çalışma sunarak bakterinin tespitine yönelik inovatif bir yöntemin sunulması amaçlanmıştır.
Özet (Çeviri)
Salmonella is a facultative anaerobe, mobile, and gram-negative pathogen, threatening public health by contaminating resources. It has the potential to contaminate not only food but also water and soil. The bacteria-caused infection leads to high fever, diarrhea, stomach cramps, nausea and vomiting, chills, headache, and bloody stools. Diarrhea is the most common symptom, and the recovery takes about 10 days, yet it may take several months for the intestines to return to their normal order. The delayed recovery process may lead to other problems such as severe electrolyte loss, weakening, slowing of metabolism, and decreased resistance to other infections. Since poultry is a particularly at-risk group, the bacteria have the potential to cause a global food crisis by disrupting food supply and logistics. However, the diagnosis and prevention of maneuvers of bacterial contamination mostly focused on food. On the other hand, resources such as water, which is the most important need of all living organisms, have not been focused on sufficiently. In this thesis study, Salmonella bacteria were robusted in contaminated water and subjected to DNA isolation. The spin column-based DNA isolation process was specially developed to be obtained from the filter paper used for the concentration of bacteria from contaminated water. The technique was compared with one of the best in its field commercial kit, which was found to be competitive and equal to success. Then, two nanocomposite materials were specially designed and synthesized, which were silanated and aminated CoFe2O4/SWCNT and MoS2/SWCNT to be utilized to modify electrode surfaces for DNA detection of bacteria. The aim was to increase the surface area and improve the electrical conductivity, which was supplemented with gold electrodeposition on the nanocomposite materials. Thiol functionalized and methylene blue tethered DNA capture probes specifically designed for Salmonella bacterial DNA were immobilized on the electrode surface by gold-thiol interaction. These biosensors were subjected to various sensitivity and selectivity tests and used for the detection of genomic DNA of Salmonella bacteria. Furthermore, the loop-mediated isothermal amplification (LAMP) DNA amplification technique was utilized to increase detection efficiency. The biosensors were able to detect even lower concentrations of DNA than the gold-standard qPCR system. The CoFe2O4/SWCNT/TEOS/APTES modified biosensor reached a limit of detection (LOD) of 0.234 fM and a limit of quantification (LOQ) of 0.738 fM for reference DNA sequences. In contrast, the MoS2/SWCNT modified biosensor reached a limit of detection of 0.262 aM and a limit of quantification of 0.861 aM for reference DNA sequences. At the same time, they both could differentiate 2-base and 4-base mismatch DNA sequences from the complementary DNA sequences. The carried-out studies within the scope of the thesis, a workflow from the concentration of bacteria from water sources to DNA isolation, from material synthesis to surface modification for the detection of DNA, and from DNA amplification to electrochemical detection of DNA to increase the detection efficiency of DNA has been designed and successfully implemented. In this context, the study presented an innovative method for the detection of bacteria by demonstrating an original approach that brings together the disciplines of microbiology, molecular biology and genetics, chemistry, and electrochemistry all together.
Benzer Tezler
- Manyetik nanopartiküller kullanılarak yüzeyde güçlendirilmiş raman spektrometrisi ile immunoassay sisteminin geliştirilmesi
Development of magnetic nanoparticle based immunoassay system via surface enhanced raman spektroscopy
MUSTAFA ERSİN PEKDEMİR
- Clostridium botulinum toksininin kantitatif olarak saptanmasında kullanılacak kanatlı immunoglobulinlerine (IGY) dayalı bir immuno real-time pcr testinin geliştirilmesi
Development an immuno real-time pcr assay for the quantitative determination of clostridium botulinum toxin by using poultry immunoglobulins (IGY)
ALİ ABDELKAREEM
Doktora
Türkçe
2015
Mikrobiyolojiİstanbul ÜniversitesiTıbbi Mikrobiyoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. KENAN MİDİLLİ
- Development of a new immobilization procedure for detection of staphylococcal enterotoxin B (SEB) and Candida albicans
Staphylococcal enterotoksin B (SEB) ve Candida albicans saptaması için yeni tutundurma prosedürü geliştirilmesi
DENİZ ERTÜRKAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2012
BiyoteknolojiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HALUK KÜLAH
PROF. DR. CANAN ÖZGEN
- Development of molecularly imprinted electrochemical sensor for selective and sensitive determination of antiviral drugs acyclovir, fosamprenavir, and lopinavir
Asiklovir fosamprenavir ve lopinavir antiviral ilaç etken maddelerinin seçici ve hassas tayini için moleküler baskılı elektrokimyasal sensör geliştirilmesi
ABDULLAH AL FAYSAL